Leçon 8.7FaçonnerChapitre 8 · Fabrication additive

Dépôt par énergie dirigée (DED/LMD)

Un laser fait fondre un bain sur la pièce ; de la poudre soufflée apporte du métal (directed energy deposition)

Le dépôt par énergie dirigée (DED) ajoute du métal en le faisant fondre exactement là où il tombe, comme une torche de soudage qui construit au lieu d'assembler. En dépôt de métal par laser (LMD), sa forme la plus courante, un laser fait fondre un minuscule bain et la poudre soufflée devient du métal neuf. C'est la méthode de référence pour réparer des pièces usées coûteuses et ajouter des éléments à des pièces existantes.

Photo : Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

dépôt de métal par laser · coupe de la tête et réparation, 5 étapesEn haut : une coupe de la tête qui avance vers la droite. En bas : un travail de réparation typique. Les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Faire fondre un petit bain. Un faisceau laser focalisé, typiquement de centaines de watts à quelques kilowatts, fait fondre un point de la pièce. Ce bain de fusion (une minuscule flaque de métal liquide) fait quelques millimètres de large.
Souffler la poudre. Des buses autour du faisceau soufflent de la fine poudre métallique dans le bain. L'argon (un gaz inerte) transporte la poudre et protège le métal chaud de l'air.
Laisser le cordon se figer. La poudre fond dans le bain. Quand la tête avance, le métal derrière elle refroidit en une fraction de seconde en un cordon (une piste de métal neuf en relief).
Tracer la couche, puis monter d'un cran. Un robot ou une machine 5 axes (qui peut aussi incliner et tourner la pièce) guide la tête le long du trajet de chaque couche. Puis elle monte d'une couche et recommence.
Usiner à la cote. La surface sort ondulée et légèrement surdimensionnée, donc la pièce est fraisée ou rectifiée à sa forme finale. Dans une réparation, cela restitue le contour d'origine.

Chiffres clés

Matériaux: Métaux soudables : alliages de titane, superalliages de nickel (alliages résistants à la chaleur pour moteurs d'avions), aciers inoxydables et aciers à outils, alliages de cobalt et de cuivre. Mélanger deux poudres permet de passer progressivement d'un métal à un autre
Pièces typiques: Aubes de turbines, arbres et moules réparés ; revêtements résistants à l'usure ; éléments ajoutés à des pièces existantes ; ébauches proches de la cote finale (proches de la forme finale, ne demandant qu'un léger usinage)
Taille de pièce: De quelques millimètres de réparation à des pièces de plus de 1 m, limité par la portée du robot ou de la machine
Précision: Environ ±0,5 mm brut de dépôt ; l'usinage final l'amène à environ ±0,05 mm
État de surface: Rugueux et ondulé brut de dépôt ; lisse seulement après usinage
Taille de série adaptée: Pièces uniques, réparations et petits lots
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage. Les systèmes laser industriels coûtent typiquement de plusieurs centaines de milliers à plus d'un million de dollars
Vitesse: Typiquement environ 0,1–2 kg de métal par heure : plus rapide que la fusion sur lit de poudre, plus lent que le WAAM

Atouts et limites

Atouts

Ajoute du métal à des pièces existantes, donc les pièces usées peuvent être réparées
Construit de grandes pièces sans lit de poudre
Peut changer ou mélanger les métaux dans une même pièce
Une tête 5 axes inclinable construit de nombreux surplombs sans supports

Limites

Surfaces rugueuses : presque chaque pièce demande ensuite un usinage
Détails plus grossiers que la fusion sur lit de poudre : pas de fins treillis ni de minuscules trous
La chaleur cause des contraintes et des déformations qu'il faut maîtriser
Lasers coûteux, et la fine poudre métallique est un risque d'incendie et respiratoire

Où on l'utilise

AéronautiqueRéparation de sommets d'aubes de turbines et de disques aubagés monoblocs (blisks) ; préformes en titane
Production d'énergieRemise en état de pièces usées de turbines et de pompes
Pétrole et gazRechargement résistant à l'usure et à la corrosion sur des outils de forage et des vannes
OutillageRéparation et modification de moules et de matrices au lieu de les remplacer
Industrie lourdeReconstruction d'arbres, de rouleaux et d'engrenages usés

Comment le reconnaître

De fines ondulations parallèles à la surface, une pour chaque cordon déposé par une passe de la tête.
Une ligne de séparation où le métal neuf rejoint la pièce d'origine, visible sur une coupe ou une surface polie.
Des faces usinées juste à côté de faces rugueuses et ondulées sur la même pièce.
Des parois épaisses aux bords arrondis en forme de cordon plutôt qu'aux angles vifs.

À comparer avec

Fusion laser sur lit de poudre8.4fait aussi fondre de la poudre métallique avec un laser, mais en fine couche étalée : détails plus fins, pièces plus petites, pas de réparations.WAAM8.8la même idée de construction avec un arc de soudage et du fil : moins cher et plus rapide, mais plus grossier.Soudage à l'arc7.1Le DED est essentiellement du soudage automatisé, qui empile des cordons pour former une forme au lieu de remplir un joint.

À regarder

3Dnatives · Une visite de deux minutes pour débutants du DED, de ses matériaux et de ses usages

AM Media | The Cool Parts Show · Un expert compare l'apport de poudre et de fil et explique pourquoi les têtes 5 axes n'ont pas besoin de supports

AM Media | The Cool Parts Show · Un vrai travail de réparation : du métal neuf déposé sur des sommets d'aubes usés

Vision Miner · La version à fil du dépôt laser au travail

Voir de vraies photos

Wikipédia : Dépôt par énergie dirigée — comment fonctionnent les versions à poudre et à fil ; peu de photos
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le DED fait fondre le métal exactement là où il est ajouté, avec une source de chaleur focalisée et de la poudre ou du fil.
Il excelle pour réparer et compléter des pièces existantes, et pour construire de grandes formes brutes.
Prévoyez un usinage : les pièces sortent de la machine ondulées et légèrement surdimensionnées.