L’ingénierie mécanique et l’impression 3D – ça colle !

L’impression 3D trouve son application dans un nombre croissant de domaines. Il peut ainsi être utilisé non seulement pour un usage privé, mais aussi dans le secteur industriel et médical. Il en va de même pour les différents secteurs de la construction mécanique, notamment la construction de véhicules, de machines-outils, de machines de production d’énergie et de travail, d’installations de manutention ainsi que la construction aéronautique et spatiale. Ici, il ne sert plus seulement à la fabrication de prototypes, mais devient une technique de production.

La part de l’impression 3D dans la construction mécanique ne cesse d’augmenter

Selon une enquête menée par le groupe de travail VDMA Additive Manufacturing auprès de ses entreprises membres, en 2018, environ la moitié des entreprises de construction mécanique envisageaient d’introduire la fabrication additive ou utilisaient déjà cette technologie. Deux ans auparavant, seuls huit pour cent des membres de la VDMA interrogés déclaraient utiliser la fabrication additive ou compter sur elle à l’avenir. De nombreuses entreprises étudient désormais d’autres possibilités d’utilisation de l’impression 3D, certaines ayant déjà investi des sommes à cinq chiffres dans des systèmes correspondants.

Il est particulièrement frappant de constater que tant la transformation des matières plastiques que celle des métaux gagnent en popularité. Environ la moitié des entreprises interrogées ont déclaré n’utiliser cette technologie que dans le domaine du plastique, l’autre moitié utilisant les deux variantes. De même, une entreprise sur deux utilise la fabrication additive pour le prototypage, toutes les autres l’utilisent également pour fabriquer des outils, des pièces de rechange et des séries de composants. L’impression 3D s’impose ainsi de plus en plus dans le domaine de la construction mécanique. Cette évolution est encore accélérée par des systèmes de production aux processus sûrs, une offre de matériaux en constante augmentation et le développement de procédés de plus en plus spécifiques.

Fabrication de prototypes et de séries

Parmi les fabricants les plus renommés d’imprimantes 3D pouvant être utilisées dans l’ingénierie mécanique, on trouve des entreprises comme EOS, hp, SLS Solutions et Stratasys. Ils permettent aux entreprises d’ingénierie mécanique de produire de manière rentable et rapide des pièces métalliques et plastiques de haute qualité, et ce même en grandes quantités. Certains composants de ces imprimantes 3D ont également été fabriqués par fabrication additive, notamment des boîtiers de commande pour l’EOS Formiga P 100 et des trémies à poudre pour l’EOS Formiga P 110.

Dans la construction mécanique en particulier, il est avantageux de pouvoir fabriquer des composants en petites quantités. C’est dans ce secteur que l’on demande de plus en plus de composants spécifiques aux clients et de fabrications uniques. La plupart du temps, il s’agit de composants en métal ou en plastique. Leur fabrication traditionnelle en petite quantité prend souvent beaucoup de temps et n’est guère rentable. Ainsi, les pièces en plastique nécessitent souvent des outils de moulage par injection, qui sont coûteux et longs à fabriquer, tout en assurant de longs délais de livraison. La fabrication additive permet de produire des pièces complexes en peu de temps. Pour cela, il suffit de disposer des données de conception CAO. Même les changements de dernière minute sont plus faciles et surtout plus rapides à mettre en œuvre grâce à la nouvelle technologie.

Grâce à la structure en couches de l’impression 3D, presque tout est possible lors de la conception de composants individuels. Même les structures difficiles peuvent être réalisées de cette manière. Ainsi, les éléments de construction peuvent posséder des canaux d’air et des conduites de fluide et présenter des charnières. Parallèlement, un large éventail de matériaux et de technologies est également disponible. On peut citer par exemple le dépôt laser de métal (LMD), la technologie PolyJet, le dépôt d’énergie dirigé (DED), le frittage sélectif par laser (SLS) et la fusion sélective par laser (SLM).

Ces entreprises de construction mécanique utilisent déjà l’impression 3D

Dans les pays germanophones en particulier, de plus en plus d’entreprises de construction mécanique misent sur l’impression 3D. Par exemple, Audi AG fabrique des tubulures d’eau qui sont montées dans le moteur W12 avec des imprimantes 3D, VW utilise cette technologie entre autres pour fabriquer des pièces de rechange rarement utilisées pour les voitures de collection. Airbus et Boeing utilisent ces procédés pour la fabrication de pièces d’avion telles que les turbines. Siemens AG prévoit de fabriquer des aubes de turbines à gaz par fabrication additive. Ceux-ci doivent résister à des températures de plus de 1250 degrés Celsius. Le fabricant bavarois de pièces de précision MBFZ Toolcraft fabrique différents produits pour l’industrie des semi-conducteurs, la technique médicale ainsi que l’aéronautique et l’aérospatiale, entre autres, et utilise pour cela différentes technologies d’impression 3D.

La fabrication additive en plein essor dans la construction mécanique

L’industrie intelligente est de plus en plus présente. On parle aussi souvent de l’industrie 4.0. On peut s’attendre à ce que soient développées, entre autres, des usines en réseau et peut-être aussi des machines qui parlent. La construction mécanique, en particulier, profite considérablement de la fabrication additive et l’utilisera encore plus à l’avenir. Comme nous l’avons déjà décrit plus haut, leur grand avantage réside dans le fait qu’il est possible de fabriquer des formes compliquées qui ne sont pas réalisables avec des fraiseuses ou des procédés de coulée traditionnels. En outre, les composants sont en partie nettement plus légers, mais aussi plus solides. Les modes de construction « optimisés en termes de fabrication » deviennent ainsi « optimisés en termes de fonction ». C’est alors la fonction et non la fabrication qui décide de la conception de la pièce.

Jusqu’à présent, les pièces de rechange doivent encore souvent être fabriquées et stockées à l’aide de techniques conventionnelles. Mais la tendance est de plus en plus à la suppression des capacités de stockage. La fabrication additive offre désormais la possibilité de produire des pièces de rechange à la demande, même dans le domaine de la transformation des métaux. Pour cela, outre l’imprimante 3D elle-même, seuls les fichiers de construction et le filament correspondant sont nécessaires.

Non seulement dans l’industrie automobile et aéronautique, mais aussi dans toutes les branches de la construction mécanique, on profite entre autres de temps de fabrication plus courts des composants et d’une utilisation réduite des matériaux, car les grains de poudre ou les liquides additifs excédentaires peuvent être récupérés dans des récipients correspondants et réutilisés lors du processus d’impression suivant. Il y aura certainement encore de nombreux nouveaux développements auxquels nous n’osons même pas penser aujourd’hui.