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May 24, 2023

Qu'est-ce que le DED et pourquoi devriez-vous l'utiliser ? Partie un

Par : Robert Bowerman Robert Bowerman est consultant en technologie Autodesk au sein de

De : Robert Bowerman

Robert Bowerman est consultant en technologie Autodesk dans le domaine de la fabrication additive. Il travaille avec des équipes de développement, des partenaires industriels et des fournisseurs de matériel pour démocratiser la fabrication additive métallique et hybride grâce à la création de flux de travail logiciels faciles à utiliser, accessibles et intégrés.

Qu'est-ce que le DED et pourquoi devriez-vous l'utiliser ? Partie un

Bien que vous soyez probablement familiarisé avec la fabrication de filaments fondus (FFF) et peut-être la fusion de lit d'alimentation, en plastique ou en métal, il est possible que vous soyez moins familier avec le dépôt d'énergie dirigée (DED). Avec une base d'utilisateurs croissante, une augmentation du matériel accessible et une myriade d'applications, vous devez vous soucier de cette technologie et de ce qu'elle peut offrir à la chaîne d'approvisionnement de fabrication.

Qu'est-ce que le DED ?

DED est un processus de fabrication additive métallique, dans lequel le métal fondu est déposé de manière sélective, en couches, pour construire des composants entièrement denses. Vous avez peut-être entendu parler de WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), LMD (Laser Metal Deposition), LENS (Laser Engineered Net Shape), DMD (Directed Metal Deposition) ou d'un autre acronyme, mais ne vous y trompez pas, ce ne sont souvent que des noms propriétaires que les fabricants d'équipements utilisent pour différencier leur offre. Bien qu'il existe de nombreux noms, la technologie n'a vraiment que quelques variantes.

En général, un système DED nécessite trois composants principaux ; un manipulateur, pour contrôler où le métal est déposé, une alimentation en matériau et une source d'énergie pour faire fondre ce matériau. Le manipulateur se présente généralement sous la forme d'un portique CNC ou d'un robot. Le matériau sera sous forme de fil ou de poudre et la source d'énergie est soit un laser, soit un arc électrique (des faisceaux d'électrons peuvent également être utilisés mais sont moins courants en raison de leur coût).

Par rapport à d'autres procédés de fabrication additive métallique, les taux de dépôt plus élevés de DED ont permis au procédé de produire des composants à plus grande échelle (souvent 1 m +), le compromis à ce niveau de productivité est une résolution partielle. Cependant, avec l'avènement du nouveau matériel DED, nous commençons à voir un éventail plus large de ce qui est possible avec la technologie et, dans certains cas, rivalisant avec les détails qui peuvent être obtenus par un système à lit de poudre.

Les taux de dépôt plus élevés du processus peuvent entraîner une précision géométrique, une résolution des caractéristiques et une texture de surface plus faibles. Par conséquent, les composants produits par DED sont souvent usinés après le dépôt pour obtenir une finition finale. Ce besoin d'usinage et la relative facilité d'intégration de la technologie dans les plates-formes de fraisage existantes ont conduit à l'essor des machines hybrides (c'est-à-dire une machine avec des capacités à la fois additives et soustractives). Souvent, ces machines comprendront plus de 3 axes, ouvrant ainsi une pléthore d'opportunités pour déposer du matériau au-delà des contraintes conventionnelles des couches planes.

Quels sont les avantages de l'impression multi-axes ?

De nombreuses imprimantes 3D plastique à bas prix sont d'une configuration 3 axes. Se révélant abordables, fiables et offrant de nombreuses options de découpage logiciel, les imprimantes 3 axes ont prospéré. Cependant, ce succès a également limité la capacité d'impression 3D ; des structures de support sont nécessaires pour permettre l'impression de surfaces en surplomb, les pièces ne peuvent être construites que sur des surfaces planes et non sur une géométrie préexistante, les surfaces courbées vers le haut souffrent de l'effet de marche. Avec l'avènement de nouveaux systèmes d'impression 3D et la popularité croissante de l'intégration des têtes de dépôt sur les fraiseuses CNC et les bras robotiques, une gamme de nouvelles possibilités d'impression est disponible et la technologie DED utilise des parcours d'outils multi-axes depuis un certain temps.

Pourquoi DED ?

Une grande partie des avantages généraux de la FA s'applique également au DED, mais pourquoi les entreprises s'intéressent-elles vraiment à la technologie aujourd'hui et quelles sont les opportunités futures qu'elle offre ?

Chez Autodesk, nous avons travaillé avec une multitude d'utilisateurs finaux dans l'ensemble de l'industrie au cours de la dernière décennie. Comme beaucoup d'additifs métalliques, la plupart des applications appartenaient initialement à l'aérospatiale et au cours des années suivantes, nous avons vu cela s'étendre à la marine, au pétrole et au gaz, au moulage/outillage, à la défense et à l'industrie lourde. Alors que les applications, les alliages et les tailles de pièces varient, dans ces industries, la plupart des analyses de rentabilisation pourraient être résumées en deux domaines clés, le maintien ou l'augmentation de l'avantage concurrentiel et l'amélioration des références en matière de durabilité, sans doute, dans cet ordre de priorité.

Aujourd'hui, DED peut permettre un avantage concurrentiel en réduisant les cycles de développement de pièces et les délais de production, en améliorant les délais de mise sur le marché et en réduisant le besoin de stocker des pièces de rechange. À l'avenir, la technologie pourrait être utilisée pour produire des composants à haute performance et à valeur ajoutée, en tirant parti des plus grandes libertés de conception et de matériaux que la technologie peut offrir. Par exemple, optimiser un composant pour une charge structurelle ou thermique ou produire une pièce dans un alliage personnalisé ou une combinaison de plusieurs alliages.

Aujourd'hui également, le DED permet d'améliorer les références en matière de durabilité en améliorant l'efficacité des matériaux dans le processus de fabrication, c'est-à-dire que la pièce qui est déposée (connue sous le nom de forme quasi nette, de préforme ou de modèle de dépôt) nécessite beaucoup moins d'enlèvement de matière pour obtenir une pièce finie par rapport à l'usinage d'une pièce à partir d'une billette de matériau. Cependant, un point de vue prudent doit être adopté ici, et le cycle de vie complet du composant doit être pris en compte pour vraiment comprendre les références environnementales de tout processus ou composant. À l'avenir, les installations DED et AM offriront un modèle de production décentralisé, c'est-à-dire que les pièces n'ont pas besoin d'être produites dans une seule usine et expédiées vers leur lieu d'utilisation finale, mais peuvent être produites sur place, si nécessaire. Conduisant à une réduction du carbone induit par le transport.

Quels sont les cas d'utilisation actuels ?

Les cas d'utilisation actuels de la technologie correspondent bien aux avantages offerts par le processus. Ils sont généralement répartis en trois catégories, complétant les chaînes d'approvisionnement existantes, réduisant les pièces de rechange ou remanufacturant et perturbant les industries.

Compléter les chaînes d'approvisionnement : l'aérospatiale a longtemps été le principal défenseur de ce cas d'utilisation (et peut-être du DED en général). Les chaînes d'approvisionnement aérospatiales consomment une quantité importante d'alliages de haute valeur et s'efforcent donc de réduire la quantité de matériaux gaspillés dans le processus de fabrication. De plus, les alliages exotiques peuvent souvent être difficiles à usiner (c'est-à-dire lents et nécessitant beaucoup d'outillage coûteux), en réduisant la quantité de matériau que vous devez couper, vous économisez beaucoup d'argent. Pour obtenir ces gains, en particulier pour les éléments structuraux d'avions, les entreprises produiront un composant de forme quasi nette via un processus de forgeage et enlèveront un minimum de matériau pour atteindre la pièce finale. Le problème ici est le temps qu'il faut pour recevoir ces pièces forgées, qui peuvent prendre des mois, et le niveau de rigidité et de retards supplémentaires lorsque, par exemple, il y a un changement de conception. C'est là que DED intervient et peut compléter la fourniture de composants forgés.

Re-fabrication et réduction des pièces de rechange : DED offre une solution fantastique pour le reconditionnement des pièces usées, cela pourrait être un composant aérospatial de grande valeur (les aubes de turbine et les aubes sont couramment utilisées comme exemple ici) ou un morceau d'outillage de moule, par exemple pour une application automobile. Si un composant ne peut pas être reconditionné et qu'un remplacement est nécessaire, cela peut, dans certaines industries, entraîner de longs temps d'arrêt de l'équipement pendant que le remplacement est effectué. Dans l'industrie maritime, ils surmontent ce problème en gardant un magasin de pièces de rechange. Cependant, comme vous pouvez l'imaginer, il s'agit d'une utilisation très inefficace de l'espace. Ici, DED offre la possibilité de réduire le stockage physique et de le remplacer par une bibliothèque numérique de pièces de rechange pouvant être produites par n'importe quel système à la demande, à l'endroit où il est nécessaire. Des entreprises telles que le Ramlab explorent activement ces opportunités avec des partenaires industriels.

Au cours des dernières années, nous avons assisté à la montée en puissance de nouvelles organisations, apparues dans des industries de longue date, cherchant à perturber les opérateurs historiques. Tirant parti des avantages technologiques identifiés ci-dessus, ces nouvelles organisations au rythme rapide posent de grandes questions et défient les normes de l'industrie. Pix Moving et Relativity Space sont deux points à noter. Pix Moving utilise la nature sans outil du processus DED pour offrir une conception sur mesure ainsi que la décentralisation de la fabrication de leurs véhicules autonomes. Relativity Space vise à perturber l'industrie spatiale en réduisant considérablement le temps entre le concept et les tests jusqu'à la pièce finale pour les composants de fusée, en utilisant leur système WAAM multimètre intitulé "Stargate".

Ce sont de véritables pionniers de la technologie et même si leur succès est de courte durée, nous espérons qu'ils auront un impact sur la façon dont nous fabriquons les produits à l'avenir.

Bien qu'il y ait eu des avancées technologiques significatives et plusieurs bonnes nouvelles à partager autour du DED, en fin de compte, la technologie reste une niche et les défis interdisant une adoption plus large sont importants. Il reste encore beaucoup de travail à faire pour faire progresser l'accessibilité du matériel et des logiciels, améliorer la fiabilité et la robustesse des processus et améliorer les compétences des ingénieurs actuels et nouveaux afin de maximiser les avantages des processus. Cependant, la bonne nouvelle est que de grands progrès sont actuellement réalisés pour relever ces défis.

Vous voulez en savoir plus sur DED ? La partie 2 de notre série sur le DED arrivera très bientôt !

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L'image en vedette montre le WAAMpeller. Photo via Ramlab.

L'industrie de l'impression 3D est le travail collectif de plusieurs auteurs de notre équipe éditoriale. Notre équipe de rédacteurs dévoués a tous une formation en technologie et est désireuse de fournir des nouvelles, des points de vue et un aperçu des dernières tendances de l'impression 3D à tous les niveaux, y compris les utilisateurs à domicile pionniers, la communauté des fabricants et les industriels.