News Lundi 5 novembre 2018 - 07:28

Procédé de fabrication additive CLAD (Construction Laser Additive Directe)

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Inventé par le centre régional d’innovation et de transfert de technologie (CRITT), spécialisé dans les procédés laser et les matériaux, IREPA LASER, le procédé CLAD® (Construction Laser Additive Directe)  appartient à la famille des technologies de dépôt sous énergie concentrée (DED - Directed Energy Deposition). Le matériau, une poudre métallique, est injecté latéralement ou co-axialement au faisceau laser qui dépose la matière fondue. 

Les origines 

Comme l’ensemble des procédés de fabrication additive, CLAD® permet de construire, couche par couche, des objets directement importés depuis un fichier numérique CAO (conception assistée par ordinateur). Cette technique fonctionne, plus précisément, sur le principe de dépôt sous énergie concentrée.Les premiers travaux ont été initiés dans le cadre d'un projet européen STREP, nommé « RAMATI », et d'une thèse CIFRE visant à fabriquer de petites pièces en métal à l'aide d'un procédé de rechargement laser. De nombreux développements ont été réalisés à cette occasion, en particulier une nouvelle buse de rechargement plus petite, plus précise et brevetée, mais surtout une preuve de faisabilité de la technique avec des paramètres de procédé associés.

Intérêts du procédé 

Alors qu’une partie des procédés additifs métalliques est basée sur le principe du lit de poudre, telle que la fusion sélective par laser (SLM) ou encore la fusion par faisceau d’électrons (EBM), la technologie d’IREPA LASER repose sur un procédé de dépôt sous énergie concentrée (DED - Directed Energy Deposition). Les propriétés des machines et les caractéristiques intrinsèques du CLAD® apportent plusieurs avantages vis-à-vis des autres technologies de fabrication additive métallique.

  • Une plus grande vitesse de fabrication par rapport aux procédés dits de « fusion sur lit de poudre », pouvant atteindre 100 à 200 cm3/h.
  • La conception possible de pièces de grandes dimensions. Parmi celles-ci, il faut distinguer les pièces dites « fonctionnelles » qui ne nécessitent pas ou peu de finition et des applications « simplifiées », proches des cotes réelles, mais avec des surépaisseurs plus importantes.
  • L’ajout de nouvelles fonctionnalités sur des pièces existantes comme la création de nervures, de bossages sur des carters…
  • La réparation de pièces usées ou endommagées. 
  • L’utilisation de multi matériaux (multi couches) ou de gradient de matières (mélange progressif de différentes matières pour obtenir des gradients de propriétés).
  • La grande flexibilité pour le changement de matière et large choix de matériaux utilisables disponibles sur le marché.

L’un des principaux intérêts de la technologie d’IREPA LASER est la possibilité de produire par gradient de matière. Il est ainsi possible de mélanger les poudres, c’est-à-dire de « démarrer la production avec 100 % d’un matériau A, puis d’injecter couche par couche un matériau B, en général à hauteur de 10 % », explique Didier Boisselier, responsable Programme Fabrication Additive chez IREPA LASER. Les domaines d’applications des pièces FGM (matériaux à gradient de fonction) sont nombreux et offrent de grande possibilité. 

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Démonstrateur industriel conçu lors du projet FUI FALAFEL. Il a permis de démontrer qu’il était possible d’associer les deux procédés SLM et CLAD® pour réaliser une même pièce. Courtesy of Dassault Aviation.

Les trois éléments clés du CLAD

La buse

Contrairement au laser cladding, le procédé nécessite une buse permettant un cordon de matière fondue plus fin, une qualité de réglages accrue et surtout une maîtrise parfaite des caractéristiques géométriques de ces dépôts. La buse coaxiale des machines assure l’injection des poudres métalliques dans le but de les fondre avec un rendement élevé, en privilégiant le dépôt multidirectionnel et en garantissant une couverture gazeuse optimale. Celle-ci permet de réaliser des cordons aux dimensions bien définies allant de 0,8 mm de largeur jusqu’à plus de 4,5 mm. La précision du dépôt est de l’ordre du dixième de millimètre. 

La machine

La technologie CLAD® ne fonctionne pas à l’aide d’un robot. Elle nécessite l’utilisation d’une machine à trois ou cinq axes, aux performances mécaniques élevées pour avoir la précision de déplacement nécessaire aux respects des stratégies de construction. La poudre est transportée à l’aide d’un gaz. Ce système d’alimentation peut être équipé de plusieurs réservoirs offrant la possibilité d’injecter différentes poudres et de créer des gradients de matériaux. Une originalité propre à ce procédé car très peu de machines de fabrication additive et d’impression 3D le permettent.

Le logiciel 

Le logiciel permet de traduire le modèle numérique issu d’un logiciel de CAO (conception assistée par ordinateur) en un programme ISO, pilotant les déplacements de la tête de la machine. Ce logiciel intègre les stratégies de construction spécifiques à cette technologie. Il embarque les différents post-processeurs adaptés aux machines pilotées.

L’entreprise BeAM commercialise le procédé

BeAM est le premier fournisseur européen de machines de fabrication additive basées sur la technologie CLAD®. L’entreprise strasbourgeoise fut fondée en 2012 par IREPA LASER avec comme objectif le développement d’une nouvelle génération de solutions DED. Rapidement, la société a collaboré, pour développer ses technologies, avec des centres de recherche et de développement ainsi que des universités. Mais elle a également industrialisé ses procédés de fabrication et de réparation avec une large gamme de services : études de faisabilité, production pilote, vente d’unités de production et programmes de formation associés. Les premières machines industrielles ont été livrées au cours de l’année 2016. L’entreprise compte parmi ses clients de nombreux secteurs industriels dont l’aéronautique. Travaillant en collaboration avec l’entreprise Chromalloy, BeAM a ainsi pu qualifier sa technologie pour la réparation de pièces de turbines aéronautiques. Ces pièces hautement critiques montrent l’application de cette technologie au sein de l’industrie.

Au mois de juin 2018, AddUp, groupe français fournisseur de systèmes de fabrication additive métallique, a acquis la société BeAM.

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