La fabrication additive (additive layer manufacturing ou ALM) marque une rupture importante avec les procédés de fabrication traditionnels, dans la mesure où elle consiste à superposer des couches successives de matière et non à en retirer (procédé de fabrication soustractive).

Malgré ses nombreux avantages, dont la conception de formes complexes inenvisageables jusque-là, son adoption est restée moins importante que prévue, en particulier en raison de coûts prohibitifs et de contraintes diverses qui freinent les possibilités de production en grande série.

Aujourd’hui, de nouveaux horizons se dégagent, avec l’essor de l’hybridation des procédés, qui consiste non pas à substituer la fabrication additive aux procédés classiques de fabrication, mais à l’utiliser de manière complémentaire.

L’alliance des procédés de fabrication traditionnels et de la fabrication additive

Pour être pleinement intégrée à la production et chercher à atteindre sa maturité industrielle, la fabrication additive va donc passer par l’hybridation, de manière à combiner les processus soustractifs et additifs pour être plus rentable et plus productif. On allie par exemple la dépose par laser et l’usinage/fraisage par contrôle numérique au sein d’un même dispositif. Cette approche est notamment rendue possible par une nouvelle génération de machines hybrides, telles que celles proposées par Matsuura ou encore DMG Mori.

La fabrication hybride vient constituer une 8e catégorie qui s’ajoute aux 7 procédés principaux de fabrication additive (norme NF EN ISO 17296-2) que sont :

• La photopolymérisation en cuve
• La projection de matière
• La fusion sur lit de poudre
• La projection de liant
• L’extrusion de matière
• Le dépôt de matière sous énergie concentrée
• La stratification de couches.

Il s’agit alors d’allier une méthode de fabrication soustractive (fraisage, usinage…) à l’un de ces 7 procédés. Cela se fait soit via des configurations de machine sur-mesure, soit via des systèmes modulaires qui s’intègrent aux machines-outils CNC.

 Ci-dessous, un exemple de fabrication hybride :

L’hybridation des procédés permet de réaliser intégralement des outillages et pièces complexes jusqu’au post-traitement, d’ajouter des fonctions à une pièce ou encore d’effectuer une opération de réparation. Elle permet aussi de générer de nouvelles sources de revenus, en permettant la délocalisation de certaines unités de production indépendantes, rendues capables de livrer un produit fini hors du cadre de la chaîne traditionnelle de production.

L’un des challenges à relever reste néanmoins le développement de solutions logicielles adaptées au processus, capables de prendre en compte les exigences de la fabrication additive et celles de l’usinage, en alliant les bases de données de matériaux et de paramètres aux outils de simulation de trajectoire.

Deux catégorisations des procédés hybrides sont régulièrement proposées (source):

• Une définition “ouverte” : le processus de fabrication hybride combine 2 ou plusieurs procédés de fabrication, et les avantages de chaque processus peuvent être exploités en synergie ;
• Une définition plus “restreinte » : le processus hybride comprend une action simultanée de différents principes de production sur une même zone de traitement.

Des applications dans différents secteurs

Des développements sont déjà en cours, en particulier dans le secteur aéronautique. Dans son projet EOLE, Sogeclair a notamment réussi à hybrider procédés de fonderie et fabrication additive et gagné 30% de masse sur une pièce d’A350. C’est loin d’être la seule initiative.

On peut aussi citer le projet MAMA (Metallic Advanced Materials for Aeronautics), un ambitieux projet de R&D porté par l’Institut de Recherche Technologique (IRT) Saint Exupéry de Toulouse, à l’initiative d’Aubert & Duval et aux côtés d’industriels de premier plan comme Airbus. Son objectif est de “coupler la métallurgie classique – matriçage à haute puissance ou forgeage – avec les techniques émergentes de fabrication 3D par dépôt de fils métalliques, pour développer de nouveaux procédés de fabrication des pièces aéronautiques en alliages de titane” (source).

Au-delà de l’aéronautique, d’autres secteurs portent un grand intérêt à l’hybridation. On le voit à travers les programmes de recherche d’AMSYSTEMS, qui se concentrent sur la fabrication additive et hybride multi-matériaux dans 4 domaines d’applications : les applications médicales et dentaires , l’électronique, la haute technologie et l’alimentation.

Pour l’heure, l’hybridation reste néanmoins une approche de niche, dans la mesure où sa viabilité économique est encore limitée. Néanmoins, l’évolution des machines et les efforts des constructeurs reflètent bien une tendance de fond visant à proposer des équipements fiables et intégrés dans le processus industriel.

Une conception mécanique globale, avec une maîtrise experte de l’ensemble des procédés, est indispensable dans les bureaux d’études travaillant sur l’hybridation. La simulation numérique peut également en accélérer le déploiement : elle permet par exemple de comprendre quelles parties d’un produit, par calcul de résistance, peuvent être allégées en matière et donc fabriquées en 3D, ou bien de simuler les dépôts de matière pour optimiser certains procédés manquant encore de maturité.