[Innovation] Grade2XL : le projet européen pour développer le WAAM multimatériaux

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30 septembre 2021 Innovation Story

Démontrer le potentiel de la technique de fabrication additive Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) et favoriser son développement, c’est tout l’objet du projet européen Grade2XL (1) dont Naval Group est partie prenante. Le projet s’inscrit dans le cadre du programme de financement de la recherche et de l’innovation Horizon2020 de l’Union européenne. Il doit permettre aux participants de monter en compétences sur cette technologie. Le Design contest (concours de design) organisé par Grade2XL est un des leviers pour développer et promouvoir cette technologie. Le gagnant a eu l’opportunité de voir sa pièce produite par Naval Group.

Comment s’est déroulée la fabrication de la pièce pour le design contest ?

Théo PETITGAS – Ingénieur Soudage

«  Mon travail s’est fait en 3 étapes. J’ai d’abord reconstitué la CAO à partir du maillage qui nous a été transmis. Par la suite,  j’ai généré les trajectoires sur un logiciel, puis j'ai créé les programmes robot. Enfin, j’ai réalisé le dépôt de la pièce sur la machine », explique Théo Petitgas – ingénieur soudage-fabrication additive, en charge de la réalisation de la pièce.

Le Wire Arc Additive Manufacturing ou WAAM qu’est-ce que c’est ?

Ce procédé de fabrication additive repose sur le procédé de soudage à l’arc MIG-MAG1  avec un métal d’apport sous forme de fil. Il est particulièrement adapté pour la fabrication d’ébauches métalliques de grandes dimensions et/ou à la géométrie complexe. « Le robot de soudage permet de générer la trajectoire de dépôt que l’on souhaite. C’est une technologie qui permet une grande liberté dans la taille et le design des pièces et qui nécessite moins de matière première qu’un procédé classique », explique Anne-Sophie Thorr, ingénieure soudage fabrication additive sur le Technocampus Océan. De quoi séduire de nombreux industriels ! Mais ce n’est pas tout : le WAAM a d’autres cordes à son arc : le taux de dépôt   élevé permet de réduire nettement le temps de production, un investissement initial relativement peu onéreux et une matière première (le fil de soudage) variée (multiples alliages métalliques disponibles), maîtrisée et facilement approvisionnable. Ce dernier est une notion qui indique le nombre de kilo déposés par unité de temps permettant de classer les procédés de fabrication additive selon leur productivité.

L’enjeu : maîtriser le WAAM multimatériaux

Si la fabrication de pièces monomatériau avec le WAAM est déjà maîtrisée et éprouvée pour un certains nombres d’alliages métalliques, l’enjeu du projet Grade2XL est de développer le WAAM multimatériaux : en changeant le métal d’apport, il est possible de conférer localement à la pièce certaines propriétés mécaniques spécifiques (résistance, anticorrosion, antifriction…) et de réserver un matériau moins noble - donc moins cher - pour le reste de la pièce : « Cela nous permet d’aller vers des pièces plus fonctionnelles et de réduire les coûts de fabrication », témoigne Anne-Sophie. C’est dans l’optique de promouvoir le procédé que les partenaires de Grade2XL ont lancé fin 2020 le Design Contest. Ce concours, ouvert aux jeunes ingénieurs étudiants et chercheurs, les a mis au défi de concevoir un produit multimateriaux innovant et fabricable à partir de la technologie WAAM. Membre et co-président du jury qui a départagé les finalistes, Naval Group a aussi eu la mission de réaliser la pièce conçue par Jan Reimann, étudiant allemand à la Technical University Ilmenau, l’un des deux gagnants. Fabriquée fin mai sur la cellule de fabrication additive de la direction Technique et Innovation de Nantes-Indret, la pièce imaginée par Jan est un nœud structurel (pièce de liaison entre deux pièces de structure). L’innovation réside dans l’optimisation topologique de la pièce : le design est défini de façon à répartir la matière au plus juste afin de garantir la tenue mécanique de la pièce.

Des démonstrateurs pour monter en compétence

Outre cette réalisation pour le Design Contest, Naval Group est également chargé de la fabrication de deux démonstrateurs : un porte anneau de centrale hydraulique pour EDF et un moule d’injection de plastique pour ARRK : des pièces de grandes dimensions et avec des caractéristiques spécifiques comme les canaux de refroidissement intégrés dans le moule ARRK. « La réalisation de ces démonstrateurs nous permet de monter en compétences dans la fabrication et le contrôle qualité de grandes pièces mais aussi sur la fonctionnalisation de celles-ci. Autrement dit, la capacité à changer de matériau pour certaines zones de la pièce en fonction des propriétés attendues (anti-corrosion, anti-fretting, anti-abrasion, etc.) » Délais et coûts de production réduits, amélioration de la qualité, simplification des process… Pour Naval Group, la maîtrise de la technologie WAAM multimatériaux ouvre le champ des possibles en construction neuve comme en maintenance. Et offre de nouvelles perspectives à la Production !

(1) Grade2XL est un projet collaboratif qui vise à favoriser le développement rapide de la  technologie WAAM multimatériaux. L’objectif est de démontrer le potentiel de cette technologie pour la fabrication de structures de grandes dimensions, de 1 à 10 mètres de long. Avec un budget d’environ 10 millions d’euros, dont 8 financés par le programme de recherche et développement européen Horizon2020, ce projet réunit 21 partenaires issus de 8 pays européens. Grade2XL s’étend sur 48 mois de recherche et développement (mars 2020 - février 2024).