Wire Arc Additive Manufacturing

Appelée « impression 3D », la fabrication additive alimente toutes les conversations. Elle s’impose de plus en plus comme une méthode de production rapide et peu onéreuse de composants et marchandises, également en métal comme avec le Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Ce mode opératoire de soudage à l’arc apporte des avantages non négligeables en matière de temps et de coûts pour de nombreuses applications. Le process de soudage « à froid » CMT de Fronius convient particulièrement bien dans ce contexte.

Les processus de fabrication additive permettent de produire des composants quasiment à partir de zéro, en superposant des couches de matériau liquide ou poudreux sur une plaque de base. Le process WAAM utilise pour cela un fil-électrode en fusion : il se base sur le principe du soudage à l’arc. Les techniques de fabrication génératives sont particulièrement adaptées à la production de composants aux géométries complexes. Les pièces peuvent de surcroît être fabriquées de façon rentable en très peu de temps. Le WAAM constitue donc une option intéressante notamment pour la construction de prototypes et de petites séries. La durée de traitement, l’usure des outils et la perte de matériau sont nettement inférieures à celles d’un fraisage de pièce à partir d’un bloc massif.

UN PROCESS DE SOUDAGE « À FROID » POUR DES RÉSULTATS OPTIMAUX

Pour la fabrication de composants avec le procédé WAAM, la stabilité du process de soudage utilisé et la dissipation de la chaleur sont des critères décisifs. Le process de soudage doit être aussi pauvre en énergie que possible, afin que les couches inférieures ne fondent pas une seconde fois. Par ailleurs, la couche soudée doit être uniforme, exempte de projections et régulière, car si un défaut apparaît, celui-ci se répercute également sur les couches suivantes. Le process de soudage « à froid » Cold Metal Transfer (CMT) de Fronius répond à ces exigences.

Deux variantes de règles du process CMT sont particulièrement appropriées. La première est la caractéristique de process CMT additive optimisée pour le WAAM. Elle permet d’atteindre de bonnes vitesses de dépôt et apporte encore moins de chaleur dans le composant. La variante CMT Cycle Step réduit encore la puissance de l’arc grâce à la déconnexion ciblée dans la phase de process. Cette technique nécessite néanmoins plus de temps pour la mise en place des différentes couches car le taux de dépôt est plus faible.

QU’EST-CE QUE LE WAAM ?

Les procédés de fabrication générative à partir d’un fil, et notamment le procédé WAAM, consistent à construire un composant à partir d’un matériau d’apport en forme de fil fondu au moyen d’un laser, d’un faisceau d’électrons ou d’un arc électrique. Généralement, ces modes opératoires sont nettement plus rapides que les process à base de poudre : avec le WAAM, la vitesse de dépôt peut atteindre quatre kilogrammes par heure avec l’acier. À l’avenir, les solutions à plusieurs fils pourraient accélérer davantage le procédé.

Un autre avantage pour l’utilisateur : le procédé WAAM nécessite uniquement un système de soudage approprié. Il n’est pas nécessaire de se procurer des installations spéciales et coûteuses. De plus, de nombreux fils déjà certifiés sont disponibles pour le soudage à l’arc. Dans le cas d’un process à base de poudre, le choix du matériau est encore réduit, car les certifications correspondantes ainsi que l’élaboration de fiches techniques prend souvent des années, et l’utilisation de poudre métallique est une technique encore relativement nouvelle.

APPLICATIONS WAAM EN PRATIQUE

Les pales de ventilateurs utilisées dans l’industrie électrique sont un exemple de succès de l’utilisation du process WAAM. Ces pales sont composées de matériaux de qualité. Le fraisage de la pièce est coûteux en raison de la consommation élevée de matériau. Le moulage, quant à lui, est un procédé souvent critique en raison des parois de faible épaisseur, environ 1,5 millimètre. Avec un procédé WAAM utilisant CMT Cycle Step, il est possible de produire de façon additive ce type de pales en alliage à base de nickel, et également de les réparer.

Ce procédé est aussi utilisé pour la production de composants en titane dans l’industrie aéronautique. La plupart du temps, ces derniers sont fabriqués par fraisage, ce qui occasionne jusqu’à 90 % de perte de matériau. Cela entraîne des coûts élevés, des temps d’usinage importants et une usure coûteuse des outils. En revanche, les composants fabriqués grâce au procédé WAAM ne doivent être retouchés que pour leur donner une surface lisse. Les pièces fabriquées avec CMT additive ne présentent aucune erreur d’assemblage et séduisent également par leurs propriétés métallurgiques. Ainsi, les temps d’usinage, l’usure et les coûts de fabrication sont aussi réduits.