Magazine Mardi 30 janvier 2018 - 11:15

Quels sont les risques liés à la fabrication additive métallique ?

Partagez cette news :

Lorsqu’une nouvelle technologie arrive sur le marché, il est important d’étudier ses conséquences et ses impacts éventuels sur la santé, la sécurité et l’environnement. La fabrication additive métallique, dans son utilisation nécessite de prendre de vraies précautions. Il existe heureusement des solutions disponibles sur le marché.

Par Dorian Dupasquier, responsable HSE AddUp et Jean-Luc Laval, directeur marketing et communication, avec la participation du CEA Grenoble

Les problématiques HSE (Hygiène, Sécurité, Environnement) sont au cœur des préoccupations des fabricants comme des utilisateurs d’imprimante 3D Métal. Pour développer les solutions les plus pertinentes face aux risques de cette nouvelle technologie, il est essentiel de commencer par les identifier et les analyser.

Le laser, un risque maîtrisé

Le premier risque, déjà connu et normé dans l’industrie, est l’utilisation de lasers de puissance. Ces derniers présentent un risque non négligeable pour les utilisateurs non avertis. Il convient donc d’appliquer la norme NF EN 60825 – Rayonnement Optique Artificielle, afin de maîtriser l’utilisation de ces outils. Ce risque doit être encadré par l’information et la formation du personnel ainsi que par la mise en place au sein de l’entreprise d’un « Responsable Sécurité Laser niveau 3 » ou d’une « Personne Compétente en Sécurité Laser ».

Les risques liés à la poudre

Le deuxième, et principal risque est lié à l’utilisation de poudres métalliques. La majorité des technologies de fabrication additive du marché utilisent de la poudre métallique à des granulométries plus ou moins fines (10 μ à 100 μ). La manipulation des poudres, tout au long du processus industriel, nécessite de prendre des précautions quels que soient les diamètres et types de matériaux utilisés.

Ces risques sont de deux ordres.

  • Le risque incendie selon le matériau utilisé dans le process, s’il est réactif avec l’oxygène de l’air. La réactivité de certains alliages comme les poudres de titane ou d’aluminium, (qui sont des éléments potentiellement hydroréactifs et/ou facilement inflammables) nécessite en effet des équipements industriels adaptés et conçus pour prendre en compte ces risques afin d’éviter tout problème lié à des erreurs de manipulation des utilisateurs.
  • Le risque pour la santé. L'inhalation, l'ingestion et le contact de la poudre avec la peau nécessitent des précautions sur la totalité du processus de fabrication. La taille des particules utilisées dans les poudres de départ est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres. Dans de nombreux cas, des particules nanométriques sont générées par le procédé lui-même de fabrication additive avec laser. Les risques pour la santé des opérateurs font que des Équipements de Protection Collectifs et Individuels (EPC / EPI) spécifiques doivent être choisis pour prévenir de toute exposition particulaire des salariés. Les conséquences sanitaires liées à une atmosphère de particules fines ou ultra fines sont encore mal connues pour la santé suite à des contacts prolongés et répétés. Néanmoins, certains risques sont avérés pour certaines poudres de très petites tailles ou contenant des composés d’alliages classés CMR (Cancérigène Mutagènes et Reprotoxiques) comme le cobalt et d’autres éléments.
Image
EPI-equipement-protection-AddUp-fabrication-additive-hse-A3DM

La poudre en question

Quel que soit l’imprimante 3D utilisée, ce n’est pas lors de l’étape de production qu’il y a un risque, mais lors d’intervention humaine sur la machine, et principalement lors de l’ouverture de la porte que ce soit pour sortir un plateau, ou pour des opérations de nettoyage ou de maintenance. Pour s’en rendre compte, il suffit de nettoyer avec un mouchoir une surface d’une table ou d’une armoire située dans la même pièce que la machine après quelques jours ou semaines d’utilisation.

Sans nettoyage régulier du local, votre mouchoir sera gris de poudre ! Le CEA Grenoble (Centre à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) a d’ailleurs réalisé depuis 2016 de multiples mesures d'aérosols (avec des granulomètres et des caractérisations par microscopie) autour de différentes machines de fabrication additive du marché pour démontrer que l'interaction laser-poudre génère la plupart du temps des particules de très petites tailles (très peu représentées dans la poudre de départ). Ces dernières sont susceptibles d'être remises en suspension à certaines étapes du procédé suivant les machines (ouverture bâti, nettoyage, maintenance...). Le fil conducteur de cette démarche en cours au CEA Grenoble est une sécurisation au juste niveau de la filière avec l'opérateur au centre des préoccupations.

En ce qui concerne la granulométrie, même si vous utilisez une poudre par exemple centrée sur 80 μ, vous êtes en présence de grains de plus grosses tailles, mais aussi de plus petites tailles avec une répartition selon une courbe de Gausse. Il existe donc toujours des particules très fines même dans un lot de poudre à 80 μ. Quel que soit la granulométrie de votre poudre, il convient donc de vous protéger face aux micro et nanoparticules présentes dans le produit de départ.

Image
repartition-gaussienne-poudre-addup-a3dm

Répartition stastistique classique dans une courbe gaussienne

Image
repartition-reelle-gaussienne-hse-addup-a3dm

Répartition réelle dans une courbe gaussienne

Comment se protège-t-on de ces risques ?

Lors de l’utilisation de poudres métalliques, il est obligatoire de se protéger avec des équipements EPI spécifiques (combinaison intégrale avec masque ventilé pour plus de confort). Il est également indispensable de protéger toutes les personnes situées dans ou à côté de la zone de production additive, en empêchant toute propagation de poudre : il faut donc installer les imprimantes dans une zone dédiée dépressurisée sous atmosphère contrôlé.

De manière générique notre recommandation est de mettre en place une séparation physique entre des zones dites « en poudre » et le reste de l’atelier. Il faut donc confiner son process dans des espaces dépressurisés et surveillés. Nous sommes dans le même cas mais à l’inverse de l’industrie électronique qui fait tout pour éviter que des poussières ne puissent rentrer et se déposer dans le process : pour l’impression 3D métal il faut empêcher la poudre métallique de sortir de la zone de fabrication.

Cette gestion de 2 zones distinctes apporte certes des contraintes supplémentaires mais est la seule manière de traiter le problème.

La pénétration en zone poudre se fait par un passage de sas successifs en dépression progressive les uns après les autres avec un protocole d’habillage (et de déshabillage) stricte qui conditionne l’accès à ces espaces.

Sans surprise, dans le cas d’un atelier de relativement grande dimension, la solution passe par du génie civil avec la construction d’une zone confinée souvent implantée à l’intérieur même d’un atelier existant. Il faut prévoir alors différents accès : des sas successifs pour les employés, mais aussi un accès dédié pour les entrée-sortie de matériels et si l’atelier travaille sur différents matériaux, il est préférable de séparer les zones par matériaux. Bien sûr des sorties de secours doivent être également mises en place.

Il ne suffit pas de mettre en place les solutions matérielles (protection des locaux et des personnes avec les EPI), mais il faut bien sûr veiller à ce que les procédures d’utilisation soient enseignées et parfaitement respectées. Les utilisateurs des sociétés utilisant ces technologies additives métalliques doivent suivre des formations spécifiques HSE qui leur permettront d’acquérir toutes les règles de sécurité à respecter pour pouvoir produire en toute sérénité.

Il va de soi qu’il est également indispensable de mettre en place un nettoyage complet très régulier des salles situées dans la zone poudre ainsi qu’une récupération et un traitement des déchets souillés (EPI, produit et textiles de nettoyage, eaux usées) par des sociétés spécialisées.

Une solution zone dédiée et mobile

Que ce soit pour des raisons financières ou autres, il n’est pas toujours possible de mettre en place un très grand atelier dès le départ. Une solution originale est cependant possible. Il consiste de mettre en place un mini-atelier entièrement protégé dans une cellule de la taille d’un conteneur de 40 pieds, dépressurisé avec une atmosphère filtrée et contrôlée. Ce système unique et breveté, l’AddUp FlexCare System™, permet de protéger de manière très simple les opérateurs et les bâtiments environnants. C’est la réponse HSE « mobile » au confinement du process de fabrication additive dans des conditions industrielles.

Totalement flexible, ce conteneur est facilement transportable pour produire au plus proche du besoin. Il permet également de s’adapter au nombre de machines et/ou de pouvoir faire varier le nombre de zones confinées séparées par matériaux utilisés. Si plusieurs systèmes FlexCare sont connectées, les sas dépressurisés successifs (entrée vestiaire et lavabo pour la sortie) sont alors mutualisés. Il est donc possible de créer une FlexCare hébergeant plusieurs machines.

Image
AddUp-systeme-Flexcare-hse-securite-fabrication-additive-metallique-a3dm

Existe-t-il d’autres précautions à prendre ?

Lors de l’utilisation de certains alliages classés CMR (Cancérigène, Mutagènes et Reprotoxiques), la réglementation dit que l’entreprise doit suivre l’exposition de ses salariés à ces composés. Il convient donc de faire intervenir une entreprise accréditée pour analyser la teneur atmosphérique et respecter les VLEP (valeurs limites d’exposition professionnelles), mais aussi la concentration surfacique (qualité de nettoyage et empoussièrement du sol). Ces prélèvements et leurs analyses assurent aux sociétés une vision et une réponse adaptée à la réalité de l’exposition aux poudres métalliques.

La performance d’une entreprise se mesure également par son impact environnemental. Et il est possible de réduire son empreinte écologique. Cela passe par la maîtrise des rejets atmosphériques qui peuvent être traités par deux technologies successives de filtres nanoparticules. En complément, l’ensemble des rejets industriels aqueux doivent être collectés et évacués par une entreprise spécialisée. Parallèlement, il est possible de s’engager dans une démarche de certification environnementale afin de pérenniser son système de management HSE.

Pour conclure, la technologie de fabrication additive est très prometteuse et pleine d’avenir, mais des précautions sont nécessaires pour pouvoir l’utiliser sans risque : la mise en place de zone à atmosphère contrôlée est le complément indispensable à la protection individuelle des personnes travaillant avec des imprimantes 3D. Même si ces problèmes ne sont pas encore pleinement perçus, ils deviendront critiques dès lors qu'une réglementation européenne et / ou française liée à la gestion des particules ultrafines sera publiée. Ces problèmes sont d'autant plus importants à prendre en compte que la taille des séries de production augmente : aujourd'hui, un acteur avec une machine de prototypage manipule 300 kg de poudre par an (15 cm3/h, 2 500 h), et demain, un atelier de 10 machines plus de 15 tonnes. (30 cm3/h, 6 000h).

Newsletter

Ne manquez plus aucune info sur la fabrication additive