Entretien publié initialement dans le numéro de janvier/février 2022 de 3D ADEPT Mag. Les fonctions, équipements et perspectives décrivent cette période.
L’aérospatiale figure parmi les secteurs qui ont adopté tôt la fabrication additive, pour le prototypage, l’outillage puis certaines pièces de production. Ses besoins de conception et de qualification conduisent les fabricants à examiner de nouvelles méthodes de production.
Les donneurs d’ordre tels que Lockheed Martin, Airbus, Boeing ou Northrop Grumman s’appuient aussi sur des partenaires capables de développer et de maîtriser ces procédés.
Une conversation avec Brian Neff, CEO de Sintavia, met en lumière les différentes orientations que prend le marché de l’aérospatiale commerciale ainsi que les nouvelles stratégies de fabrication qu’il requiert.
Le terme « bureau de services » peut recouvrir des offres très différentes, spécialisées ou multisectorielles. Dans cet entretien, Sintavia se présente comme un partenaire de conception et de production principalement tourné vers l’aérospatiale et la défense.
Avec les racines du fondateur et CEO dans l’industrie aérospatiale, racines qui incluent une expérience étendue dans les domaines de la fabrication MRO et chez des OEMs, il est facile de comprendre que Sintavia a saisi l’opportunité de construire une offre qui est verticalement intégrée avec les diverses demandes de l’industrie aéronautique. En effet, la FA est peut-être le processus de fabrication le plus mis en avant dans la production de Sintavia, mais pour être bon à ce jeu, il est crucial d’avoir une solide compréhension de la métrologie, de la métallurgie, de l’usinage, des traitements thermiques, des tests, etc. ; en bref, tous les sous-processus qui peuvent vous aider à définir une véritable stratégie de fabrication autour de la FA.
Stratégies de fabrication
Fondée en Floride en 2015, Sintavia s’est développée dans un secteur qui utilisait déjà la FA. La montée en capacité exigeait notamment des investissements dans les équipements, les compétences et la qualification des applications.
Avec environ 30 imprimantes industrielles en interne lors de l’entretien de 2022, dont plusieurs de GE Additive, TRUMPF et, évidemment, EOS, y compris huit imprimantes laser quadruple M400-4, Sintavia a décidé très tôt de se concentrer sur « la meilleure façon de tirer son épingle du jeu. »
Le retour sur investissement devait être établi pour chaque application, dans un contexte où les pratiques et les capacités industrielles continuaient à évoluer.
« Cela peut être frustrant, mais pour y arriver, il faut investir dans le vide. Cela peut être difficile à faire pour certaines organisations, car il faut beaucoup d’argent, de temps et de dévouement pour en voir la valeur, et c’est un risque que beaucoup ne veulent pas prendre. Lorsque nous avons commencé, nous avons acquis un certain nombre de machines différentes auprès de divers équipementiers. Il est essentiel pour toute entreprise qui se lance dans ce secteur de comprendre la technologie et c’est ce que nous avons essayé de faire : comprendre la technologie et acquérir une grande expérience pratique.
Au fil du temps, nous avons été en mesure d’identifier les domaines pour lesquels les machines sont les meilleures. Ces imprimantes 3D sont des outils que nous devons exploiter à des fins spécifiques et chacune des différentes imprimantes 3D que nous avons acquises apporte une force unique pour des domaines spécifiques. Ces domaines concernent par exemple les alliages que nous utilisons, la taille et la dimension des pièces que nous fabriquons, les cas d’utilisation du composant pour la fabrication… par exemple, nous pouvons répondre aux besoins de ceux qui veulent des pièces hautes avec les systèmes AMCM M4K-4, nous produisons de très bonnes petites pièces en titane sur les machines Arcam.
En bref, nous essayons de nous assurer que nous pouvons répondre à tous les différents besoins de nos clients. Lorsque nous avons vu les avantages de l’impression de systèmes très complexes via DfAM, nous avons décidé de nous concentrer sur les géométries les plus difficiles possibles, et ce fut un choix très judicieux. Réaliser et se concentrer sur les applications les plus complexes est ce qui nous permet de tirer le meilleur parti de ces technologies », explique Neff.
La fusion sur lit de poudre par faisceau laser (PBF-LB) occupait alors une place centrale dans le portefeuille de Sintavia. Les machines Arcam évoquées dans la citation utilisent, elles, un faisceau d’électrons.
La fusion sur lit de poudre, oui, mais un œil sur les autres procédés de FA
La qualification reste propre au procédé, à la machine, au matériau et à l’application. La norme ISO/ASTM 52941:2020, publiée en novembre 2020 et présentée par 3D ADEPT en janvier 2021, portait sur la qualification et la requalification des machines PBF laser pour l’aérospatiale. Elle ne constituait pas une certification automatique des pièces. Cette référence historique a depuis été remplacée par l’édition 2026.
Neff explique les avantages qu’il observe pour les applications traitées par Sintavia. « La raison se résume aux propriétés des matériaux. Dans tout type de fabrication, vous devez faire preuve d’un certain niveau de qualité, et cette exigence est encore plus stricte dans la fabrication aérospatiale. D’autre part, il faut savoir que les rigueurs du vol et de l’atterrissage peuvent être difficiles dans cette industrie, car de nombreuses erreurs peuvent se produire. La fusion sur lit de poudre est un type de technologie très robuste qui permet d’obtenir des composants solides et durables. La robustesse du processus est démontrée par des analyses en laboratoire, des microstructures et des essais mécaniques. La [PBF-LB] améliore une pièce spécifique, et nous pouvons démontrer que cette pièce imprimée en 3D est plus solide que son homologue fabriquée de manière traditionnelle », souligne l’expert.
Étant donné que les procédés de FA sont comparés aux procédés de fabrication traditionnels, Neff attire l’attention sur le fait que les ingénieurs ne doivent pas comparer le procédé PBF-LB au soudage en forme libre. « Il ne s’agit pas de soudage en forme libre. Le soudage en forme libre présente certaines faiblesses que la fabrication aérospatiale ne peut pas supporter – tout comme le moulage à la cire perdue qui présente des variations de production que la fabrication aérospatiale n’aime pas. Chez Sintavia, nous utilisons des moules numériques au lieu de moules physiques, ce qui permet d’obtenir un processus totalement répétable », ajoute-t-il.
Ces propos décrivent l’approche de Sintavia. Le moulage et le soudage restent employés en aérospatiale, et un fichier numérique ne garantit pas à lui seul la répétabilité. La comparaison des performances nécessite un matériau, un état final et un protocole d’essai définis.
Outre le potentiel du PBF-LB, l’équipe de Sintavia reste ouverte à d’autres procédés de FA susceptibles de faire une différence significative dans la fabrication de pièces aérospatiales. Ces procédés de fabrication comprennent par exemple le DED pour sa polyvalence d’utilisation et sa capacité à fournir des pièces multi-matériaux et le WAAM, « qui est encore très sous-estimé, mais qui est intéressant pour certaines applications de fusées et de grandes applications structurelles ».
Le WAAM est une forme de dépôt de matière sous énergie concentrée (DED), utilisant un fil et un arc électrique. La possibilité de combiner des matériaux dépend de l’équipement et de leur compatibilité métallurgique.
Investir des efforts pour développer les bons paramètres de matériaux pour les bons processus
Le développement d’une application métallique exige de relier les caractéristiques de la poudre aux paramètres de fabrication, au post-traitement et aux propriétés finales. L’expérience acquise avec les polymères ne se transpose pas automatiquement aux métaux. Cela n’implique pas que chaque fabricant de pièces doive produire sa propre poudre.
En juillet 2021, Sintavia a annoncé un procédé propriétaire pour le GRCop-42, un alliage de cuivre développé pour des applications exigeantes, notamment les chambres de poussée de fusées.
L’annonce associait des paramètres d’impression sur EOS M400-4 et un traitement thermique. Sintavia rapportait une densité minimale de 99,94 % et un allongement minimal de 32,4 %, sans étape de pressage isostatique à chaud dans ce procédé. Le communiqué citait également 28,3 ksi et 52,7 ksi avec des libellés incohérents pour la limite d’élasticité et la résistance à la traction. Ces deux valeurs ne peuvent donc pas être utilisées ici comme caractéristiques mécaniques correctement identifiées ; la fiche de qualification doit faire foi. Les gains de temps et de coût étaient ceux annoncés par l’entreprise.
La technologie d’impression exclusive de ce matériau n’est qu’un des nombreux exemples de propriétés que Sintavia a développées au fil des ans. Même si Neff précise que l’entreprise n’a aucunement l’intention de devenir un producteur de poudres, la capacité de relever les défis posés par la réflectivité et la haute conductivité thermique du cuivre est une étape importante que toute l’équipe est très fière d’avoir franchie.
« Vous devez développer vos propres paramètres d’impression si vous voulez avoir les meilleures chances de réussir. Nous avons déjà développé près de 30 paramètres de matériaux exclusifs. Nous n’annonçons généralement pas chaque ensemble de paramètres que nous développons pour des poudres spécifiques, mais le cuivre étant un matériau unique, nous étions très fiers de ce que nous avons réalisé avec ce matériau. D’autres développements (avec des poudres réfractaires) sont en cours et seront annoncés prochainement », commente le PDG.
Voies actuelles empruntées par le marché de l’aérospatiale commerciale
Vous m’avez certainement entendu le dire souvent, et je vais le répéter : investir dans les matériaux et les processus est une bonne chose, mais ces investissements peuvent être inefficaces s’ils ne sont pas soutenus par les demandes actuelles du marché que vous ciblez. Étonnamment, pour une industrie que l’on décrit comme très conservatrice, le marché de l’aérospatiale s’ouvre à des sous-segments plus ambitieux qui sont peut-être à la hauteur du potentiel de la FA.
« Mon expertise m’a toujours cantonné à des applications aérospatiales plus traditionnelles. De nombreux mini-marchés se sont développés ces derniers temps. Trois d’entre eux sortent actuellement du lot : les lancements spatiaux privés, les vols hypersoniques et les vols commerciaux électriques. Lorsque j’ai lancé l’entreprise en 2015, je ne pouvais pas imaginer qu’elle explorerait la voie des lancements privés », partage Neff.
Pour le représentant de Sintavia, le fil conducteur de ces voies est le DfAM (Design for Additive Manufacturing, ou conception pour la fabrication additive). « D’un point de vue commercial, l’adoption de la FA dans l’industrie spatiale commerciale pousse l’industrie aérospatiale commerciale à accélérer son adoption de la FA – ce qui est formidable à voir. De plus, il y a une liberté de conception lorsque l’on utilise la FA pour des pièces complexes. Dans chacune de ces voies, les acteurs de l’aérospatiale ont la possibilité de créer quelque chose de nouveau, quelque chose qu’ils n’ont jamais fait auparavant, et la FA leur offre désormais une myriade de possibilités pour explorer ce potentiel », ajoute-t-il.
L’entretien met l’accent sur les systèmes de propulsion, les chambres de combustion et les passages de refroidissement régénératif. Leurs géométries peuvent tirer parti de la FA, sous réserve de démontrer les performances, la fabricabilité et la qualification requises.
Le parcours décrit par Neff illustre une stratégie de spécialisation : choisir des applications complexes et développer ensemble conception, paramètres et contrôles. Sa valeur doit être appréciée pour les programmes concernés, plutôt que comme une supériorité générale de la FA.
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