Défense
Naval Group : le site d’Indret à l’heure de l’impression 3D

Reportage

Naval Group : le site d’Indret à l’heure de l’impression 3D

Défense

Aujourd’hui déjà des pales d’hélices, demain des échangeurs de chaufferies nucléaires… La fabrication additive, aussi appelée impression 3D, est en plein développement sur le site Naval Group d’Indret. Situé près de Nantes, l’établissement, qui emploie désormais plus de 1500 personnes (avec plus de 100 postes créés en 2019), est spécialisé depuis 200 ans dans les systèmes propulsifs des bâtiments de la Marine nationale et de ceux vendus à l’export.

Naval Group s’intéresse depuis une dizaine d’années à cette technologie, qui permet d’optimiser l’industrialisation d’équipements et doit, en également, offrir une fois les bateaux réalisés plus d’autonomie à bord, où des imprimantes 3D seront en mesure de produire sur demande des pièces de rechange. Un service qui a déjà été testé avec la Marine nationale et sera appelé à se développer dans les années à venir.   

Les avantages de la création d'objets par ajout de matière

La fabrication additive, c’est la création, sur la base d’une maquette numérique, d'objets par ajout successif de matière. Ce processus robotisé permet d’obtenir des pièces monobloc de tailles plus ou moins importantes avec le matériau souhaité, qu’il s’agisse de plastiques ou de métaux (inox, aluminium, cuivre, acier… même titane). L’énorme avantage est de pouvoir produire des pièces complètes (par exemple pas de soudures ou de trous à percer puisque les ouvertures sont créées lors de la fabrication). Même, et surtout, quand ces pièces elles ont des formes complexes.

 

Petite pièce réalisée en impression 3D à Indret (

Petite pièce réalisée en impression 3D à Indret (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

On peut ainsi limiter les étapes de fabrication et le nombre d’éléments constituant un équipement, éviter des phases d’assemblage comme les retouches et reprises, tout en limitant au strict nécessaire la matière utilisée. Et ce procédé facilite évidemment les opérations de contrôle. Il en résulte un gain de temps appréciable, et une réduction sensible des coûts, non seulement pour la production mais aussi en matière de gestion des stocks. Même la qualité est supérieure : « Les pièces réalisées ainsi sont plus résistantes et réparables que les produits de fonderie. On obtient des pièces très homogènes et dépourvues de défauts, avec par exemple l’absence de cavités », note Patrice Vinot, responsable R&D Fabrication additive chez Naval Group.

 

Pale d'hélice creuse (

Pale d'hélice creuse (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

« Penser les pièces différemment »

Avec l’impression 3D, il devient notamment possible de créer des pièces creuses, comme les pales d’une hélice, qui sont alors plus légères et moins chère à la production puisque nécessitant moins de matière que ce qu’impose un traditionnel procédé de fonderie. « Cela est possible car le postulat de base de la fabrication additive est de produire une pièce en créant de la matière et en lui donnant progressivement sa forme finale au fil des couches, alors qu’auparavant, on travaillait inversement, c’est-à-dire qu’on enlevait de la matière brute pour créer la pièce souhaitée. Et ce qui est fantastique avec l’impression 3D, c’est qu’au-delà des gains qu’elle génère, elle ouvre aussi de nouveaux horizons car ce procédé nous permet de penser les pièces différemment lors de la phase de conception, de les optimiser, de gagner en compacité, d’ajouter des fonctions et même d’imaginer des choses qui n’étaient pas fabricables jusqu’ici », souligne Jean Gauthier directeur de la R&D et de l’innovation à Naval Group.

 

Pale d'hélice creuse (

Pale d'hélice creuse (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Des éléments de grandes tailles grâce à la technologie de l'apport de fil

La fabrication additive s’appuie aujourd’hui sur plusieurs procédés, les deux principaux étant la fusion laser sur lit de poudre métallique et la projection par ajout de matière que l’on fait fondre au contact de la pièce. « Nous travaillons avec la technologie à poudre mais elle présente des limitations sur la taille des pièces. Nous avons donc investi plusieurs millions d’euros dans la fabrication par apport de fil, c’est un domaine dans lequel nous sommes leaders et nous disposons à Indret de la plus grande machine au monde utilisant cette technologie. Elle permet de réaliser des pièces de plusieurs mètres et d’un poids allant jusqu’à 5 tonnes avec des géométries complexes ».

 

Pale d'hélice produite pour un chasseur de mines (

Pale d'hélice produite pour un chasseur de mines (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Un chasseur de mines équipé d'une hélice avec pales en impression 3D

C’est en mai dernier qu’Indret a mené à bien ses premières réalisations industrielles avec l’impression 3D. Avec la production de pièces destinées à un usage opérationnel. Le site vient d’ailleurs d’achever un jeu de pales en cuproaluminium. Elles vont former l’hélice principale d’un chasseur de mines de la Marine nationale qui va en être tout prochainement doté. Six pales (dont une de rechange) d’un mètre de long et 300 kg, avec une épaisseur de 30 à 200 mm, ont été produites en fabrication additive pour ce bateau. Un travail qui aura nécessité une centaine d’heures seulement. « Avec ces nouveaux procédés, les temps de cycle sont considérablement raccourcis. Pour une hélice, il fallait auparavant faire les plans, les envoyer au fondeur qui réalisait des outillages en bois, des moules en sable, coulait la matière en fusion... Le process durait un an avec un gros taux de rebus, alors que là on ne jette pratiquement rien. Grâce à la fabrication additive, la qualité est en plus meilleure, il n’y a plus ces problèmes de porosité que l’on rencontrait souvent et que l’on ne voyait que lorsque la pièce était usinée », détaille Jean-Gauthier.

 

 

Cap vers le nucléaire

Naval Group entend monter rapidement en puissance pour déployer l’impression 3D dans sa chaîne de production. L’industriel compte notamment exploiter ce procédé sur des équipements complexes, comme les échangeurs de chaleur de chaufferies nucléaires, qui pourraient ainsi être produits sans joints, écrous et autre vérins, le tout avec de meilleures performances. « Nous n’en sommes qu’aux débuts mais les perspectives sont très importantes », souligne Emmanuel Chol, directeur du site de Nantes-Indret. « Après les hélices, nous voulons aller plus loin, par exemple vers les équipements de chaufferies nucléaires en combinant les technologies du dépôt de fil et de poudre. Nous commencerons avec les internes de la chaufferie et nous travaillerons ensuite sur les composants structuraux ».

Une cellule dédiée pour la R&D et l'industrialisation

Pour développer cette capacité nouvelle, tester et valider ses applications, tout en l’adaptant aux besoins industriels, Naval Group travaille avec des entreprises et laboratoires spécialisés, et s’est doté d’outils dédiés. Une équipe se consacre ainsi à la fabrication additive entre le site d’Indret et le Technocampus Océan, également situé dans l’agglomération nantaise et voué aux programmes de R&D collaboratifs. A Indret, la cellule dédiée à la fabrication additive dispose d’un espace dans lequel l’impression 3D est testée avant de passer à la phase d’industrialisation. On y procède au « dérisquage » des procédés et outils : recherche des paramètres les plus adaptés, définition des trajectographies complexes, caractérisation des matériaux… « Ici, nous préparons la qualification et l’industrialisation, avec une machine dédiée à la R&D permettant de réaliser des pièces allant jusqu’à 2 mètres de long et 3 tonnes », explique Patrice Vinot. Cette machine dispose de deux robots : le premier dépose le métal en fusion par un procédé de soudage et le second l’usine, en effectuant des retraits de matière si cela est nécessaire.

 

Le robot de dépôt de matière dans la cellule de R&D (

Le robot de dépôt de matière dans la cellule de R&D (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le robot de dépôt de matière dans la cellule de R&D (

Le robot de dépôt de matière dans la cellule de R&D (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Réduire de 20 à 30% le nombre de pièces constituant les équipements

Le même principe est employé à quelques centaines de mètres de là, dans les grandes nefs de production d’Indret, par la cellule industrielle, mais à une échelle supérieure et, cette fois, pour des fabrications « réelles ». On y retrouve deux robots chargés du dépôt de matière et de l’usinage, au sein d’une imposante machine permettant de fabriquer des pièces de grandes tailles. « Pour toute opération, on passe par le jumeau numérique de la cellule, on programme les robots et on simule l’opération avant de lancer la fabrication », explique l’un des membres de l’équipe en charge de la mise en œuvre de la cellule industrielle. Ils sont quatre en tout : un ingénieur soudeur, un technicien expert robotique et trois opérateurs.

L’objectif de Naval Group, grâce à la fabrication additive, est de réduire de 20% à 30% le nombre de pièces constituant les équipements, sachant par exemple qu’un propulseur est constitué de 300 à 400 pièces. Ce qui permettra d’aller plus vite, de réduire les coûts, d’améliorer la qualité et d’innover.

 

La cellule industrielle d'Indret (

La cellule industrielle d'Indret (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La cellule industrielle d'Indret (

La cellule industrielle d'Indret (©  MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Naval Group (ex-DCNS)