Extrait de notre Guide complet sur la fabrication additive par arc électrique →
Si la fabrication additive par arc électrique (WAAM) et la fusion laser sur lit de poudre (Laser PBF) sont toutes deux des technologies bien établies d'impression 3D métallique, elles s'adressent à des secteurs industriels fondamentalement différents. Leurs principales différences résident dans les méthodes de dépôt des matériaux, l'évolutivité volumétrique et le coût des matières premières utilisées.
Pour les équipes d'ingénieurs qui étudient la fabrication additive, il est essentiel de bien comprendre ces différences afin de choisir la technologie la mieux adaptée à leurs besoins de production.
Différences technologiques fondamentales
Comment fonctionne WAAM
La fabrication additive par arc électrique combine l'utilisation de robots industriels multiaxiaux automatisés et les technologies de soudage à l'arc électrique. Un arc électrique fait fondre un fil métallique solide servant de matière première, déposant le matériau le long de trajectoires générées par logiciel afin de fabriquer des pièces structurelles à haute densité. Ce procédé se déroule à l'air libre et utilise un gaz inerte localisé, acheminé directement par la buse de la torche pour protéger le bain de fusion.
Comment fonctionne le procédé PBF au laser
La fusion laser sur lit de poudre est une technique d'impression 3D classique qui utilise un laser de forte puissance pour faire fondre de manière sélective une poudre métallique fine et atomisée, répartie sur un lit de poudre plat. Ce procédé permet de construire le matériau par couches microscopiques. La poudre étant très réactive, l'ensemble du processus doit se dérouler dans une chambre à vide interne ou dans une enceinte à poudre étanche et étroitement contrôlée.
Volume d'impression et limites spatiales
Les contraintes physiques de ces deux technologies déterminent les types de pièces qu'elles peuvent produire.
WAAM (taille illimitée) : cette technologie ne nécessitant aucune paroi externe, l'enveloppe de fabrication est extrêmement flexible. En installant des manipulateurs robotisés sur des rails linéaires ou des rails en portique, la zone de fabrication s'étend à l'infini, ce qui permet la fabrication en continu de structures métalliques monolithiques s'étendant sur plusieurs mètres.
Laser PBF (taille limitée) : la mise à l'échelle d'une machine à lit de poudre nécessite un volume exponentiellement plus important de poudre atomisée spécialisée ainsi que des contrôles environnementaux en milieu confiné. De ce fait, les technologies standard de fusion sur lit de poudre sont limitées sur le plan physique, ce qui restreint généralement la taille maximale pratique des pièces à moins de 500 millimètres.
Taux de dépôt et vitesse de production
La fabrication d'éléments de structure lourds nécessite une technologie capable de déposer d'énormes volumes de matériau dans des délais commerciaux très serrés.
WAAM (High-Speed Mass Accumulation) : Conçu pour les applications industrielles lourdes, le procédé WAAM permet d'atteindre des cadences de dépôt exceptionnelles, comprises entre 2 et 8 kilogrammes par heure. Cette capacité permet de faire passer des composants industriels de grande taille d'une conception numérique à un état proche de la forme finale en une fraction du temps nécessaire aux autres méthodes.
PBF laser (dépôt par couches microscopiques) : le dépôt de matière par couches microscopiques limite considérablement le débit. Le PBF laser atteint généralement des vitesses de dépôt comprises entre 0,1 et 0,5 kg par heure, ce qui rend la production de composants de grande taille (par exemple, des pièces pesant plus de 100 kg) non viable sur le plan commercial en raison de délais de fabrication de plusieurs semaines.
Matières premières et rentabilité
La forme de la matière première a un impact considérable tant sur la rentabilité que sur la viabilité de la chaîne d'approvisionnement du processus de fabrication.
WAAM (fil standard) : Ce procédé utilise des fils de soudage industriels standard qui sont déjà pleinement intégrés dans les chaînes d'approvisionnement mondiales en matériaux. Cet écosystème ouvert en matière de matériaux garantit des coûts d'acquisition réduits et s'appuie sur une métallurgie éprouvée et certifiée.
Laser PBF (poudre spécialisée) : cette technologie nécessite une poudre métallique hautement spécialisée et finement atomisée. Ces poudres atomisées entraînent d'énormes dépenses d'investissement et des frais généraux complexes liés à leur manipulation, leur coût pouvant souvent atteindre vingt fois celui d'un fil de soudage disponible dans le commerce.
Comparaison des technologies (WAAM vs laser PBF)
| Indicateurs de production | Fabrication additive par arc électrique (WAAM) | Fusion laser sur lit de poudre (Laser PBF) |
| Cas d'utilisation principal | Éléments de structure massifs et robustes | Pièces de petite taille, très complexes et à haute résolution |
| Taux de dépôt | de 2 à 8 kilogrammes par heure | de 0,1 à 0,5 kg par heure |
| Taille maximale pratique | Plusieurs mètres (en fonction de la portée du robot) | Strictement moins de 300 millimètres |
| Matière première | Fil de soudage standard pour usage commercial | Poudre fine, spécialisée et atomisée |
| Environnement de compilation | En plein air avec gaz de protection localisé | Chambre interne fermée pour le vide et la poudre |
| Coût des matières premières | Très rentable | Jusqu'à 20 fois plus cher que le fil métallique |
Découvrez en quoi et dans quels cas la technique WAAM s'avère plus rentable que le traitement par laser PBF.
Foire aux questions
Quelle technologie est la plus adaptée aux pièces métalliques de grande taille ?
La technologie WAAM est particulièrement adaptée aux pièces métalliques de grande taille. Comme elle fonctionne en dehors d'une chambre de fabrication et dépose du matériau à un rythme de 2 à 8 kilogrammes par heure, elle permet de produire de manière rentable des composants massifs pouvant atteindre plusieurs mètres, tandis que la technologie laser PBF est limitée aux pièces de moins de 500 millimètres.
Les techniques WAAM et Laser PBF nécessitent-elles un post-traitement ?
Oui, mais de différentes manières. La technologie WAAM permet d'obtenir une pièce « quasi-finie » qui nécessite généralement un usinage CNC pour atteindre les tolérances finales exactes et obtenir des surfaces d'assemblage lisses. La technologie laser PBF produit des pièces présentant un état de surface très élevé dès leur sortie du lit de poudre, même si elles nécessitent souvent le retrait de structures de support complexes et un traitement de détente thermique.
Pourquoi la technologie WAAM est-elle plus rentable pour l'industrie lourde ?
Le procédé WAAM utilise du fil de soudage standard disponible dans le commerce, qui est largement accessible et jusqu’à vingt fois moins cher au kilogramme que les poudres métalliques atomisées hautement spécialisées requises pour la fabrication par dépôt de poudre au laser (PBF). De plus, le procédé WAAM permet d’éviter les dépenses d’investissement liées aux chambres à vide de grande taille.
Prêt à imprimer à grande échelle ?
Si votre équipe d'ingénieurs cherche à contourner les contraintes de taille des systèmes traditionnels à lit de poudre et les longs délais de fabrication des pièces forgées lourdes, la fabrication additive par arc électrique à fil à grande échelle est la solution. MX3D exploite la première installation robotisée d'Europe dédiée à la fabrication par arc électrique à fil afin de fournir des composants entièrement certifiés et de forme proche de la forme finale aux secteurs les plus exigeants au monde.
