Jan De Pauw et Jonas Galle, les fondateurs de ValCUN (crédits photo : ValCUN)
Autrefois strictement cantonnée à l’emploi de poudres et de puissants lasers, l’impression 3D métallique fait elle aussi sa révolution. Ces cinq dernières années ont été particulièrement prolifiques pour cette technologie. Une multitude de solutions innovantes visant à repousser les limites de coût, de sécurité et de vitesse de fabrication inhérentes aux solutions à laser sur lit de poudre, ont renforcé ses capacités et l’intérêt de l’industrie. Le plus souvent incarnés par des technologies à dépôt de filament ou jet de liant, ces nouveaux procédés pour beaucoup inspirés du MIM (Metal Injection Molding) ne sont pas non plus sans inconvénients. Une fois l’impression terminée, des étapes supplémentaires de frittage et de déliantage sont nécessaires pour obtenir la pièce finale. De plus, la plupart des technologies additives ont des difficultés à traiter l’aluminium. Ces contraintes, une start-up belge du nom de ValCun est parvenue à les lever grâce à une approche unique. En conservant les avantages de l’extrusion, ce fabricant a mis point une technologie à dépôt de métal fondu qui permet l’impression de fils d’alliages d’aluminium directs en une seule étape. Pour vous faire découvrir ce nouvel acteur montant de l’impression 3D métal, PRIMANTE3D est allé à la rencontre de son CTO &Co-fondateur Jan De Pauw.
« C’est mon cofondateur, Jonas Galle, qui a posé la question suivante : « Pourquoi personne ne fait de FDM pour l’aluminium ? » »
Jan De Pauw, CTO &Co-fondateur de ValCUN.
Bonjour Jan, pouvez-vous nous parler du parcours qui vous a conduit jusqu’à ValCUN ?
Enfant, j’aimais jouer avec des Lego, ce qui a été le premier signe de mon intérêt pour la technologie et la science. À l’université, j’ai étudié le génie mécanique. J’ai appris que les cours pratiques me convenaient mieux que les cours théoriques. Après mon master, j’ai commencé un doctorat à l’université de Gand et j’ai essayé de créer une entreprise dérivée. Comme cela n’a pas fonctionné, j’ai rencontré à nouveau Jonas Galle qui avait lancé ValCUN et cherchait un cofondateur. J’étais donc la bonne personne au bon endroit et au bon moment.
Vous souvenez-vous de votre première rencontre avec l’impression 3D ? Aviez-vous imaginé une telle évolution ?
Vers la fin du lycée, j’ai vu une imprimante FDM à polymère. J’ai été stupéfait par les structures de remplissage. Elles étaient magnifiques et rendaient les pièces si légères. À ce moment-là, je n’avais aucune idée que l’on pouvait aussi imprimer du métal. Ce n’est arrivé que quelques années plus tard. En tant que jeune adulte, je n’avais aucune idée du potentiel commercial de l’impression additive. C’est ce que j’ai appris pendant mon séjour à ValCUN. Maintenant que je connais le potentiel de la technologie, j’entrevois un avenir radieux pour la technologie et l’industrie.
Parlez-nous de la genèse de ValCUN et de la rencontre de ses protagonistes ? Quelles problématiques vouliez-vous résoudre ?
C’est mon cofondateur, Jonas Galle, qui a posé la question suivante : « Pourquoi personne ne fait de FDM pour l’aluminium ? » L’élément déclencheur de cette question a été la production d’un moteur de fusée. La conception du boîtier bénéficiait d’une géométrie complexe et devait être légère, solide et, de préférence, pas trop chère à produire. L’aluminium LPBF ne résolvait que trois points, mais il était incroyablement cher. Dans l’analogie entre la FFF et la SLS, nous voulions fabriquer l’équivalent FFF du LPBF.
« Nous utilisons un fil 100 % aluminium comme matière première »
Fonctionnement de la technologie MDD (Molten Metal Deposition)
Expliquez-nous comment fonctionne votre technologie MDD (Molten Metal Deposition). Quelle source d’énergie remplace les lasers que l’on trouve le plus souvent dans les systèmes de fabrication additive permettant l’impression directe de métal ?
Le processus de dépôt de métal en fusion (MMD) ressemble au processus de fabrication par filament fondu (FFF). Nous utilisons un fil 100 % aluminium comme matière première. Le fil est fondu dans la tête d’impression. Par un orifice, l’aluminium fondu est déposé et une pièce est fabriquée. Ce procédé est similaire au procédé FFF.
D’un point de vue technique, l’utilisation de lasers pour faire fondre l’aluminium est bizarre. L’aluminium réfléchit environ 90 % de la lumière laser. ValCUN a résolu ce problème en utilisant un chauffage résistif. Toute la chaleur générée peut être utilisée pour faire fondre l’aluminium. Cela rend le processus MMD plus efficace.
En fabrication additive métallique, quelque soit le procédé, le temps de post-traitement représente souvent une part importante du temps de fabrication. Qu’en est-il de votre technologie ?
Le post-traitement est limité par rapport à d’autres technologies. Tout d’abord, le MMD est un processus en une seule étape, ce qui signifie que nous ne procédons pas au dépoudrage, à l’ébarbage, au frittage, au HIP ou à l’une quelconque de ces étapes de post-traitement jusqu’à la pièce finale. Les tolérances, les surfaces d’assemblage, etc. nécessiteront un usinage similaire à celui des autres technologies d’AM. Nous fabriquons des pièces en aluminium sur un substrat métallique mince. Lorsque la pièce est refroidie, le substrat peut être retiré à la main. Il s’agit d’une avancée considérable par rapport à l’électroérosion à fil, aux scies, etc.
« La plus grande limitation jusqu’à aujourd’hui est que peu de gens connaissent le MMD et ses possibilités »
Sculpture aluminium réalisée avec la technologie MDD (crédits photo : ValCUN)
Quels sont les avantages et les limites du MMD par rapport à la fusion laser sur lit de poudre et le dépôt de matière sous énergie concentrée (DED) ?
La plupart des technologies d’AM ont des difficultés avec l’aluminium. Le MMD utilise toutes les propriétés mécaniques de l’aluminium à son avantage. Par exemple, les porte-à-faux peuvent être très raides, jusqu’à 75°, et les porte-à-faux de plus de 25 mm ne posent aucun problème. L’imprimante Minerva de ValCUN est facile à déployer et à utiliser et ne nécessite donc pas de changement d’infrastructure. La plus grande limitation jusqu’à aujourd’hui est que peu de gens connaissent le MMD et ses possibilités. Le potentiel de cette technologie n’est donc pas pleinement exploité.
Disposez-vous de chiffres précis sur vos coûts d’impression par rapport à d’autres procédés additifs métalliques ?
Nous avons des points de comparaison avec d’autres technologies d’AM pour l’aluminium et le fraisage CNC. Les chiffres exacts dépendent de la pièce et de la technologie comparée. Je citerai deux exemples. Pour un échangeur de chaleur, nous avons obtenu un prix inférieur de 75 % à celui de la technologie LPBF. Pour un boîtier en aluminium, ils ont utilisé le fraisage CNC et ont usiné 94 % de la pièce. Nous avons été 35 % plus économiques en imprimant d’abord le boîtier et en post-traitant ensuite les surfaces techniques.
« Nous imprimons à des températures supérieures à la température de fusion. Les températures typiques des buses sont de 700 à 900°C. »
L’imprimante 3D métal Minerva développée par ValCUN (crédits photo : ValCUN)
À ce jour, quelles sont les capacités de votre système Minerva, notamment en termes de débit, de résolution et de volume de fabrication ?
L’imprimante Minerva de ValCUN a un volume de construction de 125 mm de diamètre par 200 mm de hauteur. Nous prévoyons un kit d’extension de 200 mm de diamètre. La résolution d’impression dépend de la buse. Un bon compromis entre la résolution et le débit est obtenu avec des couches de 1mm de hauteur et de 1,5mm de largeur. L’impression de couches de 2 mm de large et de 4 mm de haut donne un débit 4 fois plus élevé mais une résolution 2 fois plus faible.
Pour un métal tel que l’aluminium, quelle est la température et le temps de refroidissement nécessaires ?
Nous imprimons à des températures supérieures à la température de fusion. Les températures typiques des buses sont de 700 à 900°C. Le temps de refroidissement dépend de la géométrie de la pièce. Les grandes pièces denses refroidissent plus lentement qu’un petit treillis fin. Dans une usine automatisée, le substrat et la pièce peuvent être retirés de la machine lorsque le processus d’impression est terminé. Le refroidissement à température ambiante peut être effectué à un autre endroit. L’imprimante peut commencer à imprimer 20 secondes après la fin de l’impression précédente. Ce temps de transfert est très rapide pour l’AM métal.
Comment évitez-vous la nécessité d’un contrôle atmosphérique ?
Nous utilisons une atmosphère locale d’argon similaire aux procédés de soudage.
« La technologie MMD ne s’intéresse pas aux matériaux. Tous les métaux pourront être traités à l’avenir »
Tête d’impression Minerva (crédits photo : ValCUN)
Outre l’aluminium, votre technologie pourra-t-elle traiter d’autres métaux à points de fusion plus élevés ou plusieurs à la fois ?
La technologie MMD ne s’intéresse pas aux matériaux. Tous les métaux pourront être traités à l’avenir. Aujourd’hui, nous nous concentrons sur l’aluminium parce que c’est le deuxième métal le plus utilisé dans le monde, mais qu’il est fortement sous-représenté dans l’AM. Comme pour le procédé FFF, la technologie sera développée en fonction des besoins de l’industrie. L’avenir nous dira laquelle sera développée.
Pouvez-vous nous donner un ordre de prix pour votre première imprimante 3D ?
ValCUN propose deux produits. L’imprimante Minerva et la tête d’impression Minerva. L’imprimante Minerva est une machine d’AM en aluminium déployable, sûre et facile à utiliser. La tête d’impression Minerva vous permet d’accéder à la technologie MMD sur des bras robotisés, vos propres systèmes de gestion, la production en ligne, etc. Les produits ValCUN sont rentables et nécessitent peu d’investissements. Pour obtenir des prix détaillés, contactez ValCUN à l’adresse jan.depauw@valcun.be.
Dans un premier temps, quelles sont les industries et les applications les plus susceptibles de bénéficier de votre solution à bas coût ?
Les applications initiales sont les échangeurs de chaleur et les formes presque nettes. Les échangeurs de chaleur pour l’électronique de puissance se trouvent dans l’automobile, les infrastructures TIC, etc. Les formes proches du filet sont plus générales dans l’industrie manufacturière.
Enfin, que pouvez-vous nous dire sur votre financement et votre calendrier de lancement ?
ValCUN a réalisé un tour de table en 2021. L’imprimante Minerva a été présentée lors de Rapid+TCT et est ouverte aux pré-commandes. La plateforme est orientée vers les entreprises ayant une vision de pointe sur l’AM, les universités et les instituts de recherche. Les premières machines seront installées d’ici la fin de l’année. D’ici la fin de l’année 2024, nous lancerons la machine industrielle.
