Anticipant les évolutions à venir des technologies de production, Tolectro, une PME sous-traitante en tôlerie et mécanique de précision, a monté un projet pour développer l’impression 3D de pièces en alliage de cuivre. L’objectif est de réaliser rapidement des pièces complexes, tout augmentant leurs fonctionnalités et en économisant la matière première utilisée. Claudie de Vernon, présidente de Tolectro, nous explique sa démarche.

« Un de nos fidèles clients fabriquant des équipements industriels, pour lequel nous réalisons des pièces de tôlerie et de l’usinage à façon, nous a demandé fin 2018 de l’aider à évaluer la possibilité de réaliser des électrodes refroidies en alliage de cuivre par impression 3D. L’objectif était de pouvoir réaliser facilement des formes complexes difficilement usinables, tout en minimisant le coût matière. Ce projet novateur m’a tout de suite séduite car il permettait de nous diversifier en augmentant notre offre, tout en élevant notre chaine de valeur en nous rapprochant de la conception des pièces que nous fabriquons », explique Claudie de Vernon, présidente de Tolectro.

Cette PME du Maine & Loire d’une trentaine de personnes, nichée dans la campagne angoumoise à Nyoiseau, entre Angers et Rennes, est spécialisée depuis les années 90 dans la sous-traitance en mécanique de précision et tôlerie fine de pièces et sous-ensembles pour de grands donneurs d’ordres des secteurs aéronautique, électronique, défense, agroalimentaire, équipements industriels ou ferroviaire. Des clients que Tolectro accompagne dans le co-développement, le prototypage, la présérie, ainsi que la production en petite et moyenne série.

« Nous n’avions pas de savoir-faire spécifique en impression 3D, mais je sentais bien que cette technologie novatrice de production des pièces métalliques allait avoir une place grandissante dans la mécanique et donc impacter notre métier. J’ai donc décidé de nous lancer dans cette aventure en recherchant un partenaire technique. »

Maturer le projet avec un partenaire technique

« Lors des Naval Innovation Days, les journées innovation de Naval Group, j’ai rencontré CEA Tech qui travaillait justement sur l’impression 3D des alliages de cuivre. Nous avons donc décidé de monter un projet commun de maturation technologique, qui a bénéficié de financements de la 3^e vague du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA3) de la BPI, ainsi que du Crédit d’Impôts Recherche. »

Ce projet de 250 k€, démarré mi-2019 s’est terminé mi-2021, a permis à la fois :

• de définir le cahier des charges des poudres d’alliages de cuivre (Cuivre/Chrome/Zirconium, Cu Cr Zr) ;
• de sélectionner les fournisseurs potentiels de poudres européens ;
• de mettre au point les paramètres de process de l’imprimante 3D par fusion laser d’un lit de poudre (SLM) existant au CEA Tech ;
• de caractériser les pièces fabriquées à la fois en caractéristiques mécaniques, électriques et thermiques ;
• de définir le traitement thermique de parachèvement à l’issue de l’impression.

La mise au point des paramètres du process était importante car la poudre métallique réfléchit bien la lumière et donc une grande partie de l’énergie nécessaire à l’impression de la pièce.

Un marché balbutiant

Les pièces imprimées en cuivre seraient par exemple intéressantes pour les échangeurs thermiques complexes disposant de multiples canaux internes et d’ailettes. C’est un marché encore balbutiant car il faut reconcevoir des pièces existantes à l’aune de l’impression 3D pour tirer parti de ses avantages (moindre consommation de matière première, augmentation des fonctionnalités des pièces réalisées…) ou concevoir directement de nouvelles pièces pour cette technologie de fabrication.

« Nous pourrions proposer à nos clients une prestation d’étude pour co-concevoir ces nouvelles pièces, grâce à notre expertise de l’impression 3D des alliages de cuivre, afin qu’ils atteignent leurs objectifs de gain de masse et d’augmentation de fonctionnalité, tout en réduisant les coûts. Mais attention, il ne faut pas croire que tout est fabricable avec l’impression 3D. Il existe un certain nombre de contraintes telles les épaisseurs limites de parois, certaines formes de trous, les inclinaisons de faces pour éviter qu’elles ne s’écroulent durant l’impression », prévient Claudie de Vernon.

De plus, cette nouvelle activité chez Tolectro va bénéficier de tous les moyens de finition (tribofinition…) ou d’usinage déjà en place. « Notre palette de prestations déjà existantes va nous permettre de proposer aux clients souhaitant utiliser l’impression 3D en cuivre, des pièces totalement finies, aussi complexes soient-elles, reprises d’usinage comprises, avec des états de surface maitrisés. »

Les premiers marchés visés seraient les industries électroniques et électriques pour de petites pièces, car les plateaux des machines ont des tailles de plateaux limitées en SLM (150 x 250 mm).

Lancer l’industrialisation

« Nous sommes maintenant dans une phase d’industrialisation de ce nouveau savoir-faire avec un projet d’acquisition d’une machine d’impression 3D et le recrutement d’une personne dédiée pour piloter cette activité et qualifier les pièces réalisées. Pour cela, nous sommes à la recherche de partenaires et de financements, à travers les différents guichets du plan de relance économique de la France. L’objectif étant d’arriver à une production en série en 2023. »

A l’heure où beaucoup d’entreprises s’engagent dans la réduction de la consommation de matières premières et de l’énergie nécessaire pour les mettre en œuvre, l’impression métallique 3D est l’un des moyens pour y arriver. Le cuivre étant le 3^e métal le plus employé dans le monde, l’impression 3D cuivre devrait donc connaitre un essor rapide auquel Tolectro est prêt à faire face en proposant à ses clients de ‘‘faire mieux avec moins’’.

« Il est intéressant de constater que les tous premiers contacts industriels que nous avons sont des start-up, qui font preuve d’une grande agilité vis-à-vis de ces nouvelles technologies de production », note Claudie de Vernon.

Jean-François Prevéraud