Équipement de fusion laser sur lit de poudre métallique

Fourniture d’une installation complète de fabrication additive métallique par fusion laser sur lit de poudre, destinée à la recherche et au développement. L’équipement doit construire des pièces en 3D sous atmosphère inerte d’azote ou d’argon, avec contrôle en direct du procédé, plateau chauffant et gestion sécurisée des poudres pyrophoriques ou CMR.

L’installation doit permettre au CEA de changer de composition de poudre de manière autonome, rapidement et sans pollution croisée, sans prestation supplémentaire hors consommables listés par le fournisseur. Elle doit traiter des poudres de granulométrie D10 = 15 μm à D90 = 50 μm, notamment en aciers inoxydables, alliages aluminium AlSi7Mg et AlSi10Mg, alliages titane TA6V, alliage nickel IN718 et alliage cuivre CuCrZr. L’utilisation est prévue dans un laboratoire climatisé, par plusieurs opérateurs formés, 2 à 3 semaines par mois.

Fonctions et performances de fabrication

• Préparation des fichiers CAO, slicing, supportage et nesting, avec compatibilité .stl, .cli ou .slc et .3mf, ou compatibilité avec Materialise MAGICS v29 ; deux années de mises à jour de l’environnement numérique et plan de développement logiciel.
• Gestion des poudres en circuit fermé, remplissage sous sorbonne ou atmosphère inerte, chargement et dépoudrage grossier sans ouverture de l’enceinte ; autonomie de fonctionnement sans recharge pouvant atteindre 60 heures.
• Plateau manipulable de manière ergonomique avec un équipement secondaire supportant au minimum 200 kg ; zone de fabrication de 200 × 200 à 300 × 300 mm² ou diamètre de 200 à 300 mm ; hauteur de construction de 200 à 400 mm.
• Plateau chauffant jusqu’à au moins 200 °C, avec preuve de l’homogénéité de chauffe ; possibilité d’un plateau atteignant au moins 550 °C, avec réglage de température et thermocouple de sécurité indépendant.
• Mise en couche réglable de 20 à 100 μm, compatible avec les poudres spécifiées et une coulabilité caractérisée par un angle d’avalanche ≤ 50° ou un ratio d’Hausner ≤ 1,45. Le système est à rouleau ou à racle ; dans ce dernier cas, l’offre précise la fréquence et la nature des racles et comprend au minimum 10 racles.
• Réglage de la vitesse de déplacement et de la quantité de poudre déposée, avec protocole de changement de matériau et mesures de prévention de la contamination croisée.
• Laser d’une puissance unitaire minimale souhaitée de 700 W, diamètre de spot de 30 à 90 μm et longueur d’onde de 1050 à 1070 μm ; indication des vitesses minimale et maximale de balayage.
• Accès aux paramètres de fabrication : puissance laser, vitesse et stratégie de balayage, distance entre passages, angle de rotation entre couches, distance focale, stratégies de contour, downskin/ upskin, skywriting, supports et temporisation de couche fondue, avec indication des plages de réglage.
• Recettes standard en couche de 30 μm pour 316L, AlSi7Mg, TA6V, CuCrZr et IN718 ; contrôle et suivi paramétrables de l’oxygène, avec possibilité de fabrication sous 200 ppm.
• Flux laminaire d’argon ou d’azote réglable de 0,5 à 4 m/s, homogénéité sur le plateau de ± 0,5 m/s démontrée par mesure in situ à l’anémomètre.

Instrumentation et données

L’équipement comprend la mesure continue de l’oxygène, du débit de gaz d’inertage, de la pression de l’enceinte, ainsi que des températures du plateau, de l’enceinte et du boîtier laser. Il génère un rapport de fabrication regroupant notamment le numéro de couche, les températures, le taux d’oxygène et le débit de gaz.

Une caméra de visualisation de la zone de fabrication, d’une résolution d’au moins 185 ppi, doit prendre des images après chaque étalement et chaque phase de fusion. L’analyse en temps réel doit pouvoir détecter les défauts d’étalement, avertir l’opérateur et déclencher des tentatives supplémentaires de mise en couche sur les zones non couvertes. Une caméra thermique est proposée en option, avec fourniture, intégration, mise en service, réglage, qualification et formation associée.

Le poste de pilotage est raccordé au réseau CEA par Ethernet dédié et à une bulle réseau d’instrumentation sans accès Internet ni messagerie. L’authentification utilise Active Directory CEA et les données sont exportables notamment en TXT, CSV, XLSX ou PDF. La télémaintenance extérieure, si nécessaire et techniquement possible, est planifiée, supervisée par le CEA et réalisée après déconnexion physique de la bulle réseau ; les logiciels grand public de télémaintenance sont interdits.

Options

• Réducteur de volume de l’enceinte de fabrication, avec protocole d’installation et de désinstallation.
• Brosse métallique comme dispositif d’étalement.
• Système d’ajustement de la forme du spot laser ou beam shaping.
• Caméra thermique intégrée.
• Transport avec assurance selon DAP CEA Grenoble.

Installation, interfaces et logistique

Le fournisseur assure le conditionnement, l’installation, la mise en service, les essais, la formation, le plan qualité, le DOE, les documents de conformité, les manuels en français et les pièces de rechange courantes. Le CEA fournit les raccordements électriques et fluides ainsi que les utilités selon les besoins communiqués.

L’équipement est intégré à la plateforme POUDRINNOV 2.0, avec une emprise maximale de 6 m², soit 4000 × 1500 mm, et une hauteur maximale de 2400 mm. L’installation est prévue dans le bâtiment E, pièce 152, avec une charge au sol maximale de 1 t/m². Les accès comprennent notamment une porte camion de 2,5 × 3,0 m, une porte de local de 2,0 × 2,4 m et un sas de 1,6 × 2,4 m. Les réseaux disponibles comprennent le 220 V, le 380 V AC, l’azote et l’argon à 7 bars, ainsi qu’un réseau d’extraction.

Le fournisseur communique une liste de colisage comprenant le poids total, le nombre de colis, les dimensions et poids de chaque colis, les points d’appui, les besoins éventuels en chariot élévateur ou outillage de mise à poste et le plan de déchargement. Il fournit les moyens de déchargement et d’installation, est présent lorsque la taille, la valeur ou la complexité l’exige, et évacue les palettes, caisses et emballages.

Sécurité, conformité et contrôle

L’équipement est certifié CE et accompagné de sa déclaration de conformité, de sa notice française, de l’analyse des sources de danger et des documents réglementaires applicables. Il comprend les dispositifs de sectionnement, consignation, dissipation des énergies résiduelles et arrêts d’urgence protégés contre les manœuvres involontaires.

Sont notamment à traiter les risques liés aux poudres et produits chimiques, à l’extraction, à l’incendie, à l’explosion et à l’ATEX, aux équipements sous pression, aux manutentions, aux travaux en hauteur, aux rayonnements optiques, au bruit et aux températures. Les produits chimiques fournis sont accompagnés de FDS en français ; les matériaux isolants CMR de catégories 1a et 1b sont interdits.

La fourniture doit respecter l’ISO 9001. Les contrôles de réception comprennent une FAT en usine et une SAT sur site, couvrant les spécifications de l’équipement et du procédé. Les essais comprennent notamment la température du plateau à 200 °C avec tolérance de 5 °C, le plateau à au moins 500 °C avec tolérance de 5 °C, l’oxygène à 200 ppm avec tolérance de ± 100 ppm, 200 couches de 30 μm, l’homogénéité du flux à ± 0,5 mm/s, le diamètre laser de 30 à 90 μm avec tolérance de ± 10 μm et la puissance laser par paliers de 50 W avec tolérance de ± 2 W.

La qualification du procédé prévoit notamment 30 cubes de 10 × 10 × 15 mm³ en 316L pour la densité relative, un livret de rugosité, deux éprouvettes de parois fines et cylindres, ainsi que deux géométries TPMS de 40 × 40 × 40 mm³ avec paroi de 1 mm et un cantilever. Ces objets relèvent des essais de contrôle FAT/SAT et non d’une fourniture d’échantillons de présentation.

Documentation, formation et maintenance

La documentation est remise au plus tard avant la SAT et comprend les notices, certificats de calibration, listes de pièces et consommables, plans et schémas procédé, architecture informatique, sources automate et supervision lorsque cela s’applique, dossiers constructeur, électriques et contrôle-commande, ainsi que les éléments ATEX éventuels.

La formation à l’utilisation concerne 3 à 4 personnes et couvre la chaîne CAO-fabrication, le remplissage en poudre, le nettoyage, les optiques, les équipements annexes et l’environnement logiciel. La formation à la maintenance de premier niveau concerne 2 personnes et couvre le changement du système de mise en couche, le nettoyage lors d’un changement de matériau et la maintenance de la filtration ; des attestations listent les personnes formées et leur niveau d’intervention.

La garantie contractuelle est de 2 ans à compter de la réception, pièces hors consommables, main-d’œuvre, transports et déplacements inclus. Les dépannages interviennent au plus tard dans les 5 jours ouvrables suivant la demande. Après la garantie, le fournisseur propose une maintenance full service comprenant maintenance préventive, maintenance corrective illimitée et pièces détachées, ainsi que les coûts de maintenance préventive et les taux horaires de maintenance corrective.