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Additive manufacturing

Transparence et assurance-qualité dans la  fabrication additive, de la poudre à la livraison 

L'essor de la fabrication additive requiert un soutien numérique de l'ensemble de la chaîne de production afin de pouvoir contrôler et garantir la qualité des produits. Pour ce faire, Sirris travaille actuellement, dans son usine pilote 4.0 Made Real, à la mise au point d'une 'eID', un passeport numérique des produits. Une étude a également été réalisée sur l’assurance qualité et la fiabilité des processus sur les machines à SLM.

Traçabilité et assurance qualité grâce à l'eID des produits 

Ces dernières années, l'utilisation de la fabrication additive a connu un changement de cap majeur. Aujourd’hui, la technologie est de plus en plus utilisée pour la production en série de produits finis fonctionnels. Les caractéristiques de ceux-ci doivent  répondre à des exigences plus strictes. Le contrôle des processus, la répétabilité et la certification sont donc des défis de plus en plus importants. Un soutien numérique de l'ensemble de la chaîne de production est nécessaire pour pouvoir garantir la qualité de la production et permettre la traçabilité à travers ses différentes étapes. Celles-ci sont  souvent réparties et à la fin du parcours de production, les informations dont dispose le client final sont souvent très limitées.

 

Dans le cadre d'Industrie 4.0, Sirris travaille sur une eID, un  passeport numérique, qui répondrait  aux besoins comme défini dans le projet 4.0 Made Real. Cette eID contient les caractéristiques du produit, mais aussi celles des différents processus et étapes de production, des outils, des opérations, ... qui ont été réalisés et utilisés pour aboutir au produit fini.

 

La présence de cette identité de produit est de plus en plus souvent requise pour toute forme d'assurance qualité et de certification. Quelques lignes directrices ont déjà été élaborées pour la certification des composants d'additive manufacturing. Grâce au passeport numérique, les entreprises pourront facilement tirer des conclusions sur la qualité du processus et du produit fini en réalisant des analyses sur la base de toutes les données disponibles. Ces connaissances sont indispensables pour la production en série dans différents secteurs. 

Assurance qualité améliorée via le monitoring in situ de la fusion sélective par laser

L'assurance qualité et la fiabilité des processus restent un énorme défi pour les machines de laser melting (LBM ou SLM).  Dans une étude réalisée par Sirris, un algorithme d’apprentissage automatique a été utilisé pour traiter les signaux provenant du bain de fusion et les données des systèmes de contrôle des couches afin d'utiliser ceux-ci pour la détection de défauts internes créés lors la fabrication des pièces. 

 

Malgré de nombreuses avancées technologiques industrielles dans les machines à fusion sélective par laser (LBL ou SLM),l'assurance qualité et la fiabilité du processus restent un défi majeur. Pour le relever, les machines commerciales sont équipées de modules de monitoring in situ qui surveillent efficacement le processus à différents niveaux, tels que l'étalement du lit de poudre, la surveillance du bain de fusion et le suivi de la puissance du laser. Toutefois, le manque de traitement des données et l'absence de lien entre les signaux  contrôlés limitent  l'exploitation de toutes les capacités de ces systèmes. En effet, l'origine d’un défaut dans le produit final n'est pas toujours liée à une signature de processus indépendante mais à plusieurs paramètres indépendants. 

 

Pour illustrer cela, supposons qu'il y ait un mauvais étalement de la poudre dans une couche spécifique en raison par exemple d’un déplacement   de la pièce lors de la fabrication. Ce phénomène n’influencera pas la signature du bain de fusion. Par conséquent, le suivi de cette signature seule  ne permettra pas de prédire la qualité finale de la pièce imprimée. C’est pourquoi la liaison entre les données de monitoring  est un besoin impératif. Dans son étude, Sirris met en œuvre un algorithme d'apprentissage automatique pour traiter à la fois les signatures du bain de fusion et les données des systèmes de contrôle des couches afin d'améliorer la fiabilité du processus et l'assurance qualité.

 

Un aperçu des connaissances sur la fabrication additive en céramique

Les céramiques sont généralement le meilleur choix pour des pièces qui doivent résister à des conditions extrêmes sur une longue durée : elles offrent plusieurs avantages par rapport aux métaux, tels qu'une résistance à des températures élevées et à la corrosion, une dureté importante et une grande résistance à la compression. Les principales applications des céramiques techniques sont précisément liées à un ou plusieurs de ces avantages. Cependant les céramiques présentent également des inconvénients, notamment en raison de leur dureté élevée.

 

La fabrication additive peut être une option adéquate pour façonner des pièces en céramique, mais comme c'est le cas avec d'autres types de matériaux, il n'est pas réaliste de penser qu'elle résoudra tous les problèmes auxquels l'industrie céramique est confrontée. Et l’application de cette technologie n’est pas sans difficultés non plus.

20 ans de connaissances et d'expérience

Depuis le début des années 2000, Sirris a mené des activités de développement dans le domaine de la fabrication additive en céramique, à la demande de l’industrie ou dans le cadre de divers projets de recherche collectifs. Ses connaissances et son expérience sur le terrain ont été rassemblées dans un nouvel e-book. Dans cet ouvrage, vous trouverez de plus amples informations sur le marché, le potentiel et les opportunités, les procédés de fabrication additive les plus adaptés aux céramiques, les succès industriels et bien plus encore.

Vous pouvez télécharger gratuitement l’e-book sur la fabrication additive de céramiques.

 

Un ancien projet utilisé comme benchmark pour un nouveau logiciel

En Additive Manufacturing, spécifiquement dans le process Laser Beam Melting (LBM ou SLM), le choix de supports adaptés est une étape critique dans le succès de la fabrication qui va suivre. Jusqu’à présent, ceci était souvent une histoire d’itérations ponctuées d’essais et erreurs, spécialement dans le cas de  pièces complexes de grande taille (>150 mm) en matériaux à haut niveau de contraintes internes comme les alliages de titane. La validation empirique était à l’origine de surcoûts et de dépassement des délais très handicapants pour la technologie. 

 

Afin de réduire ce risque et de tendre ainsi vers un « First time Right », Sirris a investi dans une solution software permettant de simuler le comportement des supports vis-à-vis des niveaux de contraintes internes générées lors de la fabrication. Dans un but de valider le gain potentiel et l’exactitude de la simulation apportée par cette solution, Sirris a décidé, en accord avec Thales, de réutiliser un ancien cas d’étude réalisé en 2014 sans cet outil.

 

En effet, à l’époque, Thales Alenia Space, concepteur et fabricant de systèmes spatiaux, avait demandé à Sirris de valider la fabricabilité d’un support de miroirs pour satellite pour la technique LBM. Pour ce projet, un processus itératif avait été mis en place afin de converger vers une solution satisfaisante. 

Basée notamment sur cette expérience, Thales Alenia Space produit toujours de manière régulière le composant développé  dans le cadre de ce projet et qui a été breveté par l’entreprise. L’exercice réalisé par Sirris ici, a permis, grâce au nouvel outil logiciel, d’identifier précisément, à la suite d’opérations rapides, les zones de ruptures de support qui auparavant avaient été identifiées expérimentalement lors des itérations d’optimisation. Cet exercice a mis ainsi  en évidence le gain substantiel (plusieurs dizaines d’heures de fabrication) apporté par ce genre d’outil, surtout pour de petites séries de pièces à géométrie complexe pour lesquelles même le know-how d’un opérateur expérimenté ne suffit pas à supprimer le risque de défaillance par rupture de supports. 

 

Sirris, en tant que centre collectif, met donc maintenant cet outil à disposition des entreprises pour  permettre aux concepteurs et aux utilisateurs de machines LBM de supprimer le risque lié à la rupture de supports.