La fabrication additive métallique ne se cantonne plus uniquement à la réalisation de petites pièces. Des chambres combustion aux antennes de satellites, l’impression de pièces de grande dimension prend de l’ampleur dans le secteur l’aérospatial. La même tendance commence à s’observer dans les autres secteurs où la rapidité de livraison est essentielle et le coût des pièces élevé. C’est le cas de l’industrie du pétrole et du gaz. Dans un récent communiqué, le spécialiste français des tubes pétroliers Vallourec et Total, ont révélé avoir installé avec succès le tout premier waterbrushing imprimé en 3D en mer du Nord. Elle serait aussi la première pièce sous pression produite de manière additive.
Les waterbrushing sont en fait des éléments métalliques qui permettent de contrer les poussées d’hydrocarbures des puits lors de leur construction. Leur résistance et leur fiabilité sont donc primordiales pour la sécurité de l’installation, mais aussi celle du personnel sur site. Déployé dans le puits EIG de Total, dans le gisement d’Elgin-Franklin, le composant en question mesure 1 m 20 pour 220 kg.
Edwige Ravry, chargée d’affaires Fabrication Additive au sein de la R&D chez Total, explique : « C’est la première fois qu’un composant offshore avec un enjeu de sécurité est créé au moyen de la fabrication additive. Il était essentiel pour nous d’avoir le partenaire idéal et une bonne analyse de cas. Vallourec, en tant que partenaire de longue date, nous a apporté cette confiance.»
« Les clients peuvent bénéficier de solutions personnalisées qui peuvent être reproduites rapidement à la demande »
Hélice de bateau imprimée avec le système WAAM mis au point par RAMLAB
Les pièces métalliques de très grandes tailles nécessitent l’utilisation de procédés additifs spécifiques. En effet, les systèmes à fusion laser sur lit de poudre fonctionnent avec des enceintes fermées qui permettent rarement d’imprimer au-delà des 50 cm (80 cm pour les plus grandes). La solution se trouve dans les techniques à dépôt de matière sous flux d’énergie dirigé, dont l’absence de lit de poudre permet de s’affranchir de ces limites. Avec cette technique, la source d’énergie peut être aussi bien un laser, qu’un faisceau d’électrons ou un arc électrique.
Dans le cas présent, Vallourec a porté son choix sur la technologie d’impression 3D métal WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Une technique qui consiste à utiliser un fil métallique (le plus souvent du titane) comme matière première, dont la fusion couche par couche est opérée à l’aide d’un arc électrique. Si la qualité d’impression est inférieure à celle des procédés à base de poudre, cette méthode permet en revanche de réaliser de plus grandes pièces, soit jusqu’à 7 mètres, avec un débit supérieur (jusqu’à 10kg de matière/h). Par ailleurs les fils métalliques sont beaucoup plus abordables que les poudres employées en frittage laser. Pour l’aider dans sa tâche, Vallourec s’est attachée les services d’un spécialiste du WAAM, le néerlandais RAMLAB. Installé dans le port de Rotterdam, ce laboratoire est connu pour avoir imprimé en 3D une hélice de bateau. Première du genre, cette impression de 1350 mm de diamètre pour 400 kg a même été homologuée.
Bertrand Maillon, Additive Manufacturing Business Development manager chez Vallourec, commente : “Le projet est issu d’une collaboration innovante avec RAMLAB, une startup située à Rotterdam avec laquelle les trajectoires d’impression ont été développées. L’objectif de ce projet était d’aller au-delà de la démonstration et de réussir à élaborer le système de contrôle et d’assurance qualité pour l’approvisionnement de produits utilisant la technologie WAAM.”
Témoignant une fois de plus des gains considérables de poids qui peuvent être obtenus grâce à la fabrication additive, on apprend que la pièce finale pèse deux fois moins que l’originale. Vallourec ajoute que l’impression 3D répond aussi à ses objectifs environnementaux. Comparé aux techniques d’usinage et de forgeage classiques, la société affirme en effet avoir réduit de 45% ses émissions de carbone. L’agilité de l’impression 3D et sa capacité à réduire les délais sont également mis en avant par l’entreprise : « la fabrication additive ne peut pas encore réaliser de tubes, mais permet déjà de produire des pièces aux dimensions requises à partir d’une matière première dans un laps de temps très court. » Conclut Bertrand Maillon, responsable du projet de fabrication additive chez Vallourec. « Les clients peuvent bénéficier de solutions personnalisées qui peuvent être reproduites rapidement à la demande, leur permettant de réduire les coûts d’entreposage et d’éviter les pénuries d’approvisionnement. »
Waterbrushing réalisés de manière traditionnelle (crédits photos Vallourec)
