Fabrication additive

La fabrication additive (communément appelée impression 3D) a vu son application se multiplier ces dernières années par l’utilisation de tous types de matériaux au travers de procédés de fabrication divers comme la photo polymérisation en cuve, la projection de matière ou de liant, la fusion sur lit de poudre, l’extrusion de matière, le dépôt sous énergie concentrée ou la stratification de couches. Sous l’impulsion de secteurs industriels de pointe, la fusion laser sur lit de poudre de matériaux métalliques et le dépôt de fil métallique sont passés de la recherche et du prototypage à la phase industrielle. En effet, elle autorise un élargissement remarquable dans les possibilités en termes de conception et est particulièrement adaptée pour la réalisation de pièces optimisées en masse particulièrement ciblées par l’aéronautique tout en gardant son aptitude au prototypage ou au sur-mesure requis par le secteur médical. Ces deux domaines sont à la pointe avec l’automobile et l’outillage. Le marché mondial tous domaines confondus a passé la barre symbolique des 10 milliards de dollars en 2019 (SmarTech, 2019) avec une croissance annuelle de plus de 15%.

Les enjeux et perspectives sont colossaux : remplacer plusieurs dizaines de pièces en une seule pour réduire les assemblages, optimiser la quantité de matière juste à l’endroit où s’exercent les efforts dans la pièce pour en réduire le poids, remplacer rapidement une pièce qui vient de casser le temps d’en fabriquer une nouvelle, réaliser des formes géométriques complexes pour répondre à des fonctions spécifiques, remettre de la matière sur des pièces usées pour éviter de les remplacer, adapter la forme à chaque personne pour des dispositifs médicaux. En ayant en tête que la productivité des machines s’améliore de jour en jour et permet de la fabrication en série.

Le besoin d’un cadre normatif

Un tel essor industriel doit s’accompagner de règles fixant les meilleures conditions d’utilisation de la fabrication additive afin d’accompagner un marché en fort développement tout en garantissant les critères de sécurité, compétitivité et qualités attendus. La normalisation accompagne donc en toute logique cette croissance en permettant d’établir au travers des normes la mise en œuvre de ces règles, critères, procédés.

La sécurité des opérateurs fut au cœur des priorités dès le début des travaux de normalisation. Cela s’est traduit par la publication en 2020 de la norme expérimentale française XP E 67-006 « Fabrication additive — Sécurité, hygiène et environnement — Exigences liées aux matériaux métalliques » afin de traiter des aspects liés à la sécurité pour l’emploi des matériaux métalliques en fabrication additive. Le but était d’élaborer une norme à partir des bonnes pratiques déjà existantes pour permettre à toute type d’entreprises de s’équiper en moyens de fabrication additive et de les utiliser en toute sécurité en tenant compte de la spécificité du procédé et du matériau. La méthodologie est basée sur une caractérisation des phénomènes dangereux physiques (par exemple incendie et explosion), des phénomènes dangereux pour la santé de l’opérateur ou des tiers potentiellement exposés et pour l’environnement. En fonction de l’évaluation des risques, la norme propose des moyens de prévention et de protection sur toute la chaine de la valeur depuis la réception de la matière première jusqu’à la sortie de la pièce.

Cette norme française a été proposée à l’international et fait désormais l’objet de travaux de normalisation conjoints entre l’ISO et l’ASTM (organisme américain de normalisation sur les essais et matériaux) : ISO/ASTM 52931. La publication de la norme est prévue pour 2023.

Ces travaux sur la fabrication additive de matériaux métalliques sont bien engagés, mais il n’est pas question de s’arrêter en si bon chemin : la commission UNM 920 a initié des réflexions sur la fabrication additive de matériaux plastiques.

Vers un ensemble complet de normes dédiées à la sécurité

Ces normes abordent la sécurité à l’utilisation et ne traitent pas de la machine elle-même, celle-ci étant l’objet d’une norme spécifique en développement : il est important de mettre en œuvre un haut niveau de protection pendant tout le cycle de vie des machines, depuis leur fabrication et installation jusqu’à leur rebut en passant par leur utilisation. À cet effet, l’ISO/ASTM 52938-1 traitant de la sécurité des machines LB-PBF est en préparation au sein d’un groupe de travail international dédié animé par la France. Ces futures normes sont destinées à être harmonisées et valoir présomption de conformité à la Directive «Machines», ce qui constitue un challenge puisque ce sera une première expérience avec l’ASTM en tant qu’organisation partenaire.

Enfin, un groupe de travail animé par le Canada impulse de nouveaux sujets concernant la sécurité et la Corée anime un groupe de travail chargé de développer une norme de sécurité traitant des émissions de fumées des imprimantes 3D à partir d’extrusion de fil plastique.

Témoignage de Sébastien Devroe, Chief Technical Officer de la société AddUp et animateur du groupe ISO sur la sécurité des machines de fabrication additive

Grâce à la conjonction des compétences et expériences de ses deux actionnaires Fives et Michelin, AddUp propose des solutions industrielles globales (réalisation de pièces & fournisseur de machines) dans le domaine de la fabrication additive métallique. Cette offre globale est destinée aux industriels du médical, de l’aéronautique, de l’automobile, mais également d’autres secteurs industriels, pour lesquels la fabrication additive métallique peut représenter de nombreux atouts en termes de productivité, de qualité des pièces, de flexibilité de la production et de lead-time. Dès sa création, AddUp a été le pionnier du respect des exigences HSE (Hygiène, Sécurité, Environnement) – un point essentiel dans le passage à la phase industrielle – en accompagnant ses clients pour utiliser au mieux et en sécurité ses équipements. Ainsi, AddUp conçoit et commercialise des solutions d’atelier modulaires avec différents niveaux d’automatisation, tenant compte de toutes les problématiques connues HSE. Par exemple, la solution AddUp Flex Care System™, une solution brevetée de protection modulaire à atmosphère contrôlée, flexible et transportable facilement, a été conçue pour opérer industriellement, en toute sécurité et en productivité les machines de fabrication additive métallique. Cette expérience a pu être mise à profit du collectif au sein du groupe de travail ISO, ce qui a conduit à renforcer la place des aspects HSE dans la norme internationale.

 

Crédit photo : SHUTTERSTOCK.

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