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Fabrication additive par EBM

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Une machine de fabrication additive par faisceau d’électrons, EBM (Electron Beam Melting), a été inaugurée ce lundi 8 avril 2013 à Grenoble INP - Génie industriel, en présence d’une centaine de personnes. Il s’agit de la troisième machine de ce type en France, et de la première en milieu universitaire.

L’acquisition de cet équipement exceptionnel est le fruit d’une collaboration entre Grenoble INP, le labex CEMAM (Centre d’Excellence sur les Matériaux Architecturés Multifonctionnels regroupant des équipes de recherche des laboratoires SIMAP, LEPMI, LMGP et LIPHY, l’AIP-Primeca et le Groupement d’intérêt scientifique sur les matériaux architecturés commun à l’INSA de Lyon et Grenoble INP.
A l’heure actuelle, seule une centaine de machines de ce type est disponible dans le monde. C’est la 3ème machine installée en France tous secteurs confondus.

Plus qu’un simple outil pédagogique, la machine EBM de Grenoble INP servira à des travaux de recherche en partenariat avec des industriels. Les chercheurs des laboratoires G-SCOP (Sciences pour la conception, l’optimisation et la production) et SIMAP (Science et ingénierie des matériaux et procédés) les accompagneront dans la conception de nouvelles formes répondant à des cahiers des charges fonctionnels complexes et incluant notamment de matériaux architecturés, la validation des procédés de fabrication dans différents domaines d’application (médical, aéronautique, énergie, etc.). La machine est située au cœur du FabLab de la plateforme Gi-Nova.

La cérémonie d’inauguration a été ouverte par une introduction de Brigitte Plateau, administrateur général de Grenoble INP, suivie par les exposés d’Alain Pasturel, directeur adjoint du CEMAM, et de Jean-François Boujut, directeur de la plateforme AIP-Primeca Dauphiné Savoie, venus présenter leurs structures à la centaine de personnes réunies dans l’amphi Gosse du site Viallet.
Puis vint le tour de Lars Ryberg de présenter la société ARCAM, fabricant de la machine EBM et seul fournisseur mondial. On est entré dans le vif du sujet avec les exposés scientifiques de Frédéric Vignat, du laboratoire G-SCOP, et de Rémy Dendievel du laboratoire SIMAP, qui ont présenté les premières applications scientifiques réalisées depuis la mise en route de la machine en septembre dernier.

Pour résumer, la fabrication additive est une technique de fabrication de pièces à partir de poudres, particulièrement bien adaptée à l’élaboration et à l’optimisation des matériaux architecturés, lesquels sont au cœur des projets de recherche du labex CEMAM. « La machine EBM permet de fabriquer des pièces métalliques avec une microstructure contrôlée et des propriétés finales comparables à celles obtenues par des procédés classiques de forge. »
Concrètement, on peut comparer cette machine à une imprimante 3D : un lit de poudre, constitué d’un mélange métallique à base de titane, est balayé par un faisceau d’électrons qui vient provoquer la fusion des particules sur une couche de quelques microns. Comme la fusion est strictement localisée au point d’impact du faisceau, le matériau peut être « modelé » point par point.
La machine est calibrée pour réaliser des objets en titane, mais l’une des missions des chercheurs sera de jouer sur les propriétés du faisceau d’électrons et les paramètres de la machine pour la rendre compatible avec d’autres matériaux.

Les avantages de cette technique sont nombreux. Elle permet de réaliser des objets de formes complexes, en repoussant les limites des géométries classiques, permettant donc d’intégrer des fonctions complexes au sein d’une même pièce. On peut envisager de réaliser des pièces ayant des fonctions contradictoires (par exemple conducteur thermique et isolant phonique) remettant en cause les règles classiques de la conception mécanique.
En outre, ce procédé est beaucoup plus compatible avec les principes du développement durable que la métallurgie classique, dont les différentes étapes sont non seulement consommatrices d’énergie, mais aussi génératrices de déchets (d’usinage, de fonderie, etc). L’avenir est donc vraisemblablement aux technologies additives avec lesquelles on réalisera la pièce fonctionnelle par ajout de matière (et non par retrait), donc en réduisant au maximum la perte de matière première. L’une des missions de G-SCOP sera de proposer de nouvelles règles de conception pour les pièces et assemblages en respectant le caractère durable de ces procédés et d’évaluer leur impact environnemental par rapport à celui des procédés d’usinage classiques.

Pascale Marié de la société 3A, spécialisée dans la production de pièces de série en fabrication additive EBM, a conclu la série d’exposés en présentant quelques exemples d’applications. Il existe potentiellement une multitude d’applications industrielles, mais trois domaines sont particulièrement concernés par ce type de technologie actuellement : l’aéronautique, le médical et l’énergie. « Nous produisons des pièces mécaniques et des structures en alliage de titane à destination de l’aéronautique et de l’aérospatial. Les propriétés mécaniques de l’alliage obtenu en EBM sont, entre autres, particulièrement recherchées pour leur excellent rapport poids/propriétés. Ce procédé de fabrication peut également être mis à profit pour réaliser des prothèses osseuses favorisant l’adhésion à l’os grâce à des microreliefs complexes. »

La journée s’est poursuivie avec l’inauguration officielle de la machine, ponctuée par le traditionnel coupé de ruban par Brigitte Plateau et illustrée par une démonstration en direct de fabrication de pièces métalliques. Les participants ont également eu tout loisir d’admirer quelques-unes des réalisations possibles avec la machine