Une innovation de la finesse du laser : les chercheurs du CNRC atteignent un nouveau sommet dans le domaine de la fabrication additive

 

- London, Ontario

La complexité de la structure varie avec la destination de la pièce, qui doit être fabriquée de façon rentable.

Qu'il s'agisse d'une automobile ou d'un train, de sous-marins, de missiles, de fusées ou de satellites, la propulsion des véhicules contemporains repose sur le fonctionnement harmonieux de millions de pièces métalliques. Or, bon nombre de ces dernières sont usinées sur mesure, en vue d'une application unique, et les remplacer n'est pas chose facile. Leur affaiblissement ou leur défaillance peut avoir des conséquences catastrophiques, aussi leur réfection ne peut-elle attendre.

C'est pourquoi, depuis une dizaine d'années, le secteur des transports et d'autres industries se tournent vers la fabrication additive pour les réparer ou les fabriquer. Cette technologie perturbatrice « imprime » des objets solides en 3D à partir d'un fichier numérique en déposant des couches de matériau les unes sur les autres, plutôt que de commencer par un morceau de métal et de le couper ou le fraiser. Elle permet donc aux entreprises de créer des structures et des formes complexes plus rapidement et à moindre coût — surtout lorsque le nombre de pièces à fabriquer est peu élevé.

Malheureusement, la fabrication additive apporte son lot de contraintes. En effet, les pièces métalliques obtenues ont tendance à présenter une surface assez rugueuse. Leurs propriétés mécaniques laissent aussi souvent à désirer. Résultat : il faut les usiner pour parvenir à la précision voulue et à la planéité requise, chose irréalisable, il va de soi, pour bon nombre de surfaces internes. D'autre part, puisque leur robustesse est souvent plus faible par nature, les pièces fabriquées de cette façon pourraient ne pas être assez résistantes pour maintes applications supposant une lourde charge ou de fortes vibrations.

Une innovation de la finesse du laser

La technique de consolidation au laser mise au point au CNRC produit des pièces de métal dont les surfaces n'ont pas à être usinées.

Un procédé de consolidation au laser novateur vient de changer la donne en permettant la fabrication de pièces métalliques d'une forme finie qui ne requièrent aucun usinage (sauf localement, au niveau de la surface de contact). Ces pièces possèdent des propriétés mécaniques comparables à celles des matériaux corroyés dont elles sont faites. La plateforme, invention des scientifiques du Conseil national de recherches du Canada (CNRC), est la première du genre. Par sa configuration, brevetée, elle oriente un faisceau laser pour qu'il fabrique directement, couche par couche, un composant fonctionnel avec une poudre, d'après le modèle conception assistée par ordinateur (CAO) fourni par le client. Le faisceau fusionne la poudre ou le fil métallique au substrat pour engendrer un revêtement d'une grande résistance.

« Les matériaux obtenus par consolidation laser que nous employons (comme le super alliage IN-718 du nickel) sont solides sur le plan de la métallurgie. Ils ne sont pas poreux et ne présentent aucune fissure », affirme Lijue Xue, qui travaille au Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface du CNRC. « Les pièces que l'on en tire ont aussi des surfaces uniformes et leurs dimensions sont exactes. »

Véritable pionnier dans ce type de technologies, M. Xue ajoute que l'expertise du CNRC en science des matériaux, réputée dans le monde entier, constitue un atout précieux pouvant servir à d'autres applications connexes, par exemple la conception de polymatériaux pour fabriquer une seule pièce qui répondra à des exigences structurales parfois extrêmes.

À dire vrai, n'importe quelle industrie d'envergure (aéronautique, automobile, défense, marine, mines, dispositifs médicaux, outillage et usinage) pourrait recourir à la nouvelle technologie, qui se prête à merveille à la fabrication de composants fonctionnels complexes et à la réfection de pièces qu'en d'autres circonstances on jetterait à la poubelle. La technologie permet également de produire à peu de frais des outils plus performants. Enfin, elle est plus rapide et moins coûteuse que les méthodes de fabrication usuelles, pour de nombreuses applications.

Du laboratoire au marché

Le système de consolidation laser inventé par le CNRC pour la fabrication additive.

Maintenant qu'elle a été testée avec succès et que l'on a créé un prototype, la technologie de consolidation laser a été cédée sous licence à Burloak Technologies, chef de file mondial dans le domaine de la fabrication additive. Selon Peter Adams, président de cette entreprise canadienne située à Oakville, « le CNRC a créé une technologie vraiment révolutionnaire qui nous permettra d'obtenir, par fabrication additive, des pièces aux meilleures propriétés structurales, avec une résolution, une précision et une rapidité sans précédent et des matériaux de notre choix. »

L'entreprise poursuivra son intime collaboration avec le CNRC afin de perfectionner la technologie et de créer des systèmes commercialement viables qui pourront être aisément adaptés à diverses industries.

Rotors de précision en métal obtenus par fabrication additive avec consolidation au laser. À gauche : pièce brute. À droite : pièce polie.

« Nous formerons les employés de Burloak et travaillerons étroitement avec l'entreprise pour l'aider à se monter une infrastructure », reprend M. Xue. « À notre avis, les intervenants du milieu de la fabrication additive — partenaires, clients et fournisseurs — peuvent mettre sur pied un tout nouvel écosystème industriel qui rendra le Canada encore plus mondialement compétitif. »

Une autre raison pour rechercher le sceau de qualité « Fabriqué au Canada ».

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