Setforge lance la production en série de composites carbone avec la technologie 9T Labs

Depuis plus d'un siècle, Setforge (filiale du groupe Farinia, L'Horme, France) forge et usine des composants métalliques de précision à haut volume pour des secteurs exigeants comme l'automobile et l'aérospatiale. Toutefois, pour maintenir son leadership et s'adapter aux évolutions, l'entreprise a investi dans une technologie lui permettant de concevoir et produire rapidement et rentablement des pièces composites hautes performances renforcées en fibre de carbone, afin de remplacer l'acier, l'aluminium et le titane avec une masse significativement inférieure. Pour faciliter cette expansion vers les composites avancés, Setforge est devenu un partenaire précoce du fabricant de solutions de fabrication hybride 9T Labs AG (Zurich, Suisse) et a désormais commencé à sélectionner de nouvelles applications de pièces en série à produire sur sa plateforme Red Series Additive Fusion Solution située à L'Horme, France.

« Nous avons choisi leur plateforme Red Series Additive Fusion Solution, une solution tout-en-un combinant logiciel, matériel et support. Le logiciel Fibrify nous permet de concevoir les pièces avec des fibres que nous ne plaçons que là où c'est nécessaire, et il est directement lié à des logiciels de simulation structurelle disponibles dans le commerce, » explique Damien Felix, chef de projet R&D chez Setforge. « La combinaison de fabrication additive [FA] et de moulage est unique. Nous pouvons proposer des pièces structurelles reproductibles et également compétitives en termes de coûts. L'expertise de 9T Labs en composites nous aide à identifier la bonne application et à concevoir facilement des pièces adaptées aux charges. Nous pouvons même placer des inserts métalliques, si nécessaire, avant de densifier les fibres et réduire la porosité. Nous obtenons des pièces finies, au net, avec des taux de fibres élevés et une faible porosité, capables de supporter des charges spécifiques quatre fois supérieures à l'acier. »

Quelle est l'utilité marchande de pièces pouvant être produites au net, avec un rapport poids-performance optimisé et une performance mécanique supérieure à celle d'autres procédés de fibres de carbone à haute vitesse ? Didier Henry, directeur de Setforge, répond : « Tout marché dominé par l'aluminium et le titane, ou où des pièces légères et résistantes sont valorisées. Ces pièces intéresseront même pour remplacer d'autres pièces composites qui doivent être améliorées, allégées et renforcées. »

Grâce à la mise en place de ses premières capacités de production en fabrication additive de fibres de carbone grâce à 9T Labs, Setforge affirme pouvoir produire jusqu'à 5 000 pièces composites en fibre de carbone par an, dans des dimensions jusqu'à 350 x 270 x 250 millimètres. À mesure que la capacité montera en puissance en 2023 et au-delà, Setforge s'attend à pouvoir produire 100 000 pièces/an et à étendre les dimensions des pièces.

« Avec la Red Series, nous voulons proposer de remplacer des pièces métalliques par des composites pour nos marchés actuels comme l'automobile ou l'aérospatiale, mais aussi proposer des solutions innovantes pour de nouveaux marchés — par exemple, le luxe, le sport, le médical, les exosquelettes [systèmes d'assistance ergonomiques portables] et les drones, » ajoute Felix. (Voir « 9T Labs évalue la FA pour applications médicales, aérospatiales ».)

La technologie de fabrication avancée hybride de 9T Labs permet de produire des pièces structurelles hautes performances — dans des tailles petites à moyennes et des sections épaisses — en composites thermoplastiques renforcés en fibre de carbone (CFRTP) pour des volumes de production allant de 100 à 10 000 pièces/an. En combinant l'impression 3D (qui offre liberté de conception, complexité des pièces et contrôle de l'orientation des fibres) avec le moulage par compression dans des matrices métalliques assorties (offrant des temps de cycle rapides, des taux de production élevés, d'excellentes finitions de surface à faible porosité, ainsi qu'une grande répétabilité et reproductibilité), le système de production hybride offre le meilleur des deux mondes : fabrication additive et soustractive.

La plateforme brevetée Red Series Additive Fusion Solution de la société se compose d'un module de construction — une imprimante 3D assurant le dépôt de fibres et la production de préformes — et d'un module de fusion — une presse de compression compacte assurant la consolidation de la préforme et le formage final de la pièce. Le matériel est soutenu par la suite de conception Fibrify de 9T Labs. Ce logiciel permet d'importer des fichiers CAO, d'optimiser la conception de la pièce et les plans de pose des fibres, puis de les transférer vers les principaux logiciels d'analyse structurelle commerciale pour vérifier la performance structurelle. Cela élimine, selon 9T Labs, le cycle coûteux et chronophage de « fabrication et test » consistant à concevoir des pièces, produire et tester des prototypes, puis modifier davantage les conceptions pour mieux atteindre les objectifs de performance et de coûts. En retour, cela aide les fabricants à mettre les pièces sur le marché plus rapidement et à moindre coût.

Ensemble, le système peut produire rapidement, efficacement, de manière constante et rentable des pièces structurelles à haute complexité en composites CFRTP, du prototypage initial à la fabrication de gros volumes. De plus, l'utilisation de matériaux standard éprouvés par l'industrie — polymères neat (non renforcés) et renforcés en fibres de carbone haute performance : polyamide 12 (PA12), polysulfure de phénylène (PPS), polyéthercétonecétone (PEKK) et polyétheréthercétone (PEEK) — permet de produire à moindre coût, avec peu de déchets, un ratio achat-vol amélioré et des niveaux élevés de R&R, des pièces composites structurelles légères capables de remplacer les métaux dans des environnements exigeants. Comme les matrices thermoplastiques peuvent être retraitées par fusion, les déchets de matière et les pièces peuvent être recyclés, et plusieurs sous-ensembles imprimés en 3D peuvent être soudés ensemble lors de l'étape de fusion.