News Lundi 9 décembre 2019 - 10:43

Première usine modulaire, autonome et mobile de fabrication additive métallique

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Après plus de deux ans de recherche et de travaux, le CEFIPA et son école, le CESI, entourés par de nombreux partenaires, ont inauguré, le 28 novembre 2019, une usine mobile et modulaire de fabrication additive métallique. Le centre de formation de Nanterre souhaite l’utiliser pour former ses étudiants et accompagner les industriels à l’utilisation de l’impression 3D métal. Cette unité autonome offre un niveau de sécurité exceptionnel pour l’utilisation d’une imprimante 3D au procédé de fusion métal sur lit de poudre (SLM) : salle blanche, environnement ATEX zone 22, équipements de protection collectifs et individuels (EPC / EPI)… Elle peut également être déplacée et installée en quelques jours.  

Un fablab fabrication additive métal pour la formation

Depuis quelques années, la fabrication additive est devenue une technologie majeure qui trouve des applications dans de multiples secteurs industriels tels que le médical, l’automobile ou encore l’aéronautique. Face à cela, le CESI a lancé, en 2018, une nouvelle option « fabrication additive métallique », proposée dans les cycles d’ingénieurs, comprenant plus de 200 heures de formation annuelle et six modules d’expertise. Le CEFIPA, Centre de Formation d'Ingénieurs par l'Apprentissage, a fait le choix d’acquérir pour le CESI, sa propre unité́ de fabrication additive métallique pour former leurs apprenants dans les meilleures conditions. Ensemble les deux acteurs de la formation ont ainsi réuni leurs moyens pour proposer un lieu sécurisé pour l’utilisation d’imprimantes 3D métal. Après l’installation d’une machine Markforged au procédé de fabrication additive ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) dans le bâtiment principal du centre de formation, il a fallu prendre en compte les risques liés à la fabrication additive utilisant des poudres métalliques. Ainsi est né le projet de l’usine autonome ! Pour financer ce dernier, les deux acteurs ont reçu l'aide du Programme d’Investissement d’Avenir (PIA) DEFI&Co1, du GIM, de l’UIMM et de la région Ile-de-France. 

Depuis son installation sur le campus du CESI de Nanterre, plusieurs apprentis du CEFIPA ont été́ formés au sein de cette usine. Cet équipement innovant accueille également des industriels désireux d’évaluer d’une part le potentiel des technologies d’impression 3D et d’autre part la pertinence de l’usine modulaire pour leurs activité́s. Le campus a ainsi choisi de mutualiser sa plate-forme de fabrication additive métallique avec les entreprises de la région. Le transfert de technologies permet au CESI de mettre ses infrastructures à disposition d’entreprises qui s’intéressent de près aux briques technologiques de l’industrie du futur, comme la fabrication additive métallique ou la modélisation numérique. Ces industriels peuvent ainsi tester, expérimenter et mener à bien des projets innovants, sans avoir à acquérir la technologie. 

Cette innovation garantissant la sécurité́ des apprenants et réduisant l’impact environnemental lié à l’activité́ a fait l’objet d’un brevet de « Concept général d’usine mobile industriel adapté à des environnements contraints type ATEX et CRM », déposé par le CESI Campus de Nanterre. Celui-ci a été publié le 21 juin 2019 à l’Institut National de la Propriété Intellectuelle. L’usine sera commercialisée par le fournisseur de systèmes de fabrication additive métal AddUp sous le nom de « The Anywhere Additive Factory ». Le modèle qui est installé au campus de Nanterre comprenant une machine SLM FormUp 350 s’élève à 2,3 millions d’euros. 

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Une usine modulable et mobile, flexible et sécurisée

L’« usine autonome industrielle », comme la nomme le CESI, est composée de conteneurs maritimes qui lui permettent d’être modulaire, démontable et transportable. La société CAPSA Container, spécialiste de solutions modulaires innovantes et personnalisables, s’est occupée de réaliser cette unité de production additive en containers. Celle-ci est composée de six containers – 3 containers de 40 pieds et 3 containers de 20 pieds – comprenant notamment une salle blanche qui accueille l’imprimante 3D, un espace de post-traitement, le stockage de la poudre ou encore un vestiaire. L’usine est modulable en fonction des besoins industriels. Chaque container est de taille standard afin d’être facilement transportable par voies routière, maritime ou ferroviaire, et éviter tout convoi exceptionnel. Grâce à ces structures et à cette modularité, en quelques jours, l’usine peut être montée et la production lancée. 

Du côté de la chaîne de production, l’usine autonome accueille une imprimante 3D métal dans un environnement de type « salle blanche ». Cette première version a été équipée d’une machine AddUp FormUp 350 au procédé de fusion sélective par laser sur lit de poudre (SLM). Le choix du CESI s’est logiquement porté sur l’acteur français AddUp qui avait déjà lancé, lors du salon Formnext 2017, son système Flex Care, une solution modulable et mobile – similaire à notre usine autonome – confinée et équipée d’un système de dépressurisation permettant aux entreprises et aux industriels de travailler dans une atmosphère contrôlée. L’unité installé sur le campus de Nanterre possède également une laveuse pour nettoyer les pièces imprimées des derniers résidus de poudre, ainsi que d’une zone de post-traitement. Elle intègre des espaces pour le stockage des poudres et la mise en place d’un groupe électrogène si besoin. A l’inverse du système Flex Care, cette usine est complètement autonome et peut être installée de manière éphémère sur une plateforme pétrolière ou dans une zone de guerre.

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Sécurisé la fabrication additive métallique

« Si les risques liés à la fabrication additive métallique ne sont pas radicalement nouveaux, ils demeurent mal maîtrisés par les secteurs industriels concernés. Ceci constitue l’un des principaux freins à une adoption plus large de ces technologies par le tissu industriel français », a commenté Jean-Daniel Penot, responsable Fabrication Additive à CESI Ile-de-France/Centre. L'impression 3D métal, notamment la technologie de fusion sur lit de poudre (Powder Bed Fusion), n’est pas sans risque. Les utilisateurs sont confrontés à de nombreux dangers : incendie et explosion, inhalation des poudres, contamination de l’environnement... L’INRS a récemment publié une première fiche pratique de sécurité intitulée « Fabrication additive ou impression 3D utilisant les poudres métalliques, ED 144 » qui met notamment en avant les nouveaux risques liés à la fabrication additive (voir encadré). Pour pallier ces potentiels dangers, les équipes de recherche du CESI ont travaillé́ à la création de ce concept d’usine autonome (et extérieur au bâtiment principal de formation) à atmosphère contrôlée.

L’usine autonome industrielle « répond à la norme Atex 22 (zone explosive en cas d’accident de courte durée, ndlr). Les équipements électriques ont été certifiés pour fonctionner en atmosphère explosive. Par ailleurs, la zone de production est placée en atmosphère contrôlée, dans un environnement de type salle blanche », a expliqué David Failly, directeur du CESI Ile-de-France, lors de l’inauguration de l’usine. Ainsi, la concentration des particules métalliques en suspension dans l’air est maîtrisée grâce au contrôle de plusieurs paramètres : température, humidité́ et pression atmosphérique. Aussi, l’accès à l’unité́ est encadré par une procédure stricte : équipement de protection intégrale et sas de décontamination. Enfin, une zone est spécifiquement dédiée à la gestion de la matière première et à son stockage, ainsi qu’aux déchets.

Contenu Encadré

Risques et prévention pour la fabrication additive utilisant des poudres métalliques

Dans son rapport « Fabrication additive ou impression 3D utilisant les poudres métalliques, ED 144 », l’INRS cite les risques induits par le laser et la manipulation de poudres métalliques déjà connus dans certaines industries, mais surtout la fabrication additive introduit de nouveaux dangers. Ainsi les risques chimiques, d’incendie et d’explosion sont amenés par la matière première utilisée (par exemple le nickel, qui est allergisant et cancérogène, ou le cadmium), mais aussi aux produits de dégradation ou de transformation (oxydes de certains métaux comme le chrome VI, le cobalt III, etc., qui sont également cancérogènes), ainsi qu’aux produits annexes (solvants de nettoyage, gaz d’inertage). Un autre danger important à prendre en compte est l’inflammabilité de la majorité des poudres. En outre, même si certaines poudres ne sont pas officiellement classées comme inflammables, elles peuvent le devenir dans certaines conditions de température, de concentration, etc. Au-delà des effets sur la santé du fait de la nature même des substances, la finesse des poudres utilisées peut également entraîner des difficultés respiratoires et de l’asthme. 

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