Magazine Mercredi 20 juin 2018 - 07:00

Rencontre avec Maxime Hugues, directeur de 3D-MetalPrint

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Être un acteur du monde de la fabrication additive et maîtriser ces technologies n’est pas forcément évident. Le métier nécessite de nombreuses compétences, mais aussi des moyens. Maxime Hugues, directeur de 3D-MetalPrint, nous présente son métier et les problèmes auxquels il est confronté.

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Passionné par la technologie SLM (Selective Laser Melting), j’ai créé, en 2015, la société 3D-MetalPrint. Mon objectif est d’exploiter au mieux les possibilités de la fabrication additive métallique, à travers un savoir-faire transversal : engineering, fabrication, post-traitements, contrôle, maintenance, R&D matériaux, R&D machine et R&D software. J’ai décidé dans un premier temps de m’équiper d’une machine que je connaissais bien et dans laquelle j’avais confiance, la DMP320 de 3D Systems, basée sur les machines Layer-Wise.

Objectif clé de la maturité

Pour une entreprise indépendante, la question de la rentabilité est critique. Pour survivre, il est indispensable de générer une activité rentable. Or, la technologie SLM (comme toutes les autres technologies de fabrication additive) est très polyvalente et donc très dangereuse. Pouvoir tout réaliser (ou presque) ne veut pas dire qu’il faut tout faire. La majorité des acteurs sont aujourd’hui issus ou adossés à de grands groupes. La plupart d’entre eux connaissent un déficit chaque année, et bien sûr ne communiquent pas sur le sujet.

Aujourd’hui, les machines sont utilisées pour de nombreuses applications, mais demain seules les plus pertinentes persisteront. La situation était identique lors de l’émergence de la technologie d’usinage EDM ou de celle à cinq axes. Les technologies semblent de prime abord pouvoir remplacer celles traditionnelles, mais l’on remarque généralement qu’elles ne répondent qu'aux besoins de marchés bien spécifiques, auxquels elles sont susceptibles d'apporter une valeur ajoutée.

La rentabilité est un bon indicateur de cohérence dans le choix des applications. Ce qui est rentable aujourd’hui devrait l’être demain, et sûrement après-demain. La technologie SLM doit donc être utilisée là où elle fait sens d’un point de vue technique et économique.

La rentabilité est un bon indicateur de cohérence dans le choix des applications.

L’importance du savoir-faire

La technologie SLM est un cocktail explosif. Elle est coûteuse et lente. Elle génère des tensions thermiques importantes et difficiles à anticiper, bien que des softwares commencent à apporter des solutions à ces problèmes. Le temps d’ingénierie est important. Le temps de préparation machine est non négligeable tant sur un plan humain que par rapport à l’immobilisation des machines. La matière est encore assez coûteuse. Et les finitions de surfaces supportées sont importantes.

Face à ces problématiques, l’expérience permet d’éviter de nombreuses erreurs et de trouver les bons compromis, à tous les niveaux. Chercher à mieux comprendre la technologie, jour après jour, est indispensable. Il faut également savoir anticiper les problèmes en amont de la production série, et multiplier rapidement les itérations pour trouver le compromis idéal. Cependant, combinée à une bonne expertise technique, cette technologie fascinante offre une réactivité unique. Le développement des projets est très dynamique et la production en volume devient ainsi accessible.

La recherche de complexité

La dépréciation de la machine représente le coût principal de production des pièces. Le coût de la matière ou encore la maintenance sont aujourd’hui peu significatifs sur le prix final des pièces fabriquées. Par exemple, la chaîne optique (carte contrôle, laser 500 watts, collimateur, scanner, optique) seule coûte environ 100 000 euros. Exploiter au mieux cette dernière est donc un élément clé de la rentabilité.

Le spot laser résultant de cette chaîne fait entre 25 et 150 microns en moyenne. S’approcher de l’échelle du laser dans l’épaisseur de parois est donc fondamental. Le temps machine est globalement proportionnel au volume de la pièce et ce indépendamment du matériau choisi. Les matériaux aux propriétés mécaniques élevées sont donc à privilégier.

Pour résumer, avec le même temps machine, il est possible de scanner un cube plein en aluminium ou une pièce complexe à haute valeur ajoutée en Inconel. Cette technologie offre des opportunités extraordinaires sur le design des pièces. La complexité n’est plus un problème !

D’autre règles importantes sont essentielles.

• Privilégier l’axe Z dans le design pour limiter au mieux les structures de support.

• Calculer la taille optimale de lot de manière correcte (partage du temps de déposition).

• Optimiser les stratégies de scanning (importance du choix software).

• Et bien d’autres… confidentielles.

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Le choix de la machine est fondamental

La course à la productivité chez les fabricants de machines n’est pas forcément une bonne approche. Le coût total (TCO) par unité de productivité (en cm3) est bien plus pertinent. Le TCO prend en considération l’ensemble des coûts liés à l’usage de la machine, par exemple l’immobilisation en temps de la machine pour maintenance, la consommation d’argon et d’électricité, les coûts de maintenance, etc. Le temps de déposition est un excellent exemple d’optimisation intelligente du rapport productivité / TCO. Dans mon cas, la DMP320 met seulement 2,5 secondes par couche pour déposer la poudre, là ou d’autres systèmes mettent entre 10 et 15 secondes. Sur un travail de seulement 250 mm de hauteur, en 30 microns d’épaisseur de couche, la machine de 3D Systems met ainsi 20 heures de moins pour déposer la poudre. De plus, ce gain se fait sans augmentation importante du coût machine, car il ne s’agit pas d’une multiplication des chaînes optiques (multilaser), mais d’un « simple » renforcement du système de mécanique. La DMP 320 possède une construction entièrement en métal extrêmement robuste permettant de pousser les accélérations et la vitesse de déposition. Son système de déposition est également bidirectionnel, évitant les allers-retours inutiles. Cette caractéristique permet de gagner en agilité et en réactivité durant les phases de développement, mais aussi de réduire le coût de production des pièces en volume.

La conservation de la poudre est également un point capital. Par exemple, l’imprimante DMP320 peut contenir 30 000 euros de poudre. Grace à son inertage par vide réalisé en 15 minutes, le taux d’oxygène durant le procédé est inférieur à 10 ppm et l’humidité est extraite de la poudre. La poudre peut ainsi être réutilisée de manière infinie, sans évolution significative de la composition chimique. D’autres points concernant la machine sont également fondamentaux, notamment :

• l’homogénéité de la qualité de fabrication sur le plateau, entres les travaux, mais aussi entre les machines ;

• le refroidissement liquide de la chaîne optique (laser, scanner, collimateur) ;

• la génération d’un flux laminaire homogène et contrôlé sur la zone de fabrication ;

• une protection efficace de la fenêtre laser contrôle les émissions du procédé.

Comprendre cette technologie permet de mieux l’utiliser. En choisissant les bonnes applications, en optimisant la géométrie des pièces, en optimisant l’ensemble des paramètres du procédé et en travaillant avec une machine mature, il est possible de générer une activité rentable et durable. J’espère ainsi pouvoir développer de nombreux projets en production volume et ainsi continuer à participer au développement de cette technologie extraordinaire.

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