Qu’il s’agisse de batteries, d’électronique, de tubes pétrolier ou de pièces de réacteur, la fabrication additive promet de répondre à de nombreux défis et problématiques dans le secteur de l’énergie. Sa capacité à augmenter les performances, réduire les coûts d’investissement et d’exploitation, sans oublier la réduction de temps de mise sur le marché, s’invite de plus en plus dans les stratégies de ses acteurs. Et non des moindres, puisque son représentant le plus puissant, le géant américain General Electric, a révélé il y a quelques jours avoir conclu un partenariat avec l’institut allemand Fraunhofer et son compatriote Voxeljet, dans le but de concevoir pour ses éoliennes la « plus grande imprimante 3D au monde ».
Présenté sous le nom d’ACC, pour Advanced casting cell (cellule de moulage avancée), le mastodonte encore en phase de développement permettra la fabrication de moulage des composants d’éolienne. Il est question en l’occurrence de la fameuse Haliade-X, une éolienne offshore haute de 260 mètres, équipée de trois pales de 107 mètres, soit pour donner un ordre d’idée la longueur d’un terrain de football.
Pour optimiser ce monstre d’efficacité capable de produire plus de 310 MWh en une seule journée, General Electric entend tirer parti sur la technologie d’impression 3D à sable de Voxeljet pour fabriquer les moules pour les composants de la nacelle (voir vidéo ci-dessous). On appelle ainsi la partie perchée en haut du mât, qui correspond à la salle des machines où l’on retrouve tous les instruments qui permettent à l’éolienne de fonctionner automatiquement. Celle de l’Haliade-X mesure plus de 9,5 mètres de diamètre pour plus de 60 tonnes.
« éviter les erreurs extrêmement coûteuses d’impression ou de moulage »
La plus grande imprimante 3D proposée jusqu’alors par l’allemand Voxeljet, était le modèle VX4000, une machine dotée d’un impressionnant volume de fabrication de 4000 x 2000 x 1000 mm. Rappelons que celle-ci fonctionne selon une technologie appelée Phenolic Direct Binding, qui repose sur un procédé par liage de poudre qui consiste à agglomérer des poudres de sable via de minuscules gouttes de liant à base de phénol. Dans un premier temps la poudre est étalée sur une plaque chauffante, après quoi une tête à jet d’encre vient y déposer des gouttelettes de résine sur les zones à imprimer. Ces dernières sont ensuite exposées à une lumière infrarouge qui provoque le frittage de la poudre.
Sollicité pour son expertise dans le moulage, les matériaux composites et les process de fabrication, l’institut allemand Fraunhofer aura quant à lui en charge d’optimiser la gestion informatique du procédé d’impression, tant au niveau de la composition du sable que de la chaleur. Le but étant selon un responsable de l’institut « d’éviter les erreurs extrêmement coûteuses d’impression ou de moulage, pour économiser le liant et son activateur, tout en améliorant le comportement mécanique et thermique pendant le moulage ».
« ces moules permettent de réduire les coûts en diminuant les temps d’usinage et les quantités de matériaux »
Interrogée par Primante3D sur les bénéfices de la technologie de VoxelJet, la fonderie Boutté nous expliquait en 2016 comment grâce à sa VX1000, elle était parvenue à réduire de 3 semaines le délai de fabrication de prototypes turbos automobiles. Sur ce point, GE et ses partenaires estiment que leur système permettrait la fabrication des moules en sable en seulement deux semaines, contre dix semaines en temps normal. En plus de pouvoir réaliser des formes presque sans limite et des pièces sans outillages, s’ajouterait aussi pour le géant américain la possibilité de réduire le transport long et coûteux de ses pièces en fabriquant directement sur place. Ingénieur en fabrication additive chez GE Renewable Energy Juan Pablo Cilia confirme: « Les moules imprimés en 3D apporteront de nombreux bénéfices, dont une qualité de moulage améliorée en termes de finitions de surface, de précision et de régularité. Et ces moules permettent de réduire les coûts en diminuant les temps d’usinage et les quantités de matériaux, grâce à une optimisation du design. »
Selon GE les premiers essais de fabrication additive pourraient commencer au cours du premier trimestre de 2022. Après quoi l’éolienne pourrait équiper ses premiers parcs éoliens aux Etats-Unis dans le courant de l’année. D’autres projets suivront ensuite, dont celui de Skip Jack au large du Maryland en 2022, et Dogger Bank au Royaume-Uni en 2023.
On sait que le géant américain nourrit également de sérieuses ambitions sur l’impression 3D béton. Il y a un an on apprenait sa collaboration avec son compatriote Cobod visant à imprimer des socles d’éolienne en béton. L’idée étant de fabriquer des éoliennes plus grandes pour capter des vents plus forts. Ses concurrents ne sont pas en reste non plus, à l’image de RCAM Technologies qui travaille lui aussi à un projet de structures d’éoliennes offshore imprimées en béton, parmi lesquelles des tours et des ancres.
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