Extrait de notre Guide complet sur la fabrication additive par arc électrique →
La fabrication additive (FA), également connue sous le nom d'impression 3D industrielle, est un procédé qui permet de créer des objets tridimensionnels en ajoutant de la matière couche par couche à partir de modèles numériques en 3D. Il s'agit d'un ensemble de procédés de fabrication qui permettent de construire des pièces physiques couche par couche à partir de données de modèles 3D, par opposition aux méthodes soustractives qui consistent à retirer de la matière d'un bloc solide.
La fabrication additive comprend sept catégories de procédés définies par la norme ISO/ASTM 52900, que nous aborderons plus en détail dans cet article. Parmi ces sept catégories, MX3D utilise la technologie ArcDED et fournit, depuis 2014, des pièces métalliques imprimées en 3D à grande échelle pour des secteurs tels que l'énergie, le secteur maritime, l'automobile, la défense, l'art et le design, ainsi que l'architecture, grâce à la technologie robotisée WAAM mise en œuvre avec nos systèmes Metal AM M1 et MX.
Définition de la fabrication additive
La fabrication additive (FA) désigne un ensemble de procédés de production qui permettent de fabriquer des pièces physiques couche par couche à partir de données de modèles 3D, par opposition aux méthodes soustractives qui consistent à tailler des formes dans un bloc de matière solide. Elle est normalisée par la norme ISO/ASTM 52900, qui définit sept catégories de procédés, lesquelles seront expliquées et développées plus loin.
Le terme « additif » est utilisé pour souligner qu’il s’agit d’ajouter de la matière, contrairement aux méthodes « soustractives » qui en enlèvent. On utilise souvent les termes « impression 3D », « prototypage rapide » et « fabrication numérique » pour désigner la même chose.
Fabrication additive ou impression 3D : quelle est la différence ?
Bien que ces termes soient souvent utilisés comme synonymes, il existe une distinction historique entre eux. Selon les conventions du secteur, l’expression « impression 3D » désignait le prototypage sur ordinateur de bureau, tandis que celle de « fabrication additive » décrivait des procédés industriels à grande échelle destinés à la production
Aujourd'hui, les normes ISO et ASTM les utilisent comme des synonymes. La distinction pratique persiste toutefois dans le monde professionnel : les ingénieurs ont généralement recours au terme générique « fabrication additive » lorsqu'ils définissent des pièces structurelles ou de production, tandis que « impression 3D » reste le terme courant et accessible. Cela permet de clarifier la question fréquemment posée concernant la différence entre l'impression 3D et la fabrication additive.
Découvrez d'autres différences entre le procédé WAAM et la fonderie et le forgeage.
Comment fonctionne la fabrication additive
Quel que soit le matériau ou la machine utilisés, le processus de fabrication additive suit généralement un schéma de travail standard en cinq étapes:
Conception: création d'un modèle CAO ou d'un scan (STEP, STL, 3MF).
Découpe / planification de trajectoire: utilisation d'un logiciel tel que MetalXL WAAM pour convertir la géométrie en instructions machine (code G ou équivalent).
Fabrication: la machine dépose, fritte ou durcit le matériau couche par couche, ce qui permet d'obtenir une pièce entièrement imprimée.
Post-traitement: opérations telles que le retrait des supports, le traitement thermique, la finition CNC et le contrôle non destructif.
Qualification: contrôle de la pièce par rapport à son cahier des charges, pouvant inclure des vérifications dimensionnelles, mécaniques et chimiques. Il est important de comprendre que nos matériaux sont qualifiés au préalable et que les pièces font l'objet d'une qualification distincte, afin de garantir la meilleure qualité possible.
Remarque : pour les pièces métalliques de grande taille, les étapes 3 à 5 diffèrent considérablement de l'impression 3D de bureau. Les systèmes de fabrication additive industrielle, tels que WAAM, sont des cellules de production intégrées comprenant des sources d'alimentation pour le soudage, des mouvements robotisés et une surveillance en ligne.
Les 7 catégories de la fabrication additive
La norme ISO/ASTM 52900 classe la fabrication additive en sept catégories de procédés distinctes. La compréhension de ces catégories permet de déterminer plus clairement quelle technologie est adaptée à des matériaux et à des applications spécifiques.
| Catégorie | Famille de processus | Matériaux courants | Applications courantes |
| Impression par projection de liant (BJT) | Liant liquide sur lit de poudre | Métal, sable, céramique | Moules de moulage au sable, prototypes métalliques |
| Dépôt par énergie dirigée (DED) | L'énergie concentrée fait fondre le matériau au fur et à mesure de son dépôt | Fil métallique ou poudre | Pièces de grande taille, réparation, revêtement (y compris WAAM) |
| Extrusion de matériaux (MEX) | Thermoplastique extrudé par la buse | Polymères, composites | Prototypage, pièces en polymère destinées à l'utilisation finale |
| Impression par jet de matière (MJT) | Gouttelettes de photopolymère durcies par rayonnement UV | Photopolymères, cires | Prototypes très détaillés, modèles médicaux |
| Fusion sur lit de poudre (PBF) | Fusion de poudre au laser ou par faisceau d'électrons | Métal, polymère | Supports pour l'aérospatiale, implants médicaux |
| Laminage de feuilles (SHL) | Les feuilles sont collées et découpées | Papier, métal, matériaux composites | Outillage spécialisé, pièces hybrides |
| Photopolymérisation en cuve (VPP) | Résine durcie aux UV dans une cuve | Photopolymères | Bijoux, dentisterie, miniatures |
Impression par projection de liant (BJT) : cette technique consiste à déposer un liant liquide sur un lit de poudre. Elle est réputée pour sa rapidité et est souvent utilisée pour la fabrication de moules de fonderie au sable et de prototypes métalliques.
Dépôt par énergie dirigée (DED) : utilise une énergie focalisée pour faire fondre le matériau, tel qu'un fil métallique ou une poudre, au moment de son dépôt. Cette catégorie comprend le WAAM (fabrication additive par arc avec fil), qui est une sous-catégorie du DED utilisant un fil. Cette technique est idéale pour les pièces de grande taille, la réparation et le revêtement. Pour en savoir plus, consultez notre guide sur Qu'est-ce que le WAAM ?.
Extrusion de matériaux (MEX) : consiste à extruder un thermoplastique à travers une buse chauffée. Cette technique est largement utilisée pour le prototypage et la fabrication de pièces en polymère destinées à un usage final à partir de polymères et de composites.
Impression par jet de matière (MJT) : des gouttelettes de photopolymère sont déposées puis durcies instantanément par rayonnement UV. Cette technique est utilisée pour la fabrication de prototypes très détaillés et de modèles médicaux à partir de photopolymères et de cires.
Fusion sur lit de poudre (PBF) : cette technique utilise un faisceau laser ou un faisceau d'électrons pour fusionner de la poudre métallique ou polymère. Elle est couramment utilisée pour la fabrication de supports aérospatiaux et d'implants médicaux.
Laminage de feuilles (SHL) : des feuilles de matériau (papier, métal ou composite) sont collées les unes aux autres, puis découpées. Ce procédé est généralement utilisé pour l'outillage spécialisé et les pièces hybrides.
Photopolymérisation en cuve (VPP) : une résine photopolymère liquide contenue dans une cuve est durcie de manière sélective par rayonnement UV. Cette technique est particulièrement prisée pour la joaillerie, les applications dentaires et les miniatures.
Fabrication additive vs fabrication soustractive
La fabrication additive et la fabrication soustractive sont généralement complémentaires plutôt que concurrentes. En effet, la plupart des pièces industrielles issues de la fabrication additive (ou partiellement) subissent une finition soustractive par CNC afin d'atteindre des tolérances finales précises. Lorsqu'il s'agit de choisir entre la fabrication traditionnelle et la fabrication additive, une bonne règle générale est la suivante : si une pièce moulée ou forgée nécessite également un usinage CNC par la suite, la fabrication additive constituera la meilleure alternative. Cela s'explique notamment par la réduction des délais de production.
| Facteur | Additif | Soustractif |
| Point de départ | Modèle 3D | Billet ou bloc |
| Gaspillage de matériaux | environ 5 à 10 % | 70 à 90 % |
| Coût des outillages | €0 | Outillage, équipement |
| Liberté géométrique | Élevé | Moyen |
| Finition de surface | Un post-traitement est souvent nécessaire | Excellent état de sortie d'usine |
| Délai de livraison des pièces neuves | Jours | Semaines (si un outillage est nécessaire) |
| Le plus adapté | Géométries complexes, volumes faibles à moyens | Caractéristiques de précision, production à grand volume |
Avantages de la fabrication additive
Si la fabrication additive présente des avantages considérables, il est important de bien comprendre dans quels domaines elle excelle et dans quels cas les méthodes traditionnelles sont plus adaptées.
Principaux avantages :
Liberté de conception : la fabrication additive permet l'optimisation topologique, la création de canaux internes et la réalisation d'assemblages intégrés.
Réduction du gaspillage de matière : le taux de gaspillage est généralement de 5 à 10 % pour la fabrication additive, contre 70 à 90 % pour l'usinage CNC.
Délais de fabrication plus courts : la production ne prend que quelques jours à quelques semaines, contre plusieurs mois pour la fabrication d'outils de moulage ou de forgeage.
Production à la demande / localisée : élimine la dépendance vis-à-vis des outillages.
Regroupement de pièces : une seule pièce imprimée peut remplacer des assemblages composés de 250 éléments.
Allègement : rendu possible grâce à l'utilisation de structures en treillis et à l'optimisation topologique.
Pièces de rechange pour les équipements anciens : peuvent être fabriquées sans moules.
Entrepôts numériques : plus besoin d'espace de stockage pour conserver les pièces de rechange. Il suffit de lancer une nouvelle impression dès qu'une nouvelle pièce est nécessaire.
Limites et situations où la médecine alternative n'est pas la solution
Les contraintes varient considérablement selon la famille de procédés. Parmi les contraintes courantes, on peut citer :
Les pièces industrielles nécessitent presque toujours un post-traitement.
La finition de surface correspond rarement à la précision obtenue directement par impression CNC. Cela peut toutefois également être le cas avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
La certification et la qualification peuvent prendre du temps dans les secteurs réglementés ou dans ceux qui en sont encore à adopter cette technologie
Le choix du procédé est déterminant : par exemple, le WAAM convient aux pièces métalliques de grande taille, le PBF est idéal pour les détails fins, et le MEX est généralement utilisé pour le prototypage en polymère.
Applications industrielles par secteur
Les différentes catégories de fabrication additive s'adressent à divers secteurs d'activité en fonction de leurs exigences spécifiques en matière de matériaux et d'échelle :
Énergie (pétrole, gaz, éolien, nucléaire) : la FA est utilisée pour les composants sous haute pression, les roues et les pièces de rechange destinées aux infrastructures existantes.
Secteur maritime: Les applications comprennent les hélices, les pièces de gouvernail et les pièces de rechange à la demande pour les navires. En savoir plus sur le WAAM dans le secteur maritime.
Défense: Utile pour la production localisée, les supports et les alliages haute performance.
Architecture et construction: Utilise l'impression 3D pour les nœuds structurels, les éléments de façade et les pièces métalliques sur mesure.
Automobile: Utilise principalement la fabrication additive pour le prototypage, l'outillage et la production en petites séries de pièces de haute performance.
Quelle place occupe WAAM dans le paysage de la radio AM ?
La fabrication additive par arc électrique avec fil (WAAM) est une variante de la dépôt d'énergie dirigée (DED) qui utilise un fil.
Lorsqu'on compare des procédés DED tels que le WAAM à la fusion sur lit de poudre (PBF), l'échelle et la rentabilité constituent les principaux facteurs de différenciation. Le WAAM excelle dans la production à grande échelle, capable d'imprimer des pièces dont les dimensions vont de 100 mm à plus de 5 x 5 x 5 mètres. Il affiche des débits de dépôt de 2 à 15 kg/h, contre les 0,1 à 0,5 kg/h nettement plus lents qui caractérisent généralement les systèmes PBF.
De plus, le procédé WAAM utilise du fil de soudage standard (dont le prix varie entre 5 et 15 €/kg), ce qui représente un avantage considérable en termes de coût des matériaux par rapport aux poudres métalliques atomisées (50 à 200 €/kg).
Lorsqu'une pièce requise dépasse les dimensions d'une chambre de fabrication PBF standard, lorsque les délais de livraison sont très serrés ou lorsque le coût des matières premières pèse lourdement sur le budget, la WAAM s'avère généralement le procédé de fabrication additive le plus avantageux sur le plan économique. Depuis 2014, MX3D s'est spécialisée dans la fourniture de ces pièces métalliques de grande taille issues de la fabrication additive pour les secteurs de l'énergie, de la marine, de la défense et de l'architecture.
Découvrez-en davantage sur la technologie WAAM que nous utilisons chez MX3D et comment nous l'appliquons à nos produits et services, tels que l'impression à la demande 24 h/24 et 7 j/7 grâce à nos systèmes Metal AM M1 et MX.
Foire aux questions
Qu'est-ce que la fabrication additive, en termes simples ?
La fabrication additive est un procédé de production qui permet de créer une pièce physique couche par couche à partir d'un modèle numérique en 3D, en utilisant des techniques telles que la fusion sur lit de poudre, l'extrusion de matière ou le dépôt par arc électrique. Il s'agit du terme industriel désignant ce que l'on appelle communément l'impression 3D métallique.
Quelle est la différence entre l'impression 3D et la fabrication additive ?
Bien qu'ils soient souvent utilisés comme synonymes, le terme « impression 3D » désigne traditionnellement les applications de bureau ou de prototypage, tandis que le terme « fabrication additive » fait généralement référence à des procédés industriels destinés à la production.
Quelles sont les 7 catégories de la fabrication additive ?
Les 7 catégories définies par la norme ISO/ASTM 52900 sont les suivantes : projection de liant (BJT), dépôt par énergie dirigée (DED), extrusion de matière (MEX), projection de matière (MJT), fusion sur lit de poudre (PBF), stratification de feuilles (SHL) et photopolymérisation en cuve (VPP).
Quels sont les principaux avantages de la fabrication additive ?
Parmi les principaux avantages, on peut citer une grande liberté de conception, une réduction des déchets de matériaux (5 à 10 %), des délais de fabrication plus courts, la consolidation des pièces, l'allègement des composants et la possibilité de produire des pièces de rechange à la demande pour les équipements existants.
Dans quels domaines industriels utilise-t-on la fabrication additive ?
Elle est largement utilisée dans divers secteurs, notamment l'énergie, le secteur maritime, la défense et l'aérospatiale, l'architecture et la construction, l'automobile et le secteur médical.
