Quels sont les avantages apportés par la tomographie à rayons x ?
Contrairement aux analyses micrographiques destructives qui n’offrent en outre qu’un accès 2D restreint aux défauts, et nécessitent une préparation de l’échantillon incluant un découpage et un polissage, la tomographie X nous offre une cartographie complète des défauts présents dans la zone de scan. Elle fournit un accès unique à la géométrie 3D des défauts générés lors de la fabrication, la plupart du temps de façon non destructive pour la pièce.
Les images obtenues nous apportent une grande précision quant au nombre et à la répartition de ces défauts dans le volume observé. Lorsque les pièces finales son sollicitées mécaniquement, nous étudions tout particulièrement l’influence de la géométrie et de la position de ces défauts sur les propriétés mécaniques obtenues. Dans le cas de structures en treillis, la tomographie nous permet d’inspecter facilement la qualité des poutres fabriquées, le respect des diamètres par rapport à la CAO. Des maillages en éléments finis peuvent être directement extraits des images tomographiques pour être utilisés comme données d’entrées dans des logiciels de simulations mécaniques.
La tomographie à rayons X est une solution complète pour l’accessibilité et la lisibilité des contrôles de pièces complexes comparée à la radiographie X ou aux méthodes ultrasoniques.
Quels sont les défis actuels de la fabrication additive ? En quoi la tomographie à rayons X permett-elle des les surmonter ?
L’un des grands défis de la fabrication additive concerne le suivi en temps réel et la correction des défauts produits au cours de la fabrication. Bien qu’elle ne soit pas directement intégrable à des machines de fabrication additive, la tomographie X nous offre tout de même un accès unique quand il s’agit d’étudier l’influence des défauts sous sollicitations mécaniques, de façon in situ ou ex situ.
En combinant les images tomographiques d’éprouvettes, avant essais de traction ou de résistance à la fatigue, aux images fractographiques post-mortem obtenues par microscopie optique ou électronique, nous sommes en mesure de pouvoir identifier quels défauts internes sont responsables de la rupture de l’éprouvette. Ces données nous permettent par la suite de concevoir des modèles prédictifs de comportement des matériaux en tenant compte de la morphologie 3D, de la taille et de la position de ces défauts. Industriellement, la connaissance de ces paramètres est extrêmement importante dans la perspective d’un usage élargie des technologies de fabrication additive à des pièces/composants de plus en plus critiques. Nous pouvons ainsi définir un seuil de taille au-delà duquel un défaut peut être considéré comme critique au regard des conditions d’utilisation en service de la pièce.
Comme pour l’ensemble des procédés de fabrication, il y aura toujours des défauts, l’essentiel étant de connaître et d’évaluer la criticité de ces derniers vis-à-vis des propriétés d’emploi recherchées.
selon vous, quels sont les progrès attendus du domaine de la tomographie par rayons x pour l'inspection des pièces fabriquées par fabrication additive ?
La tomographie X est vue dans le milieu industriel comme un procédé très pertinent, mais complexe à mettre en œuvre pour du contrôle en série, qui prend du temps et reste couteux.
Afin que la tomographie soit considérée comme un moyen de contrôle efficace au même titre que la radiographie ou les ultrasons, des progrès sont à mener dans les vitesses d’acquisitions et de reconstruction, de normalisation des processus, et dans la détection automatique des défauts. Le cas de la fabrication additive métallique est particulier. Différents types de pièces plus ou moins complexes peuvent être fabriquées : des murs dans lesquels vont être prélevées des éprouvettes, des partiels de pièces, et la pièce finale. Toutes ces étapes nécessitent des contrôles précis notamment pour détecter des problèmes liés aux choix des paramètres de fabrication. Des tomographes capables de travailler à de multiples échelles sont souvent nécessaires, mais doivent aussi pouvoir traverser des épaisseurs de matières importantes d’alliages métalliques à base de fer, de titane ou encore de nickel en ce qui concerne les applications que nous étudions. Des tubes de fortes puissances conservant une résolution spatiale élevée même à haute énergie s’avèreront très utiles. Des progrès sont également attendus dans la gestion des artefacts liés à la densité des pièces comme le scattering effect qui peuvent complexifier la précision sur la segmentation de la surface des pièces.
que pensez-vous de la réalisation de pièces industrielles en fabrication additive ? Safran a récemme,t produit un train d'atterrissage, est-ce que cela vous semble proche ?
L’industrialisation de pièces issues de la fabrication additive métallique est un enjeu majeur pour la réduction des coûts et des temps de fabrication, et c’est d’ores et déjà une réalité. Les filières du spatiale ont démontré les possibilités offertes et utilisent aujourd’hui en situations réelles des pièces qui ont passé avec succès les tests de qualification, comme la chambre de combustion du propulseur SuperDraco de SpaceX. La filière aéronautique suit aussi cette tendance en mettant au point des pièces plus ou moins critiques en vol. Les contrôles non-destructifs sur ces pièces parfois géométriquement très complexes vont devoir s’adapter.
La tomographie à rayons X reste une méthode très efficace quelle que soit leur forme, à condition bien sûr de pouvoir traverser la matière et de savoir détecter les défauts les plus critiques. Et elle offre en phase de développement une vision exhaustive quantifiée de ces défauts produits et de leurs impacts sur les propriétés mécaniques en service.