Magazine Mardi 29 septembre 2020 - 17:59

Imprimez votre futur en Grand Est

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FA grandes pièces

Depuis quelques années, le marché de la fabrication additive croît de plus de 20 % par an. La technologie s’industrialise et révèle ses atouts en contexte de crise. La France regroupe de nombreux acteurs sur l’ensemble du territoire – institutionnels, académiques et industriels – qui engagent de plus en plus d’initiatives pour développer la technologie... comme en Région Grand Est. 

De Strasbourg à l’est à Nogent-sur-Seine à l’ouest, la Région Grand Est s’étend sur 57 500 km². Elle compte dix départements : Ardennes, Aube, Bas-Rhin, Haute-Marne, Haut-Rhin, Marne, Meurthe-et-Moselle, Meuse, Moselle, Vosges. Elle est un lieu important pour le secteur français de la fabrication additive. Premièrement, elle regroupe de nombreux acteurs tels le pôle de compétitivité Materalia, des centres de R&D et de transfert de technologies, des plateformes comme INORI, CIRTES, IREPA LASER, l’Institut de Soudure, Platinium 3D, des laboratoires universitaires, ainsi que de nombreux autres offreurs de solutions. Deuxièmement, elle est l'un des berceaux de la technologie avec les procédés Stratoconception et CLAD. La Région mise également sur la technologie pour être plus attractive. Ainsi elle a lancé le projet de « Filière Fabrication Additive Grand Est », ou encore la FrenchFab Grand Est, un collectif de partenaires qui accompagne les entrepreneurs et les industriels vers l’industrie 4.0 et la transition numérique. 

Berceau de la fabrication additive

La Stratoconception et l'origine de la technologie

Dans les années 1980, entre Nancy et Saint-Dié-des-Vosges, la fabrication additive française faisait ses premiers pas. Si l’on parle généralement du professeur émérite Jean-Claude André et de la stéréolithographie pour aborder les origines de l’impression 3D en France, il faut noter que le professeur Claude Barlier et son équipe de génie mécanique ont également joué un rôle pionnier. Dès les années 1980, ils ont su percevoir le potentiel du prototypage rapide, et ils ont très tôt travaillé sur les procédés de fabrication additive. Il faudra, toutefois, attendre 1991 pour que naisse le CIRTES (Centre européen de développement rapide de produit) et que soit déposé le brevet de la Stratoconception, l’un des procédés les plus anciens. 

La Stratoconception utilise un procédé de découpe (fil, laser ou cutter) ou le micro-fraisage rapide pour fabriquer des couches. Pour concevoir une pièce, un matériau – bois, polymère, métal – est tranché en plaques (panoplie recto/verso)  avant d’être assemblée par imbrication de strates 3D. Ce procédé permet la fabrication de pièces mécaniques, de maquettes, de modèles et d’outillages, quel que soit le matériau, sans limitation de forme intérieure ou extérieure ni de taille. À l’inverse de nombreux procédés, il nécessite une étape d’assemblage qui est entièrement intégrée dans le processus (station automatique) ou sur un poste de post traitement séparé (semi-automatique). Le pourcentage de déchets reste faible (découpe en panoplie) et le système nécessite une faible puissance installée, rapportée à la taille des pièces réalisées (jusqu'à 10 fois moins qu’en soustractif).

Aujourd’hui, le CIRTES diffuse le procédé de Stratoconception dont il est propriétaire, et l’utilise également pour fabriquer au quotidien des pièces pour ses clients tels qu’Airbus, la SNCF, EDF, Safran ou encore ArianeGroup, sur ses deux sites de Saint-Dié et Carmaux. Il possède et maîtrise historiquement l’ensemble des technologies de fabrication additive et de fabrication soustractive qu’il utilise sur sa plate-forme pour réaliser des démonstrations et des comparaisons. Il est acteur de projets collaboratifs nationaux (C-FAST) et européens (KYKLOS). Il est également à l’origine de la création d’INORI (voir ci-dessous) et du pôle d’excellence VirtuReaL, spécialisée dans le développement rapide de produits et la fabrication additive. Il a aussi développé et breveté l’emballage rapide 3D Pack&Strat et la surveillance de l’usinage Actarus. Enfin, en juin 2019, sollicité par la Région, il a créé, avec d’autres industriels régionaux, la Filière Fabrication Additive du Grand Est, AddAGE.

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Outillage Strato Alu avec canaux thermoformage pièce aéro

Outillage de thermoformage avec canaux conformables, pour l'aéronautique, réalisé en stratoconception aluminium (1 mètre).

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2 Outillage fonderie sable FA Strato résine 2000 x 1000 Fonderie FBM_01

Outillage de fonderie sable fabriqué par stratoconception en résine (2 mètres).

AddAGE, une filière régionale à vocation nationale et internationale

Il y a environ un an, la Région Grand Est s’est dotée d’un outil encore trop rare sur notre territoire : une plateforme dont le but est de regrouper l’ensemble des acteurs du secteur de la fabrication additive. Sollicité par la Région, un groupe d’industriels dont le CIRTES, Irepa Laser, l’Institut de Soudure, le pôle de compétitivité Materalia et l’Institut Mines-Télécom s’est rassemblé autour de la plateforme INORI SAS pour lancer la « Filière Fabrication Additive du Grand Est », nommée « AddAGE ». Celle-ci doit permettre de structurer et de fédérer, avec une priorité donnée au développement économique, des acteurs de la fabrication additive régionale. L’initiative est réalisée à la suite de l’appel à projets « Be Est-Filières d’Avenir », dans le cadre du programme d’investissement d’avenir (PIA). Situé au pôle VirtuReaL à Saint Dié-des-Vosges, ce consortium souhaite développer une filière de fabrication additive de référence et accélérer l’intégration de ces technologies pour les entreprises industrielles, en particulier les petites et moyennes entreprises (PME) et les entreprises de taille intermédiaire (ETI). « Aujourd’hui, nous arrivons à maturité et nous devons réfléchir à avancer ensemble », nous explique Claude Barlier, président du directoire, fondateur du Cirtes et d'INORI. La plateforme est également un outil permettant de rendre la Région attractive et de la positionner sur le plan national et international.

AddAGE regroupe et propose l’ensemble des procédés de fabrication additive. Grâce aux expertises de la Région et notamment de l’Institut de Soudure, elle travaille, par exemple, sur l’hybridation et les procédés fil. Son histoire, toutefois, place la plateforme comme expert en fabrication de pièces de grandes dimensions (maquettes, prototypes et outillages). Cette expérience vient des deux technologies qui fondent la réputation de la Région : la Stratoconception du CIRTES et le CLAD d’Irepa Laser.

Une trentaine de membres – industriels utilisateurs, sociétés de service, fabricants, centres techniques, plateformes, laboratoires, centres de formations – adhérent déjà à la filière AddAGE. La filière a déjà recensé une centaine d’acteurs clés. Un annuaire est en cours de rédaction. Elle a également lancé un nouveau bachelor « Fabrications Additive et Innovantes » qui ouvre à la rentrée 2020. Il s'agit d'un diplôme de l'Institut Mines-Télécom. Le dernier CA de l’IMT vient en effet d’adopter sa création à Paris, le vendredi 26 juin . Le bachelor est piloté et géré par l'Institut Supérieur d'Ingénierie de la Conception (InSIC) à Saint-Dié-des-Vosges, avec ses partenaires UIMM Lorraine, Télécom Physique Strasbourg, Irepa Laser de Strasbourg et le CIRTES de Saint-Dié-des-Vosges. Cette formation est une année de spécialisation pour des techniciens supérieurs qui recevront des compétences sur l'ensemble des procédés de fabrication additive, en utilisant le parc machines des partenaires cités.

Lasers et procédé CLAD

Autre technologie née dans la région, le procédé CLAD (« Construction Laser Additive Directe »)  appartient à la famille du dépôt sous énergie dirigée (DED - Directed Energy Deposition). Inventé par Irepa Laser, un centre de ressources technologiques (CRT) spécialisé dans les procédés laser et les matériaux, il permet la fabrication de pièces de grandes dimensions, l’ajout de nouvelles fonctionnalités, la réparation de pièces ou encore la fabrication de pièces multimatériaux (multicouches) ou à gradient de matières (mélange progressif de différentes matières pour obtenir des gradients de propriétés). En 2012, la société BeAM naissait et devenait le premier fournisseur européen de machines de fabrication additive basées sur la technologie CLAD. L’entreprise strasbourgeoise, rachetée par AddUp en 2018, a été fondée par Irepa Laser avec comme objectif le développement d’une nouvelle génération de solutions DED.

Irepa Laser est une société de recherche et développement industrielle, spécialisée dans les procédés lasers et les matériaux. Spécialiste de la fabrication additive et concepteur de la  technologie CLAD, le membre fondateur de l’Institut Carnot Mica dispose d’un important parc machines pour accompagner les entreprises dotées d’équipements laser de haute technologie, allant de 10 W à 6 kW, de machines multi axes, de robots, mais aussi de centres de micro usinage de dernière génération. Elle propose ainsi les technologies de lasers, de fabrication additive, de micro-usinage, de texturation 3D ou encore de soudage, et forme le public à leur utilisation. Elle est un acteur majeur de la Région Grand Est, qui mise beaucoup sur l’industrie du futur. 

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bae coté

Plans d’action en Région Grand Est

Plan régional « Industrie du futur »

La Région Grand Est possède son schéma régional de développement économique, d’innovation et d’internationalisation (SRDEII). Baptisé « Be EST », ce dernier met à disposition un ensemble d’outils adaptés au service des entreprises et des industriels pour faire « de l’économie du Grand Est est une économie volontariste, innovante et prête à relever et anticiper les nouveaux défis de la 4e révolution industrielle ». Le plan régional « Entreprise 4.0 » propose ainsi un plan d’action aux PME industrielles, artisanales et agricoles regroupant des solutions technologiques innovantes, afin de transformer leurs sites de production en unités plus « intelligentes », plus flexibles, plus connectées et respectueuses de leur environnement.

Depuis son lancement en octobre 2016, trois cents entreprises ont bénéficié du diagnostic « Industrie du futur ». Elles ont ainsi pu profiter d’un diagnostic réalisé par des experts recrutés sur appel d’offres et basé sur six axes :

La performance organisationnelle de l’entreprise.

  • Une brique technologique au choix parmi celles référencées par l’« Industrie du futur » : data, réalité virtuelle, intelligence artificielle, robotique, fabrication additive...
  • Les ressources humaines.
  • Le développement durable.
  • La digitalisation et la transformation numérique.
  • L’évolution du mode de fonctionnement.

Le diagnostic est réalisé sur trois jours en entreprise, après une réunion de cadrage avec l’équipe dirigeante. Il en ressort une proposition de pistes d’action à court, moyen et long terme, des orientations financières ainsi qu’un accompagnement pour la mise en œuvre de ces actions via le dispositif « Grand Est Compétitivité », tant sur l’expertise complémentaire que sur la mise en œuvre.

Recensement des formations en fabrication additive

La Région Grand Est s’investit également dans la formation des étudiants et des professionnels sur la fabrication additive. Elle a ainsi soutenu la création d’une action collective, la FabAdd-Académie, lancée par cinq établissements d’enseignement supérieur troyens : l'EPF de Troyes, l'ESD - Yschools, l'ESTP, l'IUT de Troyes et l’UTT. Ce projet est destiné à fédérer les formations sur la fabrication additive et à développer la montée en compétences du tissu industriel du Grand Est. 

La FabAdd-Académie recense les formations sur tous les secteurs concernés par l’introduction de la fabrication additive, du processus créatif jusqu’à la normalisation des matériaux et procédés, en passant par la chaîne numérique. Elle publie également des formations en ligne et organise des événements afin de transmettre des connaissances indispensables à la montée en compétences des étudiants et des entreprises sur le processus de conception et de fabrication additive.

D’autres acteurs majeurs en grand est

Mutualiser les moyens avec la plateforme INORI

Créée en 2010 par le CIRTES, INORI SAS est une plateforme d’innovation labellisée au niveau national, dédiée au développement rapide de produits et à la fabrication additive par l’utilisation d’outils et outillages rapides et intelligents pour les procédés de mise en forme des matériaux. Localisée sur le pôle VirtuReaL, elle offre aux entreprises des moyens mutualisés pour réaliser des essais, pour caractériser des pièces et outillages de production et mettre au point et valider de nouveaux procédés industriels. Tous les secteurs industriels sont concernés : énergie, mécanique, automobile, aéronautique, défense, plasturgie, emballage, bâtiment, luxe, etc. INORI industrialise et diffuse le procédé d’emballage numérique 3D Pack&Strat, issu des travaux du CIRTES. La mise en œuvre de cette plateforme d’innovation relève d’une volonté régionale, mais aussi d’une démarche nationale et européenne. La SAS INORI associe 18 partenaires industriels et financiers, dont neuf en Région Grand Est.

La fabrication additive fil au sein de l’Institut de Soudure 

L’Institut de Soudure (IS) est le centre technique industriel de l’assemblage et des contrôles associés en France. Il a pour objectif de fournir aux industriels, où qu’ils soient dans le monde, des solutions performantes à leurs besoins en phase de conception, de fabrication et de maintenance d’équipements. Il s’intéresse aux nouvelles technologies et notamment à la fabrication additive fil, comme le projet FAMAF (« Fabrication Additive Métallique Arc-Fil »). Acteur clef en France, il contribue activement à l’intégration des procédés de fabrication additive dans l’industrie, via la participation de ses experts à de nombreuses sociétés et aux comités de normalisation CEN et ISO.

Compétitivité et industrialisation autour du pôle Materalia 

Materalia est le pôle de compétitivité spécialiste des matériaux structurants et des procédés de mise en œuvre en Région Grand Est. Créé à l’initiative de l’État et de la Région, le pôle est l’interface entre le monde de la recherche et le monde industriel pour favoriser le développement économique de cette filière sur ce territoire donné. Le pôle de compétitivité Materalia aide ses membres – les entreprises, les industriels, les laboratoires, les centres scientifiques et techniques ainsi que les collectivités territoriales – à préparer « l’industrialisation de leurs innovations dans le domaine des matériaux, des procédés et des produits » pour conquérir de nouveaux marchés, à travers cinq thèmes : fabrication additive, métallurgie, usine du futur, procédés propres et durables et matériaux structurants.

3D Métal Industrie regroupe les fondeurs 

En mai 2019, sept fondeurs ardennais se sont associés pour acheter une imprimante 3D à sable ExOne d’un montant d’environ 1,2 million d’euros. La machine S-Max Furane, aux dimensions maximales de 1 800 x 1 000 x 700 mm, permet de produire des moules en sable de fonderie complexes en une seule pièce. « Cette technologie qui révolutionne la fonderie permet de fabriquer vite et mieux plusieurs pièces de fonderie dans différents alliages et sans coût d’outillage. Elle offre ainsi des perspectives de diversification sur des marchés à forte valeur ajoutée tout en permettant d’être plus compétitifs, performants et réactifs et de réaliser des économies de transport », explique le président Renaud Mignolet. 

Pour ce faire, les fondeurs ont mutualisé les moyens au travers de la société 3D Métal Industries. Installée à Charleville-Mézières, celle-ci a pu voir le jour grâce à l’expertise en impression 3D de Platinium 3D.

Industrialisation et accompagnement avec Platinium 3D 

Platinium 3D est une plateforme technologique et scientifique dédiée à l’obtention de pièces métalliques par les procédés de fabrication additive. Ouverte aux entreprises, aux laboratoires publics et privés, aux centres techniques, aux organismes de formation..., elle accompagne ses clients dans l’industrialisation des procédés de fabrication additive, notamment dans les domaines clés de l’outillage, des pièces d’usure et de grandes dimensions.

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Fabrication rapide

De la conception à la fabrication d'imprimantes 3D

Basé à Dieuze, en Moselle, le groupe Alchimies est un fabricant d’imprimantes 3D par dépôt de fil thermoplastique et métal. Il développe des machines standards, mais réalise aussi d’autres systèmes répondant à des cahiers des charges spécifiques, notamment des imprimantes de fabrication additive métal pour l’Institut de Soudure. La société met également son expertise au service de formation aux métiers de la fabrication additive. 

Des services de sous-traitance

Avec l’intégration, la sous-traitance est la deuxième solution offerte aux entreprises pour utiliser la fabrication additive. Si l’intégration de la technologie nécessite d'importantes ressources internes financières et humaines importantes, des sociétés sous-traitantes comme CINI ou 3D Prod possèdent leurs propres équipements, leur organisation et leur personnel pour répondre aux besoins des industriels. L’avantage premier de la sous-traitance est l’accompagnement et l’assistance aux entreprises et aux bureaux d’études. Le sous-traitant est capable d’expliquer l’intérêt, ou non, de la technologie et d’impliquer son client dans la compréhension de ce procédé de production. En Région Grand Est, CINI et 3D Prod sont « des précurseurs de la fabrication additive polymère, dont la stéréolithographie et le frittage de poudre, en application industrielle », nous affirme Claude Barlier. 

Centre européen de recherches et de formation aux arts verriers

Autre acteur important de la Région Grand Est, le Cerfav est le Centre européen de recherches et de formation aux arts verriers. Créé en 1991 et situé à Vannes-le-Châtel, il est devenu la référence en matière de formation professionnelle et de développement des arts verriers. Il s’est doté de moyens en matière de recherche, de transfert de technologies et d’innovation. L’impression 3D appliquée au matériau verre fait partie des projets de recherche menés par le Cerfav. Les innovations dans ce secteur sont très rapides et de nouvelles opportunités d’applications croisées apparaissent, notamment pour les matériaux minéraux. Il travaille notamment sur le projet « Glass printing », visant la mise au point d’un procédé innovant d’impression en verre GLAM (Glass Laser Additive Manufacturing).

Contenu Encadré

Projet Pam-prod d’Irepa Laser

Le projet PAM-PROD (« Procédés Additive Manufacturing - PRODuctivité ») vise la conception d’une plateforme de fabrication additive à destination des industriels ayant des besoins en fabrication de pièces métalliques de grandes dimensions. Plusieurs partenaires industriels mènent ce projet : APERAM Alloys, coordinateur du projet, IREPA LASER, PRODWAYS et TPSH, mais aussi des partenaires académiques : l’Institut Jean LAMOUR et l’ESTIA. 

À l’heure actuelle, la grande dimension est synonyme de temps longs de fabrication. Or, la vitesse de dépôt est un paramètre important pour la rentabilité. Le projet PAM-PROD devrait permettre d’obtenir un coût d’exploitation plus en phase avec le marché. « Tous les indicateurs vont actuellement dans le bon sens : l’objectif des 800 cm3/h de matière déposée est atteint, ce qui est une belle performance en soi. Passer à plus de 1 000 cm3/h est réaliste », nous a récemment expliqué Jean-Paul Gaufillet, président de Irepa Laser. Cette machine hybride associe des technologies de dépôt de fil et de dépôt de poudre sur la même installation robotisée. Elle est destinée à fabriquer des pièces pouvant peser jusqu’à plusieurs tonnes et mesurer plus de 3 mètres de longueur. Une capacité qui répond aux besoins des secteurs de l’aéronautique, du nucléaire et de l’énergie. Il sera ainsi possible de construire ou reconstruire des pièces, de rapporter des fonctions ou réparer des parties de pièces existantes de grande taille, etc. Un système de contrôle de procédé permettra de garantir la performance de dépôt et la qualité finale de la pièce produite, et alertera l’opérateur en cas de dysfonctionnement. L’opérateur pourra alors intervenir à tout moment pour ajuster les paramètres opératoires. À terme, la machine doit pouvoir avoir une autonomie relative. La simulation thermomécanique fait également l’objet d’un développement spécifique, adapté aux grandes dimensions, dans le but de pouvoir prédire le comportement de la pièce pendant sa fabrication et ainsi permettre des corrections en fonction des déformations calculées.

La machine devrait être opérationnelle au second semestre 2020, puis débutera une phase de commercialisation. La dernière étape sera le transfert de la machine dans un bâtiment dédié, avec l’ensemble des moyens de fabrication additive. Cela permettra de démontrer la faisabilité auprès des industriels, tant sur la réalisation que sur la R&D. « Il s’agit pour nous d’un important projet structurant, représentant 7,5 millions d’euros, avec une aide obtenue de 4 millions dont 1,8 million d’avance remboursable. Dans cette optique, depuis fin 2019, nous avons quitté le statut associatif pour un statut coopératif. La gouvernance d’Irepa Laser regroupe aujourd’hui des salariés, des industriels et des partenaires : nous avons basculé vers une vraie logique entrepreneuriale », conclut le président.

Contenu Encadré

Projet C-FAST du CIRTES et de TOPSOLID (Missler Software)

Le projet C-FAST (« Conception pour la fabrication additive par Stratoconception sous TopSolid ») est un projet industriel d’avenir (PIA) qui a été sélectionné lors de l’appel à projets « Industrie du futur » en mars 2017.

Les deux partenaires innovent et proposent le développement de la première chaîne numérique unifiée, continue et automatique, de conception et fabrication additive intégrée, robotisée, basée sur le procédé breveté de Stratoconception® et couplée à la CAO TopSolid. L’application industrielle principale est la conception-fabrication de produits (pièces et outillages) personnalisés, fonctionnalisés, de grandes dimensions, multimatériaux, destinés en priorité aux PME et ETI multisectorielles.

Le projet a permis le dépôt de nouveaux brevets et a déjà obtenu des résultats importants : la sortie en 2019 du logiciel TopSolid’Strato et en juillet 2020 de la machine Strat’Auto (11 000 x 3 000 x 3 000), entièrement robotisée, pour réaliser des pièces et outillages de grandes dimensions en bois et polymères.

C’est un projet au cœur des thématiques de l’Usine du Futur, permet de renforcer la position des deux partenaires français, le CIRTES et TopSolid, leaders dans leur domaine.

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Fauteuils sous TopSolid'Strato, panoplie et réalisation

Fauteuils réalisés sous TopSolid'Strato, panoplie et réalisation (échelle 1).

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