Dans un monde où l’innovation technologique est constamment à l’ordre du jour, une équipe de chercheurs a franchi une nouvelle étape dans le domaine de l’impression 3D. Le Laboratoire National d’Oak Ridge, en collaboration avec Siemens Technology, a réussi à imprimer en 3D de grandes ailettes de turbine à vapeur, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la production d’énergie.
Le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL), relevant du Département de l’Énergie des États-Unis, a réussi, en collaboration avec Siemens Technology, à imprimer en 3D de grandes ailettes de turbine à vapeur pour la production d’énergie dans les centrales électriques.
Cette réalisation marque une première mondiale dans l’utilisation de la fabrication additive par arc de fil pour la production à grande échelle de composants critiques dépassant 11 kilogrammes.
« Nous avons réalisé que nous ne pouvons pas obtenir de moulages et de forgés de faible volume qui dépassent 45 ou 90 kilogrammes de la chaîne d’approvisionnement domestique », a précisé Michael Kirka, chef de groupe de recherche au sein du groupe Science et Technologie de Déposition à l’ORNL.
Le processus de fabrication
La fabrication additive par arc de fil utilise un arc électrique pour fondre le fil métallique dans un processus contrôlé par un bras robotique. Des couches minces de métal sont progressivement construites pour obtenir la forme souhaitée. Une fois imprimée, la pièce est usinée pour répondre aux exigences finales de conception. Cette technologie a été développée en collaboration avec Lincoln Electric.
En raison de sa base technologique de soudage, la fabrication par arc de fil est facilement utilisée pour la réparation de pièces existantes. Cela pourrait permettre à des entreprises comme Siemens Energy, également partenaire du projet, de maintenir et de mettre à niveau plus facilement leur équipement.
L’impact de la pandémie de COVID-19
Lorsque la recherche sur l’arc de fil de Siemens a commencé en 2019, elle se concentrait sur la réparation de composants. Toutefois, la portée s’est élargie pendant la pandémie de COVID-19, lorsque l’attente pour de nouvelles ailettes de turbine à vapeur moulées s’est étendue à deux ans. Le projet a alors été élargi pour inclure l’impression de pièces de rechange entières.
« L’intention originale était de n’imprimer que 25% de la section supérieure de l’ailette », a indiqué Anand Kulkarni, expert principal senior pour Siemens Technology. « Mais lorsque nous avons vu le potentiel de la configuration de l’arc de fil à l’ORNL, nous avons pensé que nous pourrions faire toute l’ailette en une seule construction. »
En synthèse
La réalisation de l’ORNL et de Siemens Technology marque une jalon important dans le domaine de l’impression 3D. En réussissant à imprimer en 3D de grandes ailettes de turbine à vapeur, ils ont ouvert la voie à de nouvelles possibilités pour la production d’énergie. Cette technologie pourrait permettre aux entreprises de maintenir et de mettre à niveau plus facilement leur équipement, tout en offrant une alternative plus fiable à la dépendance à des outils de fabrication spécifiques.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la fabrication additive par arc de fil ?
C’est un processus qui utilise un arc électrique pour fondre le fil métallique dans un processus contrôlé par un bras robotique. Des couches minces de métal sont progressivement construites pour obtenir la forme souhaitée.
Quel est l’impact de cette réalisation ?
Elle ouvre la voie à de nouvelles possibilités pour la production d’énergie et pourrait permettre aux entreprises de maintenir et de mettre à niveau plus facilement leur équipement.
Quel a été l’impact de la pandémie de COVID-19 sur ce projet ?
La portée du projet s’est élargie pendant la pandémie de COVID-19, lorsque l’attente pour de nouvelles ailettes de turbine à vapeur moulées s’est étendue à deux ans. Le projet a alors été élargi pour inclure l’impression de pièces de rechange entières.
Quels sont les avantages de l’impression 3D ?
L’impression 3D offre une alternative plus fiable à la dépendance à des outils de fabrication spécifiques. Elle peut reproduire n’importe quel design, ce qui est particulièrement utile lorsque les outils qui ont créé les composants à grande échelle d’aujourd’hui ont effectivement disparu.
Qui sont les principaux acteurs de ce projet ?
Le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL), relevant du Département de l’Énergie des États-Unis, et Siemens Technology sont les principaux acteurs de ce projet.
Références
Légende illustration principale : La fabrication additive par arc électrique a permis à ce bras robotisé de l’ORNL de transformer un fil métallique en une pale de turbine à vapeur complète, comme celles utilisées dans les centrales électriques. Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy
Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory. (2023).
