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«Un œil sur les processus»
Que signifie le mot-clé Advanced Manufacturing? Quelle est la nouveauté?
Aujourd'hui, la recherche moderne sur les matériaux ne se limite pas au développement seul des matériaux. Tant que le matériau ne peut pas être transformé et traité, il n'a pas encore de signification technologique. L'Empa fait de la recherche sur toute une série de nouveaux matériaux qui ne peuvent guère être traités par des processus standard connus, voire pas du tout. En conséquence, nous accordons beaucoup d'attention au développement et au perfectionnement des processus de fabrication et des méthodes de traitement, et à cet égard, nous avons beaucoup progressé ces dernières années.
Comment ce développement a-t-il commencé?
À l'origine, ce sont les nanomatériaux qui ont déclenché cette réflexion chez moi. Lorsque l'on parle de nano, on se rend vite compte qu'il n'existe tout simplement pas encore de machines de traitement et que l'industrie ne peut pas se baser sur des connaissances existantes et développer des procédés connus. Nous devions donc déjà nous pencher sur la technique des processus et montrer comment générer de la valeur ajoutée à l'aide de ces nouveaux matériaux. Le deuxième élément déclencheur a été la numérisation et la question de savoir comment utiliser au mieux les possibilités de la numérisation dans la fabrication.
Vous parlez de l'automatisation pour la production de masse?
Non. Ici, je ne pense pas en premier lieu à l'optimisation des chaînes d'approvisionnement et des processus de fabrication, mais à l'optimisation du produit et de sa qualité. Il y a un exemple clair dans la technologie des revêtements: pour le dépôt de couches dures, nous utilisons aussi des plasmas. Grâce à l'électronique de puissance moderne, nous pouvons aujourd'hui contrôler la composition des particules réactives, c'est-à-dire les ions et les radicaux, dans le plasma par modulation d'impulsions et ainsi influencer directement la composition et la structure de la couche, c'est-à-dire ses propriétés physiques. Par rapport aux plasmas conventionnels, le processus de revêtement est quasiment numérisé par la modulation d'impulsions. Il en résulte de toutes nouvelles possibilités d'optimisation des propriétés des couches. Maintenant vient la question: comment trouver la bonne solution dans cette immense forêt de possibilités? Ici, nous ne pouvons pas laisser les ingénieurs produits sur le carreau - il faut des scientifiques qui comprennent ces processus de fond en comble. Et comprendre signifie, à l'ère de la numérisation, pouvoir simuler le processus de dépôt de couches sur ordinateur. Ce n'est qu'ainsi qu'il est possible de composer une sorte de "livre de recettes" qui propose au praticien les bons paramètres avec lesquels il peut obtenir des résultats optimaux.
La numérisation à elle seule n'aide donc pas encore?
Non. Beaucoup de gens pensent qu'ils disposent de données et d'un réseau neuronal et qu'il suffit de le laisser calculer jusqu'à ce qu'une solution soit proposée. Il ne faut pas se laisser séduire par cette facilité. Il en résulte que des «essais et erreurs» avec un peu d'aide numérique. Pour exploiter pleinement le potentiel de la numérisation, il faut comprendre beaucoup mieux les processus de fabrication sur le plan physique, et ce à un niveau qui permette de les simuler. La simulation permet ensuite de déterminer rapidement et de manière fiable les paramètres de processus optimaux. Mais nous en sommes encore très loin, car cela nécessite des modélisations «multiscalaires» extrêmement complexes et gourmandes en temps de calcul.
Quelle est la particularité de l'Advanced Manufacturing?
Les procédés de fabrication dont nous parlons ici sont des procédés additifs. Ils associent la production et la synthèse des matériaux dans un processus de fabrication intégral. La complexité de la fabrication s'en trouve accrue et pose de tout nouveaux défis à la gestion de la qualité, puisqu'il s'agit désormais de garantir non seulement la précision des dimensions, mais aussi la qualité des matériaux du produit. L'impression 3D des métaux en est un exemple très clair. Les propriétés des matériaux des pièces géométriquement complexes qui peuvent être fabriquées par impression 3D ne sont pas isotropes, c'est-à-dire identiques dans toutes les directions de l'espace. Cela est dû au processus de construction séquentiel de l'impression 3D et à la manière dont le laser est guidé. Différents paramètres du laser, tels que la puissance du laser ou la vitesse de balayage, permettent d'influencer le processus de fusion et de recristallisation, ce qui a à son tour une influence sur les propriétés du matériau. En bref: pour maîtriser l'impression 3D en tant que procédé de fabrication, il faut une connaissance approfondie des matériaux et des processus. Des connaissances qui ne sont pas disponibles même dans les grandes entreprises. Et les PME atteignent ici très vite leurs limites. On reconnaît ici la nécessité d'une étroite collaboration entre l'industrie et la recherche – afin d'établir ces nouvelles technologies sur le marché et de donner ainsi aux entreprises une longueur d'avance en matière d'innovation.
Quel sera l'impact des technologies de fabrication additive dans la vie quotidienne?
C'est une question difficile. La meilleure façon d'y répondre est peut-être de considérer les tendances et les besoins de la production industrielle. Il s'agit d'une part de l'individualisation – Customized Products – et, comme nous l'avons appris au cours des deux dernières années, de l'amélioration de la résilience dans la production. Cela peut être résolu par une grande agilité et des chaînes d'approvisionnement courtes, et c'est précisément ce que permet la fabrication additive. De plus, la fabrication additive a le potentiel de modifier considérablement le paysage de la production en remplaçant la production de masse centralisée par une petite production décentralisée - une chance énorme pour le site de production suisse.
Quel est le rôle de l'Empa dans l'introduction de telles technologies?
Outre la recherche et le développement de nouveaux matériaux optimisés pour la technologie de fabrication, nous avons également des projets de recherche qui visent à rendre les technologies «utilisables au quotidien» pour l'industrie. En d'autres termes, il s'agit de développer et de mettre à disposition les «outils» nécessaires pour garantir une utilisation robuste et fiable de la technologie. Comme nous l'avons déjà mentionné, nous développons des logiciels de simulation pour déterminer rapidement et de manière fiable les paramètres de processus optimaux, mais aussi pour former et améliorer la compréhension des processus. Nous développons également des systèmes de mesure pour la surveillance des processus en temps réel. Le développement de systèmes aussi complexes nécessite une étroite collaboration entre des spécialistes de différents domaines. C'est une grande force que nous pouvons faire valoir en tant qu'Empa, mais c'est aussi un atout pour l'ensemble du Domaine des EPF.