L'acier au carbone et l'acier de construction peuvent être imprimés en 3D à grande échelle grâce à la fabrication additive par arc électrique (WAAM). En recourant à un dépôt robotisé multiaxial et à du fil de soudage industriel standard, il est possible d'imprimer à la demande des composants en acier destinés à supporter des charges lourdes, en contournant ainsi complètement les contraintes d'espace imposées par les chambres d'impression 3D classiques.
Pour les environnements marins hautement corrosifs ou les applications spécialisées d'outillage à usage intensif, MX3D mène également des programmes de qualification approfondis pour l' l'impression 3D en acier inoxydable , l'acier inoxydable super duplex et des aciers à outils sur mesure. Lors de la fabrication de nœuds offshore, de segments de construction navale ou de supports pour machines lourdes, le recours à la fabrication additive par dépôt de matière (WAAM) pour l’acier de construction offre une grande flexibilité géométrique et permet de réduire considérablement les délais d’approvisionnement de la chaîne logistique.
Pourquoi la méthode WAAM est-elle idéale pour l'acier à faible empreinte carbone et l'acier de construction ?
Les contraintes économiques et physiques de la fabrication additive dépendent du procédé choisi. Si les systèmes de fusion sur lit de poudre excellent dans l'impression de composants petits et précis, ils deviennent économiquement non viables pour les grandes pièces structurelles en raison du coût astronomique des poudres atomisées spécialisées et de la taille limitée des chambres de fabrication.
L'acier à faible teneur en carbone est idéal pour la fabrication additive par arc électrique avec fil (WAAM). Il est très prisé car il est relativement bon marché et s'adapte parfaitement aux équipements standard de soudage à l'arc sous gaz avec fil (GMAW). En revanche, l'acier à haute teneur en carbone n'est pas adapté aux applications WAAM.
La technologie WAAM est spécialement conçue pour la production industrielle à grande échelle. En utilisant des fils d'apport soudables, peu coûteux et disponibles partout dans le monde, le coût d'acquisition des matériaux diminue considérablement. Cette structure de coûts très avantageuse s'accompagne d'un taux de dépôt exceptionnel, permettant aux bras robotiques industriels de déposer en continu entre 2 et 8 kilogrammes d'acier par heure.
Cette capacité s'inscrit parfaitement dans la fabrication de composants de grande taille proches de la forme finale. Les grands nœuds structurels, les supports complexes, les socles de machines lourdes et les sections sur mesure destinées à l’offshore ou à la construction navale peuvent passer d’un fichier CAO numérique à une pièce physique entièrement dense en quelques jours ou semaines. En fabriquant des pièces de plus de 6 mètres et de plus de 20 tonnes avec moins de gaspillage de matière, la technologie WAAM réduit considérablement les déchets liés à l’usinage CNC et les délais de fabrication d’outillage de plusieurs mois associés à la fonderie lourde traditionnelle.
Impressions 3D en acier MX3D
Les nuances d'acier au carbone et d'acier de construction certifiées ci-dessous constituent l'écosystème de matériaux de base disponible pour le dépôt robotisé de grands formats.
Aciers au carbone / Aciers faiblement alliés
- ER70S-6 (acier doux) : Conforme aux normes AWS A5.18 / EN ISO 14341, cet acier est le matériau de référence pour les structures générales dans l’industrie. Sa teneur élevée en silicium garantit une excellente fluidité du bain de fusion lors du dépôt robotisé. Il est largement utilisé pour les charpentes de construction lourde, les socles de machines en général et les nœuds structurels.
- Série ER80S (ER80S-D2, ER80S-Ni1, ER80S-Ni2) : Conformes à la norme AWS A5.28, ces fils faiblement alliés (tels que l'ER80S-D2 allié au molybdène) sont utilisés pour le soudage de tôles structurelles à haute résistance et pour des applications exigeant une grande ténacité aux chocs à basse température. Ils constituent un élément incontournable de la construction navale en climat froid et de la fabrication localisée de machines lourdes.
Aciers à haute résistance et faiblement alliés (HSLA)
- ER100S-G, ER110S-G et ER120S-G : Ces nuances d'acier à haute résistance sont conçues pour les environnements exigeant une limite d'élasticité exceptionnelle et une grande résistance aux chocs. Elles sont largement utilisées dans les structures métalliques critiques, les canalisations à usage intensif et les équipements militaires spécialisés.
- NiMo et NiCrMo : Ces fils en alliage à haute résistance sont utilisés pour supporter des charges dynamiques extrêmes, ce qui en fait le choix idéal pour les applications structurelles à haut rendement, les nœuds offshore et les machines lourdes de pointe.
Présentation du portefeuille de produits en acier de construction de WAAM
| Niveau scolaire | Exemples typiques | Classe de rendement type | Application principale | Taux de dépôt |
| Acier au carbone | ER70S-6 | ~400–450 MPa | Charpente générale, fondations | 2 à 8 kg/h |
| Acier faiblement allié standard | ER80S-D2, ER80S-Ni1 | ~470–550 MPa | Construction navale par temps froid, machines lourdes | 2 à 8 kg/h |
| Acier HSLA | ER100S-G à ER120S-G, NiMo, NiCrMo | ~690–830 MPa | Nœuds structurels offshore à haut rendement | 2 à 8 kg/h |
Propriétés mécaniques de l'acier WAAM
Pour pouvoir utiliser en toute confiance les pièces issues du procédé WAAM dans des environnements soumis à des contraintes, les ingénieurs ont besoin de performances métallurgiques vérifiables. Les aciers de construction déposés par le procédé WAAM présentent systématiquement des propriétés mécaniques comparables, voire supérieures, à celles des aciers forgés.
Sur la base de tests internes rigoureux et d'une homologation par un organisme tiers, la norme ER70S-6 (acier au carbone) présente des propriétés extrêmement homogènes :
- Résistance à la traction maximale (UTS) : 490 MPa ; le pourcentage d'allongement (A%) est exact
- Limite d'élasticité : 375 MPa
- Allongement : 25 à 30 %
Pour les variantes faiblement alliées à haute résistance, les limites d'élasticité augmentent considérablement tout en conservant une ductilité fonctionnelle et une ténacité à la rupture selon Charpy élevée. Le procédé WAAM déposant le matériau couche par couche, une anisotropie microstructurale inhérente peut parfois apparaître. MX3D contrôle rigoureusement ce phénomène grâce à un séquencement robotisé avancé des trajectoires d'outils et à des stratégies symétriques de gestion thermique.
Lorsque des performances isotropes maximales sont requises, les pièces sont soumises à des traitements thermiques spécifiques après soudage (PWHT) et à des cycles de détente. Si l'on compare cette approche à celle de l'acier de construction laminé ou forgé, le procédé WAAM offre une sécurité mécanique fondamentale tout à fait équivalente, tout en présentant l'immense avantage d'une liberté géométrique totale et de délais de fabrication considérablement réduits.
Post-traitement et certification
Le procédé WAAM étant un procédé de fabrication « quasi-fin», les pièces déposées présentent une finition de surface nervurée caractéristique. Le processus d'ingénierie intègre des marges d’usinage précises pour les impressions métalliques « near-net-shape » afin de garantir que les interfaces fonctionnelles critiques puissent être usinées par CNC selon des tolérances dimensionnelles finales exactes, tandis que les zones non fonctionnelles peuvent souvent rester en toute sécurité dans leur état « tel qu’imprimé ».
Afin de garantir l’intégrité structurelle exigée par les normes de sécurité civile et maritime, MX3D applique des protocoles complets d’assurance qualité. Chaque couche critique peut être évaluée à l’aide de méthodes de contrôle non destructif pour les pièces WAAM robotisées , notamment les contrôles par ultrasons et par ressuage.
L'environnement de production de MX3D s'appuie sur un parcours de certification solide, optimisé pour l'industrie lourde :
- Certification DNV : Production entièrement conforme aux normes pour les pièces offshore lourdes.
- Section IX de l'ASME : Intégrité structurelle vérifiée des équipements sous pression.
- ISO 9001 : Respect rigoureux des systèmes internationaux de gestion de la qualité.
Applications
L'impression d'acier de construction de grand format offre des avantages stratégiques considérables dans les secteurs à forte intensité capitalistique où des géométries spécifiques ou des chaînes d'approvisionnement rapides revêtent une importance particulière.
Structures offshore et énergétiques : L'utilisation de composants en acier HSLA robustes, tels que des nœuds structurels sur mesure, des raccords de tuyauterie spécialisés et des corps de vannes lourds, permet à l'impression 3D dans les applications pétrolières et gazières de contourner les longs délais de forgeage tout en respectant les normes structurelles strictes de l'API et du DNV.
Construction navale : Fabrication sur mesure et à la demande de supports maritimes et d'éléments structurels destinés aux environnements à basse température, ce qui réduit considérablement les délais liés aux séchoirs.
Architecture et construction : Conception de nœuds en acier de grande taille, à topologie optimisée, et de connecteurs de construction complexes, directement à partir de modèles numériques.
Machines lourdes et défense : Assurer la résilience de la chaîne d'approvisionnement grâce à la production rapide d'outillages sur mesure, de supports de transport et de pièces de rechange pour les structures existantes.
La validation principale de l'acier de construction WAAM réside dans sa mise en œuvre concrète. MX3D a directement ouvert la voie à des avancées structurelles majeures, telles que le projet « Pioneer » de l'Imperial College, qui fait appel à une structure hybride en acier, ainsi que le connecteur en acier de Takenaka , démontrant ainsi comment la planification de trajectoires multiaxiales permet de respecter sans difficulté les normes de sécurité exigeantes du génie civil.
Comment commander une pièce en acier chez nous
L'approvisionnement en pièces structurelles en acier issues de la technologie WAAM est un processus rationalisé, conçu pour faciliter un déploiement industriel rapide. Pour les organisations ayant besoin d'une fabrication immédiate de composants, notre centre de services prend en charge les contrats d'impression à la demande. Par ailleurs, pour les opérations d'entreprise à grand volume, MX3D fournit des systèmes robotisés M1 WAAM clés en main complets, destinés à être déployés en interne dans les usines.
Pour lancer une demande de production d'impression à la demande, notre équipe d'ingénierie des applications a besoin des éléments suivants :
- Géométrie numérique : Un modèle CAO définissant les limites du composant.
- Spécifications de la classe : Sélection de la classe de limite d'élasticité requise (par exemple, ER70S-6 pour les charpentes standard, ER100S-G ou supérieure pour les applications à haute résistance).
- Exigences en matière de certification : Identification des essais nécessaires, des protocoles de détente des contraintes ou des classifications maritimes par des organismes tiers (Lloyd’s Register, DNV, etc.).
Foire aux questions
L'acier au carbone peut-il être imprimé en 3D ?
Oui, l'acier au carbone peut faire l'objet d'une impression 3D robuste à grande échelle grâce à la fabrication additive par arc électrique (WAAM). Contrairement aux systèmes de fusion sur lit de poudre, qui rencontrent des difficultés liées à la taille des pièces, la technologie WAAM utilise du fil de soudage industriel standard (comme l'ER70S-6) et une robotique multiaxiale pour déposer en continu de grandes pièces structurelles en acier pouvant atteindre plusieurs mètres.
Quelles nuances d'acier peuvent être imprimées en 3D ?
MX3D propose une gamme complète de nuances d'acier au carbone et d'acier de construction. Celle-ci comprend des aciers doux standard tels que l'ER70S-6, des fils faiblement alliés comme l'ER80S-D2 destinés aux applications à basse température, ainsi que des variantes d'aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLA) telles que l'ER100S-G et le NiMo, conçues pour des applications soumises à de fortes contraintes.
Quelle est la résistance de l'acier imprimé en 3D ?
Lorsqu'il est déposé selon des procédés WAAM contrôlés, l'acier imprimé en 3D présente d'excellentes propriétés mécaniques. Par exemple, l'acier au carbone standard ER70S-6 utilisé en WAAM atteint une résistance à la traction maximale comprise entre 500 et 550 MPa et une limite d'élasticité comprise entre 400 et 450 MPa, ce qui en fait un matériau structurellement fiable pour le génie civil et l'industrie lourde.
L'acier imprimé en 3D est-il aussi résistant que l'acier forgé ?
En effet, lorsqu’ils sont fabriqués dans le respect de contrôles de qualité rigoureux et soumis à des traitements thermiques post-soudage appropriés, les aciers de construction déposés par le procédé WAAM atteignent systématiquement des propriétés mécaniques proches, voire identiques, à celles de l’acier forgé traditionnel.
Est-il possible d'imprimer en 3D des pièces en acier de construction ?
Tout à fait. La technologie WAAM est largement utilisée pour la fabrication de pièces en acier de construction de grande taille et certifiées, notamment des nœuds de pipelines offshore, des supports maritimes lourds et des assemblages architecturaux à topologie optimisée. La fabrication d’acier de construction par MX3D s’appuie sur des processus de certification rigoureux délivrés par Lloyd’s Register et DNV.
Comprendre la technologie
Pour en savoir plus sur l'étendue de nos capacités en matière de matériaux, consultez notre guide complet sur matériaux WAAM et la certification , ou découvrez comment le dépôt robotisé se compare directement aux procédés de fonderie traditionnels dans notre analyse détaillée intitulée WAAM vs moulage et forgeage .
