Extrait de notre Guide complet de la fabrication additive par arc électrique →
Pourquoi le procédé WAAM est-il plus performant que le moulage et le forgeage ?
La fabrication additive par arc électrique (WAAM) est une technologie utilisée pour l'impression 3D métallique qui permet d'obtenir des pièces plus résistantes, plus rapides à produire et plus durables. Elle répond ainsi aux besoins des entreprises et des industries du monde entier qui recherchent une solution d'impression fiable, efficace et évolutive, disponible 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, ainsi qu'un flux de travail et un processus d'impression entièrement contrôlés et surveillés. La rapidité d'exécution est un atout majeur qui permet à la WAAM de l'emporter sur les méthodes de moulage et de forgeage, qui constituent des techniques plus traditionnelles de fabrication additive. Comme la WAAM élimine presque entièrement le besoin d'outillage dédié et les longs délais de production, elle permet de livrer des pièces métalliques fonctionnelles en quelques jours plutôt qu'en plusieurs semaines, accélérant ainsi considérablement le prototypage, la mise sur le marché et les réparations sur site.
De plus, la technologie WAAM offre des avantages considérables dans les cas où les méthodes de fabrication traditionnelles se heurtent à des problèmes de coûts, de délais ou de flexibilité. Par exemple, nous avons imprimé une roue en bronze bien plus rapidement et avec une plus grande précision que ce qu’auraient pu réaliser d’autres entreprises avec des méthodes de moulage ou de forgeage. En ce qui concerne les délais, les résultats finaux du projet de roue en bronze, grâce au fait qu’elle a été imprimée avec la technologie WAAM, ont permis une impression très rapide, ce qui a permis de réduire considérablement les délais de production et, par conséquent, les délais de livraison. En termes de chiffres, le délai d'impression WAAM pour ce projet a été d'un mois, contrairement aux délais habituels des méthodes de moulage et de forgeage, qui sont de 6 à 8 mois. Les entreprises savent à quel point les procédures permettant de gagner du temps sont importantes, notamment en matière de livraison de projets, d'investissement en capital et d'étapes ultérieures visant à éviter les surcoûts inutiles et la complexité, autant de problèmes qui peuvent être résolus grâce à la technologie WAAM et au logiciel dédié logiciel MetalXL .
Quand recourir à la fabrication additive et comment choisir la meilleure technologie ?
La fabrication additive par arc électrique permet de livrer un premier exemplaire en 2 à 4 semaines, alors que le moulage au sable nécessite généralement entre 16 et 24 semaines pour la fabrication des moules, le moulage, le nettoyage et l'usinage (selon la pièce). Lorsque le coût des temps d'arrêt dépasse celui de la fabrication, la WAAM devient l'option la plus économique. Ce raisonnement en termes d'économies s'applique tout particulièrement aux entreprises qui ont besoin d'une impression continue et constante, car cette méthode d'impression garantit un gain de temps et d'argent considérable et s'avère être la meilleure solution pour la majorité des projets d'impression.
Même si nous savons que les méthodes traditionnelles peuvent être utilisées pour certains projets ou demandes spécifiques, la technologie WAAM reste une solution nettement plus efficace, flexible et performante. Cette flexibilité et cette adaptabilité de la technologie constituent des arguments clés dans le choix de cette méthode d'impression pour les projets et les géométries complexes. La technologie WAAM permet aux entreprises de répondre avec brio à leurs demandes d'impression dans certaines situations, d'obtenir l'impression de pièces complexes avec une précision nettement supérieure et moins de gaspillage de matière, toutes ces caractéristiques s'accompagnant d'une continuité du flux de travail que d'autres méthodes ne peuvent garantir, notamment grâce à la possibilité d'imprimer sur plusieurs axes et surtout de pouvoir imprimer 24 heures sur 24, en contrôlant l'ensemble via notre logiciel dédié MetaXL WAAM de pointe.
Le logiciel garantit un contrôle total de tous les paramètres et du flux de travail, tout en permettant la personnalisation et l'adaptation de tous les réglages de processus et étapes d'impression nécessaires pour assurer une impression nette, précise et efficace dès le lancement du processus d'impression via le logiciel. Il permet d'améliorer les performances et la productivité grâce à des capteurs dynamiques assurant un contrôle et une surveillance en continu.
WAAM, moulage et forgeage : comparaison côte à côte
Les tableaux suivants résument les principales différences entre le procédé WAAM et les procédés de fabrication traditionnels. Ces valeurs reflètent les performances typiques du MX3D ainsi que les normes industrielles, les critères de qualité et les standards de production.
Tableau 1
| Facteur | WAAM (fabrication additive par arc électrique) | Moulage au sable | Moulage de précision | Forgeage |
|---|---|---|---|---|
| Délai de livraison (premier article) | 2 à 4 semaines | 10 à 16 semaines | 12 à 20 semaines | 14 à 24 semaines |
| Outillage nécessaire | Aucun | Modèles et moules | Modèles en cire et moules en céramique | Ceci |
| Coût des outillages | €0 | de 8 000 € à 60 000 € | de 15 000 € à 120 000 € | de 60 000 € à 500 000 € |
| Quantité minimale de commande | 1 | 10 à 50 | 50 à 100 | |
| Gamme de tailles des pièces | Jusqu'à 6,5 mètres | Jusqu'à 5 mètres | Jusqu'à 1 mètre | Jusqu'à 3 mètres |
| Taux de dépôt | 3 à 12 kg par heure (acier) | Sans objet | Sans objet | Sans objet |
| Utilisation des matériaux | entre 85 et 92 % | 60 à 70 % | entre 85 et 95 % | 50 à 60 % |
Tableau 2
| Facteur | WAAM (fabrication additive par arc électrique) | Moulage au sable | Moulage de précision | Forgeage |
|---|---|---|---|---|
| Finition de surface (à la sortie d'usine) | De 30 à 45 micromètres | De 12 à 25 micromètres | De 3 à 6 micromètres | De 6 à 12 micromètres |
| Propriétés mécaniques | Comparable à l'acier forgé ou martelé après traitement thermique | Moins que le fer forgé | Variable | Excellent grâce au sens du grain |
| Coût lié à la modification de la conception | Mise à jour logicielle uniquement | Nouveaux modèles et moules | Nouveaux outils en cire et en céramique | Nouvelles matrices |
| Post-traitement | Usinage CNC et traitement thermique | Nettoyage et usinage | Usinage minimal | Usinage |
| Idéal pour | Petits volumes, pièces de grande taille, livraison rapide | Volumes moyens à élevés, formes complexes | Pièces de petite à moyenne taille, haute précision | Pièces structurelles à haute résistance |
Ces valeurs correspondent à des performances types. Les résultats réels varient en fonction de la géométrie, de la nuance du matériau et des exigences de certification.
Quand privilégier le procédé WAAM plutôt que le moulage ou le forgeage (Guide de décision : WAAM vs moulage et forgeage)
Matériaux WAAM : grande disponibilité et grande adaptabilité
En ce qui concerne matériaux pouvant être utilisés pour l'impression avec cette technologie , un autre aspect très positif du WAAM réside dans le fait que cette technique d'impression permet d'utiliser pratiquement n'importe quel type de fil de soudage, comme les alliages. Les matériaux sont évalués et sélectionnés pour offrir un haut niveau de qualité, conformément aux normes de certification, garantissant ainsi l'efficacité et la solidité, et assurant la qualité globale et la durabilité de la pièce imprimée parmi les différents matériaux disponibles. La grande disponibilité des fils de soudage et le processus d'impression continu, sans fusion de pièces séparées, couche après couche, garantissent que la pièce imprimée finale est pleinement fonctionnelle et prête à être utilisée aux fins prévues.
Production en petites séries ou à l'unité
Un autre aspect important pour lequel la technologie WAAM est supérieure aux autres méthodes et permet des délais de production plus courts réside dans le fait qu'elle ne nécessite ni matrices ni moules, ce qui simplifie considérablement les étapes nécessaires au lancement de l'impression et à son suivi. Notre projet de roue en bronze, qui sera abordé plus en détail dans la suite du texte, illustre parfaitement l'application de cette technologie et ses avantages. Le fait que cette méthode ne nécessite pas de moules permet de réduire le gaspillage de matériaux et, par conséquent, de diminuer les coûts globaux du projet, ce qui conduit à une utilisation plus judicieuse des matériaux et des ressources pour chaque pièce imprimée.
Un autre avantage réside dans le fait que le procédé WAAM ne nécessite aucun outillage, alors que le moulage requiert des modèles et des moules, et que le forgeage nécessite des matrices ; ces outils doivent être conçus, fabriqués et validés avant que la première pièce puisse être produite. La réduction des besoins en pièces de pré-production ou en essais supplémentaires entraîne également une diminution significative du gaspillage de matière et des besoins en usinage CNC (fraisage). Pour des quantités comprises entre une et dix pièces, le WAAM offre généralement le coût total le plus bas, car il n'y a pas d'outillage à amortir, et constitue l'option que les entreprises doivent privilégier.
De plus, la courbe des coûts de la WAAM est relativement variable, car les heures de travail, le temps d'usinage et le temps d'impression dépendent tous du choix du matériau, de la géométrie et de la complexité de la pièce imprimée. Le coût par pièce reste constant, car le processus est déterminé par le temps de dépôt, le temps d'usinage et la quantité de matériau utilisée. Le moulage présente un coût initial élevé en raison de l'outillage, mais le coût par pièce diminue rapidement à mesure que le volume augmente. En ce qui concerne les composants MX3D typiques, le seuil de rentabilité entre le WAAM et le moulage se situe entre 15 et 40 pièces, en fonction de la géométrie et de la complexité.
Pièces obsolètes pour lesquelles il n'existe plus d'outillage : WAAM est la solution à ce problème
De nombreux systèmes existants reposent sur des composants dont les moules ou les matrices d'origine n'existent plus. La refabrication d'outillage pour une seule pièce de rechange est rarement rentable. La technologie WAAM permet de produire directement à partir de dessins en 2D ou de numérisations 3D, ce qui la rend idéale pour les équipements de défense, les turbines de production d'électricité, les systèmes de propulsion maritime et les machines industrielles à longue durée de vie. La rétro-ingénierie, associée à la technologie WAAM, offre une solution pratique pour restaurer des composants obsolètes sans avoir à recourir à la refabrication coûteuse d'outillage.
Itérations de conception et prototypage
Le WAAM permet aux ingénieurs de modifier leurs conceptions sans engager de nouveaux coûts d'outillage. L'avantage financier réside dans le fait qu'une modification de conception ne nécessite qu'une mise à jour logicielle, ce qui rend le WAAM particulièrement efficace pour le prototypage de composants métalliques de grande taille, l'évaluation de multiples variantes de conception et de leur complexité, l'itération sur des structures à topologie optimisée, ainsi que la validation de la fabricabilité avant de s'engager dans un processus de moulage ou de forgeage.
Cette technologie modifie les délais de production et la structure des coûts des composants métalliques de grande taille en supprimant bon nombre des contraintes inhérentes aux méthodes traditionnelles. Au lieu de recourir à des moules, des matrices ou des outillages nécessitant de longs délais de fabrication, la WAAM fabrique les pièces directement à partir de modèles numériques, ce qui raccourcit les cycles de développement et ouvre de nouvelles perspectives en matière de conception.
Répétitivité, génération de plans, vitesse d'impression et liberté géométrique avec la technologie WAAM
WAAM permet de rationaliser les pièces répétitives en créant un seul modèle et en le réutilisant tout au long du processus, ce qui évite de devoir répéter les essais et autres étapes redondantes. Cette approche s'avère d'autant plus utile lorsqu'il s'agit de conceptions à géométrie complexe, car elle permet de produire des composants plus complexes en une seule impression. Au lieu de fabriquer plusieurs pièces moulées ou forgées pour les assembler par soudage, l'ensemble de la structure peut être produit sous la forme d'une seule pièce intégrée, ce qui améliore l'efficacité, la précision et l'intégrité structurelle globale.
De plus, avec les systèmes WAAM, tels que les les systèmes MX3D Metal AM M1 et MX , permettent d’imprimer plusieurs couches en continu sans avoir à souder ni à séparer les pièces. Cet aspect essentiel de la technologie rend le flux de travail des projets plus contrôlable et plus rapide, et confère à la géométrie des pièces une solidité, une résistance et un niveau de détail bien supérieurs, tout en éliminant les effets indésirables et les imperfections, telles que la présence de bulles qui pourraient survenir avec d’autres méthodes traditionnelles, comme le moulage et le forgeage, en raison de l’assemblage de différentes pièces qui fusionnent au contact de l’air.
Grâce à l'expertise et aux cas , liés à une recherche et développement approfondie, la technologie MX3D WAAM ouvre de nouvelles perspectives pour diverses entreprises et industries à la recherche d'un fournisseur fiable pour un produit imprimé fini, avec des délais de livraison courts, moins de gaspillage de matériaux, un meilleur contrôle sur l'ensemble du processus et davantage de détails.
Géométrie d'impression : les projets MX3D présentent des défis et des niveaux de complexité variés, mais s'appuient tous sur la même technologie WAAM
D'une part, l'un des exemples d'impression géométrique rapide et durable réalisée par MX3D est le projet de roue en bronze . L'impression de cette roue est l'une des démonstrations les plus évidentes de la manière dont la technologie WAAM repousse les limites du possible dans la fabrication industrielle et constitue une solution clé en main.
Nous avons fabriqué une roue en bronze nickel-aluminium de 350 kg pour la centrale Amercoeur d’ENGIE, une pièce dont la fabrication par moulage aurait traditionnellement nécessité un délai de 6 à 8 mois. Grâce à la technologie WAAM robotisée, l’ensemble du composant a été imprimé en 9 jours, avec un taux de dépôt moyen de 3,2 kg par heure, en utilisant plusieurs jeux de paramètres validés. Le programme a débuté par une validation approfondie des matériaux et des paramètres sur des plaques d'essai afin de garantir les performances mécaniques et la répétabilité, deux aspects essentiels pour un composant rotatif critique pour la sécurité. Une fois validé, le procédé WAAM a permis d'obtenir une géométrie proche de la forme finale, avec une réduction drastique des déchets de matière et un enregistrement numérique de la fabrication entièrement traçable. Ce cas est significatif non seulement en raison de l'échelle et de la complexité de la pièce, mais aussi parce qu'il représente l'une des premières installations opérationnelles d'un composant critique de grande taille fabriqué par WAAM dans le secteur de l'énergie. Il montre comment le WAAM peut réduire les délais de fabrication, diminuer la dépendance vis-à-vis des outils de moulage et permettre la production rapide de composants critiques qui, autrement, seraient bloqués par les chaînes d'approvisionnement traditionnelles.
D'autre part, le projet BMW Automotive, dans le cadre duquel MX3D a collaboré à l'impression d'un système de support de jambe de suspension en un seul passage, illustre parfaitement les géométries complexes rendues possibles par la technologie WAAM. Le résultat parle de lui-même : des délais de livraison plus courts, une géométrie plus résistante et une chaîne d'approvisionnement allégée. Même si ces pièces présentaient une grande complexité et nécessitaient une impression multi-axes, cela a été géré sans aucun problème par les systèmes MX3D Metal AM M et le logiciel MetalXL WAAM, grâce à l'expertise et à l'utilisation rentable des matériaux.
Le groupe BMW a démontré que la technologie WAAM permettait d'atteindre la qualité requise pour la production en série automobile en utilisant un système M1 et le flux de travail MetalXL de MX3D pour fabriquer des composants structurels qui satisfont aux exigences de résistance aux charges cycliques sans nécessiter de post-traitement sur l'ensemble de la surface. Le développement minutieux des paramètres de soudage, la planification des trajectoires des robots et la surveillance du processus ont permis de produire des pièces à la fois plus légères et plus rigides que des composants moulés sous pression comparables, tout en réduisant le gaspillage de matière et la consommation d'énergie. Le programme a combiné une validation métallurgique ciblée, une traçabilité en cours de fabrication et une finition sélective pour offrir des performances mécaniques reproductibles à grande échelle, démontrant ainsi que le WAAM peut passer du prototypage à la production pour des applications automobiles exigeantes.
Comparaison entre le WAAM, le moulage et le forgeage : les atouts de la technologie WAAM
- La technologie WAAM (fabrication additive par arc électrique) permet généralement de livrer des pièces en quelques semaines. La fonte ou le forgeage traditionnels nécessitent souvent plusieurs mois, en raison de la conception des outils, de la fabrication des moules et des ajustements itératifs qui doivent être effectués avant même que la production puisse commencer.
- La technologie WAAM rend inutile l'utilisation d'outils spécifiques. Les procédés traditionnels reposent sur des moules et des matrices coûteux, dont la fabrication demande beaucoup de temps et d'argent, en particulier pour les géométries de grande taille ou complexes.
- La technologie WAAM dépose la matière uniquement là où cela est nécessaire, permettant ainsi d'obtenir des pièces de forme quasi-finale avec un taux d'utilisation de la matière avoisinant les 90 %. La fonderie et le forgeage nécessitent généralement un usinage important par la suite, ce qui génère une quantité considérable de déchets et augmente à la fois les coûts et l'impact environnemental.
- WAAM prend en charge des géométries et des niveaux de complexité difficiles, voire impossibles à réaliser avec des moules, tels que les profilés creux, les éléments internes ou les structures à topologie optimisée. Les méthodes traditionnelles sont limitées par les lignes de joint des moules, les angles de dépouille et d'autres contraintes géométriques.
Si le moulage et le forgeage peuvent constituer une option idéale par rapport à la WAAM sous plusieurs aspects techniques et économiques spécifiques, la WAAM peut s'avérer la meilleure solution d'impression pour certaines applications et caractéristiques. En particulier, la comparaison entre la WAAM et le forgeage penche en faveur de la WAAM lorsque les délais de fabrication des outils et les coûts initiaux des matrices l'emportent sur les économies réalisées sur le prix unitaire.
WAAM vs moulage/forgeage : un scénario de comparaison rapide
| Défi | Pourquoi le moulage et le forgeage s'imposent | Quand WAAM fonctionne encore |
| Pièces identiques produites en grande série | Coût unitaire réduit après amortissement des outils | Délais de livraison plus courts pour les premiers lots ; idéal pour les conceptions en cours d'évolution ou les séries pilotes |
| Finition de surface exceptionnelle | Le moulage de précision permet d'obtenir une rugosité de surface (Ra) comprise entre 3 et 6 μm à la sortie du moule | La technologie WAAM associée à une finition CNC ciblée permet de réduire le volume total d'usinage sur les grandes surfaces non critiques |
| Parois fines / détails fins | Le moulage et la fusion sur lit de poudre permettent de reproduire des détails inférieurs au millimètre | Le procédé WAAM convient aux pièces de taille moyenne à grande ; il peut être associé à l'usinage ou à l'insertion de pièces moulées pour les détails fins |
Production en grande série (plus de 100 pièces identiques)
Pour les séries de production longues et stables où les coûts d'outillage sont répartis sur un grand nombre d'unités, le moulage et le forgeage offrent généralement le coût unitaire le plus bas et des délais de cycle prévisibles. Le WAAM peut néanmoins constituer un choix judicieux au début du programme, car il élimine les délais d'outillage et les coûts irrécupérables, permettant ainsi un prototypage rapide, la réalisation de lots pilotes et la validation de la conception avant de s'engager dans la fabrication de matrices ou de moules. Dans les situations où la demande est incertaine ou où les conceptions sont susceptibles d'évoluer, le recours au WAAM pour les premières dizaines à quelques centaines de pièces peut réduire les risques et les dépenses en attendant que la rentabilité de l'outillage traditionnel soit confirmée. Même lorsque les volumes finissent par favoriser le moulage ou le forgeage, une approche hybride, consistant à utiliser le WAAM pour les premières séries puis à passer au moulage/forgeage, raccourcit souvent les délais de mise sur le marché et réduit le risque global du programme.
Pièces nécessitant une finition de surface exceptionnelle
Le moulage à la cire perdue et le forgeage permettent d'obtenir des surfaces de qualité dès la sortie du moule, ce qui réduit au minimum l'usinage en aval pour de nombreuses faces fonctionnelles. Les pièces issues de la WAAM nécessitent généralement davantage de finition de surface pour atteindre des valeurs Ra comparables à celles du moulage à la cire perdue, mais cela n'empêche pas leur utilisation : en combinant une finition CNC ciblée sur les surfaces critiques avec des zones non critiques conservées telles qu'imprimées, la WAAM peut répondre aux exigences fonctionnelles tout en réduisant le temps d'usinage sur l'ensemble de la pièce. Des traitements post-impression supplémentaires, tels que le fraisage localisé, le grenaillage ou les revêtements de surface, peuvent permettre de ramener les caractéristiques clés dans les tolérances sans avoir à retravailler l'ensemble du composant. Pour les applications où seules quelques faces exigent une finition précise, le WAAM associé à une finition sélective peut constituer un compromis efficace.
Éléments à parois minces ou ultra-fines
La géométrie des perles et les contraintes de processus de la technologie WAAM rendent difficile l'impression directe de parois de moins d'un millimètre et de canaux internes complexes ; le moulage à la cire perdue et la fusion sur lit de poudre restent donc mieux adaptés à ces détails fins. Le WAAM reste une option viable en modifiant l'approche de conception : imprimer le volume structurel principal avec le WAAM et intégrer des inserts à parois minces, des sous-composants moulés ou des modules produits par PBF pour les éléments délicats. Une autre solution consiste à usiner des sections minces à partir du matériau imprimé ou à ajouter des manchons brasés ou boulonnés là où cela est nécessaire, en conservant les avantages du WAAM en termes de taille et de résistance tout en confiant la géométrie ultra-fine à des procédés optimisés pour cela.
Des avantages plus généraux qui font pencher la balance en faveur de WAAM dans de nombreux projets concrets
Les atouts du WAAM – itération rapide, faibles coûts d'outillage initiaux, capacité à produire des pièces de très grande taille et excellente aptitude à la réparation et à la remise à neuf – en font le choix idéal dans de nombreux cas concrets, même lorsque les méthodes traditionnelles le surpassent sur certains critères spécifiques. Pour les composants structurels de grande taille dépassant les limites de taille du moulage ou de la fabrication par dépôt de poudre (PBF), pour les réparations sur site qui évitent le démontage des pièces et les longues chaînes logistiques, ou pour les programmes qui privilégient la rapidité et la flexibilité plutôt que le coût unitaire absolu à grande échelle, le WAAM apporte souvent une valeur ajoutée décisive. En combinant le WAAM avec un usinage ciblé, des inserts ou des assemblages hybrides, les équipes peuvent tirer le meilleur parti des deux mondes : les avantages géométriques et économiques de la fabrication additive, ainsi que la qualité de surface et la finesse des détails des procédés traditionnels.
WAAM vs moulage/forgeage : données issues d'un projet réel (projet de roue MX3D)
La comparaison suivante met en évidence et illustre les avantages typiques du WAAM pour les composants à faible volume et à forte valeur ajoutée, pour lesquels les coûts d'outillage et les délais de livraison sont des facteurs déterminants dans la prise de décision. Qu'il s'agisse de comparer le WAAM au forgeage ou au moulage, les données ci-dessous montrent les avantages, les délais réduits et les économies réalisables en recourant au WAAM plutôt qu'aux méthodes de fabrication traditionnelles.
| Facteur | WAAM (Projet de roue imprimée) | Moulage et forgeage traditionnels | Amélioration |
|---|---|---|---|
| Délai de livraison | 1 mois | 6 à 8 mois | ≈83 à 87 % plus rapide |
| Outillage / Moules | Aucun requis | Moules coûteux + longue phase de fabrication des outils | Suppression totale des outillages |
| Gaspillage de matériaux | Forme quasi-finale (~10 à 20 % de déchets) | Usinage intensif + découpage (50 à 90 % de déchets) | ≈60 à 80 % de déchets en moins |
| Coût | Pas de moules, usinage réduit ; économies typiques de 30 à 50 % grâce au WAAM | Coûts d'outillage élevés + usinage long | réduction des coûts d'environ 30 à 50 % |
| Flexibilité de conception | Il est possible de réaliser des géométries complexes, creuses et optimisées | Limité par la géométrie du moule | Une augmentation considérable de la liberté de conception |
Quand la fabrication traditionnelle reste la meilleure option
Le moulage et le forgeage restent des procédés de fabrication essentiels. Dans certains cas, ils constituent un choix plus approprié que le WAAM.
Production en grande série de 100 pièces identiques ou plus
Une fois que le coût des outillages est réparti sur des centaines de pièces, le moulage s'avère nettement plus rentable que le moulage par projection de poudre (WAAM). Pour la production en série, le moulage associé à l'usinage CNC offre généralement le coût unitaire le plus bas. Le forgeage devient également très compétitif pour les composants à haute résistance produits en grandes quantités.
Pièces nécessitant une finition de surface exceptionnelle
La fonderie à cire perdue permet d'obtenir, à la sortie du moule, des valeurs de rugosité de surface comprises entre 3 et 6 micromètres (Ra). La technologie WAAM produit des valeurs de 30 à 45 micromètres (Ra) et nécessite un usinage CNC pour toute surface fonctionnelle. Si un composant exige des tolérances serrées sur toutes ses surfaces, l'effort d'usinage requis pour la technologie WAAM peut l'emporter sur les avantages offerts par la production de pièces de forme quasi-finale. Dans ces cas-là, la fonderie à cire perdue ou le forgeage s'avèrent plus efficaces.
Éléments à parois minces ou ultra-fines
Le procédé WAAM nécessite une épaisseur de paroi minimale d'environ 5 millimètres. Il n'est pas adapté aux détails inférieurs au millimètre ni aux canaux internes complexes. Le moulage de précision et la fusion sur lit de poudre sont particulièrement performants dans ces domaines. Le procédé WAAM est particulièrement adapté aux pièces de taille moyenne à grande présentant une complexité géométrique modérée.
Le meilleur des deux mondes : la fabrication hybride
La fabrication hybride associe la WAAM aux procédés traditionnels afin d'obtenir des performances optimales et une rentabilité maximale. La WAAM peut être utilisée pour ajouter des éléments à des pièces de base moulées ou forgées. Cette technique s'avère particulièrement utile pour les grandes brides, les corps de vannes, les nœuds structurels et les composants sous pression.
La technologie WAAM est également efficace pour réparer ou remettre à neuf des composants moulés ou forgés existants. Le matériau peut être ajouté avec précision là où cela est nécessaire, ce qui prolonge la durée de vie des pièces de grande valeur.
Une autre stratégie hybride consiste à recourir à la fabrication additive (WAAM) pour le prototypage et les premières phases de production, puis à passer au moulage pour la fabrication en grande série une fois la conception finalisée. Cela permet de réduire les risques et d'accélérer la mise sur le marché.
Étude de cas : WAAM vs moulage et WAAM vs forgeage dans la pratique
L'étude de cas suivante illustre l'impact concret de la technologie WAAM par rapport au moulage traditionnel. Ces chiffres sont représentatifs des résultats habituels des projets MX3D.
| Système métrique | Traditionnel (moulage) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Partie | Roue de pompe en acier inoxydable | Même pièce |
| Matériau | 316L | 316L |
| Délai de livraison | 18 semaines | 3 semaines et demie |
| Outillage | 32 000 € pour les patrons | €0 |
| Gaspillage de matériaux | 62 % | 14 % |
| Système métrique | Traditionnel (moulage) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Propriétés mécaniques | UTS 520 MPa | Résistance à la traction de 610 MPa après traitement thermique |
Cette comparaison met en évidence les avantages caractéristiques du procédé WAAM pour les composants à faible volume et à forte valeur ajoutée, pour lesquels les coûts d'outillage et les délais de livraison sont des facteurs déterminants dans la prise de décision.
Foire aux questions (FAQ)
Le procédé WAAM est-il plus résistant que le moulage et le forgeage ?
Les pièces fabriquées par WAAM peuvent égaler, voire dépasser, les propriétés mécaniques des composants moulés, et la comparaison entre le WAAM et le forgeage s'avère tout aussi convaincante pour de nombreux alliages. Le 316L WAAM de MX3D atteint généralement des valeurs de résistance à la traction maximale comprises entre 600 et 650 MPa après traitement thermique, contre environ 520 MPa pour le 316L moulé. Les performances réelles dépendent de la nuance du matériau, des paramètres du procédé et du post-traitement.
Le procédé WAAM est-il moins coûteux que le moulage et le forgeage ?
Pour des quantités comprises entre une et dix pièces, le WAAM est généralement plus économique car il ne nécessite aucun investissement en outillage. L'avantage du WAAM par rapport au forgeage en termes de coûts est particulièrement évident pour les petites séries, car les matrices de forgeage peuvent coûter entre 60 000 et 500 000 euros. Pour des quantités supérieures à cinquante pièces identiques, le moulage devient plus rentable grâce à l'amortissement de l'outillage. Le seuil de rentabilité pour les composants MX3D classiques se situe entre 15 et 40 pièces.
Les pièces WAAM peuvent-elles être certifiées selon les mêmes normes que les pièces moulées ?
Oui. Les pièces MX3D WAAM sont certifiées conformes aux normes DNV, ASME, PED et API 20S . Il s'agit des mêmes certifications que celles requises pour les composants moulés et forgés destinés aux applications dans les secteurs de l'énergie, du maritime et de la défense.
Quels types de finitions de surface la WAAM propose-t-elle ?
Le procédé WAAM permet d'obtenir une pièce de forme quasi-finale présentant une rugosité de surface comprise entre 30 et 45 micromètres (Ra). La plupart des applications nécessitent un usinage CNC pour les surfaces fonctionnelles. Le procédé MX3D prévoit généralement une marge d'usinage de 2 à 3 millimètres.
