Fabrication additive métallique : l'IRT Saint Exupéry contrôle ses pièces par tomographie à rayons X

Quels avantages la tomographie apporte-t-elle par rapport aux méthodes classiques ?

Contrairement aux analyses micrographiques, destructives, qui n'offrent qu'un accès 2D restreint aux défauts et exigent une préparation de l'échantillon (découpe, polissage), la tomographie X nous offre une cartographie complète des défauts présents dans la zone de scan. Elle donne un accès unique à la géométrie 3D des défauts générés pendant la fabrication, la plupart du temps sans détruire la pièce.
TABLEAU (aucun lien)

Méthode	Réponse du Dr Lesseur
Micrographie	Destructif ; accès 2D restreint aux défauts, découpe et polissage nécessaires
CND conventionnels (ressuage, ultrasons, contrôle dimensionnel, méthodes optiques)	Rendus inefficaces par les cavités internes, les canaux et la forte rugosité
Tomographie à rayons-X	Cartographie complète des défauts dans la zone de scan : géométrie 3D non destructive

 
          Les images obtenues sont très précises sur le nombre et la répartition de ces défauts dans le volume observé .  Lorsque les pièces finales sont sollicitées mécaniquement, nous étudions tout particulièrement l'influence de la géométrie et de la position de ces défauts sur leurs propriétés mécaniques.​

Dans le cas des structures en treillis, la tomographie permet d'inspecter facilement la qualité des poutres fabriquées et le respect des diamètres par rapport à la CAO. Des maillages en éléments finis peuvent même être extraits directement des images tomographiques, pour servir de données d'entrée aux logiciels de simulation mécanique.

Quels sont les défis actuels de la fabrication additive   , et comment la tomographie aide-t-elle à les relever ?

L'un des grands défis de la fabrication additive est le suivi en temps réel et la correction des défauts pendant la fabrication. La tomographie X n'est pas directement intégrable aux machines de fabrication additive, mais elle offre un accès unique pour étudier l'influence des défauts sous sollicitations mécaniques, in situ ou ex situ.

  En combinant les images tomographiques d'éprouvettes avant essais de traction ou de fatigue avec les images fractographiques post-mortem (microscopie optique ou électronique), nous identifions quels défauts internes sont responsables de la rupture. Ces données permettent ensuite de concevoir des modèles prédictifs du comportement des matériaux, qui tiennent compte de la morphologie 3D, de la taille et de la position des défauts.  

Industriellement, ces paramètres sont essentiels pour élargir l'usage de la fabrication additive à des pièces de plus en plus critiques. Nous pouvons ainsi définir un seuil de taille au-delà duquel un défaut devient critique au regard des conditions d'utilisation de la pièce. Comme pour tout procédé de fabrication, il y aura toujours des défauts : l'essentiel est de connaître et d'évaluer leur criticité vis-à-vis des propriétés d'emploi recherchées.

Quels progrès attendre de la tomographie pour l'inspection des pièces en fabrication additive ?

Dans le milieu industriel, la tomographie X est vue comme un procédé très pertinent, mais complexe à mettre en œuvre pour le contrôle en série : elle prend du temps et reste coûteuse.
Pour qu'elle soit considérée comme un moyen de contrôle efficace au même titre que la radiographie ou les ultrasons, des progrès sont à faire sur les vitesses d'acquisition et de reconstruction, la normalisation des processus et la détection automatique des défauts. La fabrication additive métallique est un cas particulier : on y fabrique des murs dans lesquels sont prélevées des éprouvettes, des parties de pièces, puis la pièce finale. Toutes ces étapes demandent des contrôles précis, notamment pour détecter des problèmes liés aux paramètres de fabrication.

Il faut souvent des tomographes capables de travailler à plusieurs échelles, mais aussi de traverser de fortes épaisseurs d'alliages à base de fer, de titane ou de nickel pour les applications que nous étudions. Des tubes de forte puissance conservant une résolution spatiale élevée, même en haute énergie, seront très utiles. Des progrès sont aussi attendus dans la gestion des artefacts liés à la densité des pièces, comme la diffusion (scattering), qui peut compliquer la segmentation précise de leur surface.