La fabrication additive destinée aux applications offshore permet de produire des composants directement à partir de modèles numériques, grâce à des procédés de fabrication couche par couche, pour des pièces en petites séries, des géométries complexes, des réparations et des pièces de rechange. L'impression 3D offshore peut être utilisée pour la fabrication de vannes, de pompes, de collecteurs, d'échangeurs de chaleur, de boîtiers sous-marins, de composants pour ROV et AUV, de matériel dédié aux énergies renouvelables et d'outillage spécialisé.
Cette page présente les principales entreprises spécialisées dans la fabrication additive offshore, qui utilisent des procédés tels que la fusion sur lit de poudre, le dépôt d’énergie dirigé, la fabrication additive par arc électrique, la projection de liant et la fabrication additive par polymères.
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La fabrication additive destinée aux applications offshore permet de produire des composants directement à partir de modèles numériques, en déposant le matériau couche par couche. Pour les opérateurs offshore et les fabricants d’équipements, la fabrication additive (FA) est particulièrement adaptée aux géométries complexes, à la production en petites séries, aux pièces de rechange, à la réparation de composants, ainsi qu’aux situations où la fabrication conventionnelle implique de longs délais d’outillage ou d’approvisionnement.
L’impression 3D offshore doit néanmoins répondre aux mêmes exigences de performance rigoureuses que les procédés de fabrication traditionnels. L’exposition à l’eau de mer, les charges cycliques, la pression, la température, l’érosion, les fluides corrosifs et les exigences d’inspection sont autant de facteurs qui déterminent si la fabrication additive est techniquement appropriée. Des facteurs spécifiques à la FA, tels que la porosité, le manque de fusion, les contraintes résiduelles, la rugosité de surface, l’anisotropie et l’orientation de la construction, peuvent également affecter la fatigue, la corrosion et les performances mécaniques. Par conséquent, la réussite de son adoption dépend de la maîtrise de l’ensemble du processus de fabrication, plutôt que de considérer l’impression comme une étape de production isolée.
La réalisation d’une fabrication additive conforme aux exigences pour les composants offshore nécessite un contrôle depuis la définition numérique initiale jusqu’à l’inspection finale.
La traçabilité entre ces étapes revêt une importance particulière lorsque les pièces sont destinées à des applications offshore sous pression, structurelles ou autres applications critiques, car la qualification s’applique généralement à une combinaison contrôlée de conception, de matière première, d’équipement, de paramètres de processus, d’orientation et de post-traitement.
La fabrication additive offshore est particulièrement utile lorsque la complexité géométrique, les faibles volumes de production, les besoins de réparation ou les contraintes logistiques offrent un avantage évident par rapport à la fabrication conventionnelle.
Les procédés d’impression 3D permettent de fabriquer des roues, des composants de vannes, des collecteurs et des passages de fluides présentant une géométrie interne complexe. Les concepteurs peuvent également regrouper des assemblages ou optimiser les chemins d’écoulement, bien que les surfaces d’étanchéité et autres interfaces de précision nécessitent généralement un usinage final.
La fabrication additive permet de produire des échangeurs de chaleur compacts dotés de canaux internes complexes, difficiles à réaliser par des méthodes de fabrication conventionnelles. La qualification doit prendre en compte l’intégrité sous pression, l’inspectabilité, l’encrassement, la corrosion, ainsi que la capacité à nettoyer ou à entretenir les passages internes, en particulier lorsque les techniques d’inspection conventionnelles ont un accès limité.
L’outillage spécialisé est souvent produit en quantités relativement faibles et peut nécessiter une géométrie adaptée à une opération particulière. La fabrication additive permet une production rapide et des itérations de conception, tout en nécessitant une qualification mécanique, de résistance à la fatigue, environnementale et fonctionnelle appropriée.
Les applications de la fabrication additive sous-marine comprennent les boîtiers d’instruments, les supports, les raccords structurels, les fixations de capteurs et les composants destinés aux véhicules télécommandés (ROV) et aux véhicules sous-marins autonomes (AUV). La réduction du poids et la consolidation des pièces peuvent présenter des avantages, mais la pression hydrostatique, la compatibilité galvanique, la résistance à la fatigue et la compatibilité avec l’eau de mer restent des critères de conception essentiels.
Les systèmes d’énergie renouvelable offshore peuvent recourir à la fabrication additive pour des pièces mécaniques spécialisées, des outillages, des boîtiers, des composants de remplacement et certains équipements d’infrastructure électrique. Le procédé de fabrication doit tenir compte des exigences en matière de fatigue, de corrosion, d’accessibilité et de maintenance propres à l’installation concernée.
La production numérique est particulièrement intéressante pour les composants dont la fabrication a cessé ou qui sont difficiles à se procurer. Le déploiement de l’impression 3D en mer ou à proximité d’une installation en service peut réduire la dépendance vis-à-vis des stocks physiques, à condition que la conception numérique, les matériaux approuvés, le système de production et le processus de qualification restent maîtrisés.
Il n’existe pas de procédé de fabrication additive unique adapté à tous les composants offshore. La taille du composant, le matériau, les propriétés requises, l’état de surface, le volume de production, les exigences de post-traitement, les capacités d’inspection et le parcours de certification influencent tous le choix du procédé.
Le choix du procédé doit donc se fonder en priorité sur les exigences de fonctionnement du composant plutôt que sur les capacités d’une imprimante particulière, tout en tenant compte du post-traitement, de l’inspection, des efforts de qualification et de l’ensemble du parcours de fabrication.
La FA offshore utilise une large gamme de métaux et de polymères, mais le matériau imprimé doit être évalué en tant que produit résultant d’une matière première, d’une machine, d’un jeu de paramètres, d’une orientation, de conditions de fabrication et d’un parcours de post-traitement spécifiques.
| Groupe de matériaux | Considérations relatives à l’exploitation en mer |
| Aciers inoxydables austénitiques | Utiles lorsque l’on recherche une résistance générale à la corrosion et des caractéristiques de fabrication éprouvées. |
| Aciers inoxydables duplex et super-duplex | Intéressants pour les environnements chlorurés, mais nécessitant un contrôle rigoureux de la microstructure, de l’équilibre des phases, du traitement thermique et des opérations de mise en œuvre. |
| Alliages à base de nickel | Conviennent aux environnements exigeants en termes de corrosion, de température et de fluides de procédé, à condition d’être dûment qualifiés. |
| Aciers au carbone et faiblement alliés | Conviennent aux structures de grande taille et aux composants d’ingénierie générale, sous réserve de respecter les exigences en matière de protection contre la corrosion et de conditions d’utilisation. |
| Alliages de titane | Ils offrent une résistance spécifique élevée et une bonne résistance à la corrosion en eau de mer pour certains composants où le poids est un facteur déterminant. |
| Alliages d’aluminium | Utiles pour certains boîtiers, structures et équipements légers pour lesquels les performances spécifiques de l’alliage en matière de corrosion et de fatigue sont acceptables. |
| Alliages à base de cuivre | Peuvent convenir à des applications marines et thermiques spécialisées, en fonction de l’alliage, du procédé de fabrication et de l’environnement d’exploitation. |
| Polymères techniques et composites polymères | Applicables aux boîtiers non métalliques, aux outillages, aux conduits, aux capots et à d’autres composants lorsque la température, la pression, l’exposition aux produits chimiques et le vieillissement sont acceptables. |
Le choix des matériaux doit tenir compte de l’exposition à l’eau de mer, de la compatibilité galvanique, de la fatigue, de la température, de l’érosion, de la protection cathodique et des effets associés de l’hydrogène, des conditions de service en milieu acide le cas échéant, ainsi que de l’effet du procédé de fabrication additive et du traitement post-fabrication sur les propriétés finales des matériaux.
Les normes et les exigences de classification fournissent des cadres permettant de contrôler les procédés de FA, les matériaux, le personnel, les inspections et la documentation de production.
La voie de qualification applicable dépend en fin de compte de la fonction du composant, de son niveau de criticité, de son environnement d’exploitation, du procédé de fabrication, des exigences contractuelles, ainsi que du régime réglementaire ou de classification pertinent. La qualification du procédé de fabrication additive ne dispense pas en soi de la nécessité de démontrer que le composant fini est adapté à l’usage auquel il est destiné.
Au-delà de la conception des composants, la fabrication additive peut transformer la manière dont les organisations offshore gèrent les pièces de rechange, les données de production et les capacités de fabrication.
Des fichiers numériques validés des pièces peuvent réduire la nécessité de stocker physiquement chaque pièce de rechange peu demandée. La production nécessite toujours un contrôle de configuration afin que la révision de conception, le matériau, les paramètres de processus et la documentation de qualification corrects restent liés, l’intégrité des fichiers et le contrôle d’accès étant maintenus tout au long du flux de travail numérique.
La fabrication additive distribuée permet de rapprocher les capacités de production des opérations offshore, des ports, des chantiers navals ou des centres de services régionaux. Sa valeur réside dans la garantie que des sites géographiquement éloignés puissent reproduire de manière cohérente des pièces qualifiées. La production offshore peut également nécessiter le contrôle de l’humidité, des vibrations, des mouvements, de la qualité de l’alimentation électrique, de la ventilation et d’autres conditions environnementales affectant les équipements et les matières premières.
La FA peut offrir une solution pour remplacer des composants dont l’outillage, le fournisseur ou la chaîne de production d’origine n’existent plus. La rétro-ingénierie doit s’appuyer sur des informations suffisantes en matière de conception et de maintenance afin de définir les exigences fonctionnelles et matérielles, car la simple reproduction de la géométrie externe ne garantit pas l’équivalence avec le composant d’origine.
La fabrication additive vient généralement compléter, plutôt que remplacer, l’usinage, le soudage, le formage et d’autres procédés établis. L’impression «near-net-shape» suivie d’un usinage de précision permet d’allier la flexibilité géométrique à des surfaces d’étanchéité, des alésages, des filetages et des interfaces contrôlés.
Une production conforme aux exigences nécessite une traçabilité couvrant les révisions de conception, les lots de matières premières, les réglages des machines, les registres de fabrication, le post-traitement, les inspections, les échantillons de référence et les résultats d’essais. Un contrôle numérique rigoureux de la configuration est donc essentiel à une production répétable de FA offshore.
Les poudres métalliques, les fils et les matières premières polymères nécessitent un stockage, une identification, une manipulation et un contrôle de la contamination adaptés. Les systèmes à base de poudre exigent également des mesures de contrôle appropriées pour prévenir les risques liés à l’inhalation, aux incendies, aux poussières combustibles et à la manipulation. Pour les organisations envisageant une production à distance, il peut être tout aussi important de disposer d’équipements certifiés, d’un personnel formé, de moyens d’inspection étalonnés et de matières premières contrôlées que d’avoir accès à l’imprimante elle-même.
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