Un regard sur la recherche en fabrication additive à la KU Leuven

Jitka Metelkova

Il va sans dire qu’il y a eu plusieurs ingénieurs et inventeurs notables qui ont changé la vie des gens grâce à leurs solutions pratiques. Seulement, nous avons tendance à oublier qu’au cœur de chaque projet dans le domaine du génie mécanique, se trouve souvent une partie sous-estimée : un travail de recherche approfondi.

« Le génie mécanique ne concerne pas seulement les voitures et les avions (ou d’autres machines), il y a beaucoup plus de possibilités », affirme Jitka Metelkova. Notre invitée dans cette Opinion de la Semaine est une chercheuse doctorante en fabrication additive au département d’ingénierie mécanique de la KU Leuven.

Nous avons déjà discuté du rôle fondamental de la R&D dans tout secteur industriel, y compris la fabrication additive, du changement de paradigme de l’industrie de la R&D, et même de l’utilisation croissante de la fabrication additive en tant qu’outil de R&D.

Aujourd’hui, à l’aide d’exemples clés de la KU Leuven, Metelkova nous fait découvrir les activités de l’équipe de recherche sur la FA, les défis qu’ils doivent encore relever ainsi que les questions sociales sur lesquels les chercheurs ont un rôle à jouer.

Sous la supervision de son chef d’équipe, le professeur Brecht Van Hooreweder, l’équipe du groupe de FA de la KU Leuven se concentre sur la recherche en matière de FA et réalise la plupart de ses projets avec l’industrie. Dans le but de diffuser les connaissances sur la FA et de soutenir les industries par le biais de la collaboration et du développement de projets de recherche conjoints, l’unité de FA de la KU Leuven agit également comme une plaque tournante entre différentes entreprises qui n’auraient pas réussi à établir une collaboration pivot pour des projets de recherche dédiés par eux-mêmes. 

Pièce de démo – KU Leuven – Crédit: Jitka Metelkova

Dans cette optique, ils sont actifs dans quatre domaines principaux : « le développement de machines et de procédés, l’exploration de nouveaux matériaux pour la FA sur lit de poudre (il ne s’agit pas seulement de métaux, mais aussi de polymères et de céramiques), l’amélioration de la finition de surface et de la précision dimensionnelle via la fabrication additive-soustractive – “hybride”, ainsi que le réglage et la prédiction des propriétés mécaniques, notamment la performance en fatigue. » « Certaines de ces activités sont réalisées en collaboration avec d’autres départements. Par exemple, nous collaborons avec le département de génie des matériaux sur les nouveaux métaux et céramiques et avec le département de génie chimique sur les polymères », explique Metelkova.

Bien que notre invitée énumère le large éventail de matériaux qu’ils explorent actuellement, la plupart des activités de l’équipe de recherche semblent souvent se concentrer uniquement sur la technologie de FA métal. Vous pouvez certainement penser que c’est parfaitement logique étant donné que la FA métal reste l’un des principaux moteurs du marché de la FA. Cependant, la principale raison de cette focalisation sur la FA métal, et plus particulièrement sur la fusion laser sur lit de poudre des métaux, remonte à 1990, lorsque Jean-Pierre Kruth, le fondateur du groupe de FA de la KU Leuven, a commencé à explorer le potentiel de cette technologie pour l’industrie. Depuis lors, ils ont conservé cette activité comme activité principale tout en explorant également d’autres technologies de FA (par exemple : recherche également sur le SLS (frittage sélectif par laser) de polymères et de céramiques).

En outre, d’un point de vue technologique, « la fusion laser sur lit de poudre est actuellement la technologie de FA la plus prometteuse pour les métaux, et suscite le plus grand intérêt de la communauté universitaire et industrielle. Par rapport à la FA par dépôt, elle permet d’obtenir une qualité de surface supérieure et de produire des caractéristiques très fines », la chercheuse note.

En parlant de son travail de chercheuse, la doctorante explore actuellement les possibilités de fabrication des traitements ” hybrides “.

Pour rappel, le numéro de mars-avril 2021 de 3D ADEPT Mag comporte un dossier sur la “fabrication hybride”.

Dans une approche de fabrication hybride, le processus additif-subtractif consistera pour les opérateurs non seulement à construire de la matière mais aussi à en retirer à l’aide d’un laser supplémentaire (pulsé).

« Je trouve fascinant d’essayer de repousser les limites de ce qui est possible. Par exemple, nous avons récemment trouvé un moyen d’améliorer la qualité des surfaces inclinées pendant le processus. Comme nous travaillons avec la fusion laser sur lit de poudre, les surfaces inclinées ne peuvent pas être polies pendant la construction car elles sont recouvertes de poudre. Néanmoins, nous avons tiré parti du laser pulsé pour éliminer localement la poudre des surfaces inclinées, ce qui ouvre un grand nombre de nouvelles possibilités. Nous pouvons maintenant polir ou texturer au laser même ces surfaces inclinées normalement cachées », explique-t-elle.

Pièce de démo produite par fabrication hybride – Crédit: Jitka Metelkova – KU Leuven

Défis et initiatives sociales au sein de l’industrie

Il n’est pas surprenant que même les organismes de recherche spécialisés dans la FA soient confrontés à certains défis dans leur travail. Il est intéressant de noter que dans ce cas, ceux-ci dépendent souvent de ce qui se passe sur le terrain (comprenez ici “dans les ateliers de fabrication des industries“).

Par exemple, selon Metelkova, il reste encore beaucoup de travail à faire pour intégrer pleinement la FA dans un environnement de production réel et les défis à ce niveau incluent le contrôle de la qualité et la certification des pièces.

En outre, « le potentiel économique de la FA peut encore être amélioré en stimulant la productivité tout en réduisant les déchets et les pertes de matériaux. Combiné à une palette de matériaux toujours plus grande à utiliser avec la FA, cela permettra à un très large éventail d’explorer des applications dans une grande variété d’industries et de secteurs », poursuit-elle.

Avec l’ambition de jouer un rôle central dans ces développements futurs, le groupe de FA de la KU Leuven a récemment ouvert un laboratoire de FA supplémentaire. Grâce à cette ouverture, l’équipe prévoit d’intensifier ses activités et de se concentrer sur ce qu’elle fait le mieux : « la conception de nouvelles machines de FA et l’amélioration des processus de FA ».

Nouveau laboratoire à KU Leuven – Image: KU Leuven

Enfin, alors que l’industrie technologique est considérée par beaucoup comme un “club d’hommes“, il convient de noter que pour notre invité, et par rapport à d’autres branches du domaine de l’ingénierie mécanique, « il s’agit presque d’un collectif de femmes » 🙂 .

« Par exemple, dans notre groupe, il y a le plus grand ratio de femmes par rapport aux hommes du département, entre 30 et 50%. Ceci est valable dans de nombreux secteurs de la recherche : vers la recherche c’est plus équilibré et plus on va vers la production, plus cela devient ” un club d’hommes “. Avoir une équipe équilibrée (que ce soit dans l’industrie ou dans le monde universitaire) augmentera certainement vos chances de réussir à trouver la bonne solution à votre problème », souligne-t-elle.

Néanmoins, de nombreuses activités continuent d’être mises en œuvre dans tous les domaines pour promouvoir l’égalité des sexes. Ainsi, le groupe de FA de la KU Leuven a récemment pris part à l’initiative Women in 3D Printing & WomInTech, qui consiste à parrainer une jeune fille pendant un stage d’une journée.

Selon Metelkova, qui a servi de mentor à Elise Gutermann, une étudiante en master d’ingénierie biomédicale, ce type d’activité est toujours enrichissant car il permet de réunir des personnes issues de milieux différents.

Elise Gutermann à KU Leuven – supervisée par Jitka – Image via Jitka M.

« Il est important de montrer aux étudiants en licence et en master les possibilités qui s’offrent à eux après l’obtention de leur diplôme et à quoi ressemble une journée typique d’un chercheur. Nous pourrions avoir un certain nombre de discussions intéressantes sur de nombreux sujets. D’autre part, je pense que le secteur technique devrait être davantage promu au niveau pré-universitaire. Je ne dis pas que toutes les filles devraient aller dans des écoles techniques, mais toutes les filles devraient avoir une idée de ce dont il s’agit, afin qu’elles puissent choisir librement si elles aiment cette profession ou non », conclut-elle.

Vous pouvez maintenant poster vos offres d’emploi sur 3D ADEPT Media. Pour des informations exclusives sur l’impression 3D, abonnez-vous à notre newsletter et suivez-nous sur les réseaux sociaux : FacebookTwitterLinkedIn & Instagram !Vous souhaitez-vous abonner à 3D ADEPT Mag ? Ou vous voulez figurer dans le prochain numéro de notre magazine numérique ? Envoyez-nous un email à contact@3dadept.com