Fabrication additive : nouveaux paradigmes de conception

Les technologies de fabrication additive suscitent aujourd’hui un réel engouement et connaissent un développement extrêmement rapide. Elles permettent notamment des libertés nouvelles dans la conception et le design des pièces. Comparées aux approches conventionnelles de fabrication par enlèvement de matière (fabrication soustractive), elles apparaissent également comme durables environnementalement, en étant moins consommatrices d’énergie (la matière subit moins d’étapes intermédiaires) et moins génératrices de déchets. Elles sont aujourd’hui assez largement diffusées dans le cas des polymères et commencent à être présentes dans le cas des métaux (figure 1).

Le site grenoblois vient de se doter en 2012 d’un équipement de fabrication additive de type « Electron Beam Melting » (fusion locale des poudres par faisceau d’électrons), précisément destiné aux pièces métalliques (figure 2). Cet équipement est le premier implanté sur site universitaire en France. Cet investissement s’est fait dans le cadre d’un partenariat entre le Labex CEMAM (Centre d’Excellence sur les Matériaux Architecturés Multifonctionnels) et l’AIP PRIMECA, avec le soutien de Grenoble INP et de la région Rhône-Alpes. Il faut noter qu’au niveau mondial, environ une dizaine seulement de ces équipements sont implantés sur site universitaire.

Grâce aux compétences croisées des partenaires de cet investissement, le site grenoblois dispose d’un atout quasi unique autour de ce procédé, à savoir la possibilité d’aborder cette thématique au travers d’un double regard Matériaux et Conception de produit.

Les intérêts du dispositif de type « EBM », pour lequel la fusion des poudres est assurée par faisceau électronique fonctionnant sous vide, sont multiples. Du point de vue matériau, outre l’absence de contamination assurée par le vide, cette technologie est celle qui permet les structures métallurgiques les mieux contrôlées et par là-même les propriétés finales les mieux maîtrisées. Du point de vue du procédé, elle autorise aujourd'hui les topologies les plus complexes de même que des cadences de production plus élevées que ses concurrentes.

Les thématiques de recherche développées concernent les matériaux architecturés et la conception pour la fabrication additive. En ce qui concerne la partie matériaux architecturés les sujets développés concernent leur conception, leur réalisation, la prévision et la mesure de leurs caractéristiques (figure 3) et leur intégration dans des pièces de nouvelle génération. Concernant la conception nous travaillons sur une méthodologie de conception pour la fabrication additive et les outils numériques associés (figure 4).