La marine doit miser sur la fabrication additive, déclare un responsable

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Illustration d'iStock

Les moyens traditionnels de fabrication de pièces métalliques par moulage et forgeage ont bien servi l'humanité au cours des 2 600 dernières années environ, mais la fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, est l'avenir, du moins en ce qui concerne la Marine, a déclaré un chef de service senior.

Le service de la mer a récemment fait la une des journaux en installant des imprimantes 3D à bord des navires, ce qui permet aux marins de fabriquer des pièces perdues ou cassées sur place sans avoir à attendre des semaines ou des mois pour se faire livrer des pièces de rechange.

C'est une évolution positive, a déclaré Matt Sermon, directeur exécutif du bureau exécutif du programme des sous-marins stratégiques.

Cependant, il a prédit que les fabricants de navires et leurs fournisseurs devront passer des moyens traditionnels de fabrication de pièces métalliques à ces techniques de fabrication avancées. C'est le seul moyen de résoudre les problèmes actuels et futurs de la chaîne d'approvisionnement de la Marine, a-t-il déclaré.

"Je crois sincèrement que la fabrication additive métallique est la voie vers la capacité et la capacité dont vous avez besoin pour les matériaux critiques dans la base industrielle sous-marine. Et cela vaut également pour les navires de surface et leurs systèmes, ainsi que pour le maintien en puissance", a-t-il déclaré récemment à la conférence annuelle de l'American Society of Naval Engineers à Arlington, en Virginie.

Pour Sermon – qui s'est imposé comme l'un des principaux porte-parole de la Marine pour relancer la capacité de fabrication du pays – la fabrication additive n'est pas quelque chose sur une liste de souhaits, mais une nécessité si le service doit livrer tous les navires et sous-marins qu'il prévoit de construire dans les années à venir.

Il existe actuellement des problèmes de chaîne d'approvisionnement pour les pièces en métaux lourds par moulage et forgeage. La Marine travaille avec des fournisseurs pour former les travailleurs et les rendre plus efficaces, mais cela ne suffira pas dans les années à venir, a déclaré Sermon.

Le seul secteur des sous-marins vise à produire trois bateaux par an, deux sous-marins de la classe Virginia et un de la classe Columbia. Ensuite, il y a les programmes de modernisation et de maintien en puissance.

"Il y a une guerre des talents. En particulier, je parle de la main-d'œuvre manufacturière", a déclaré Sermon.

Entre la Marine, les principaux constructeurs navals et leurs quelque 17 000 fournisseurs, il y aura une pénurie d'environ 100 000 travailleurs sur les programmes de sous-marins au cours de la prochaine décennie, a estimé la Marine.

"Nous sommes dans la lutte aujourd'hui, en investissant dans ces secteurs du marché, en travaillant avec des fournisseurs pour les aider du côté des ressources humaines, de leur pipeline de main-d'œuvre, ce genre de choses", a déclaré Sermon. Mais lorsque la Marine examine ses futures demandes de fabrication, elle ne voit pas avoir la capacité nécessaire, a-t-il déclaré.

Quant au niveau de maturité technologique des nouveaux systèmes nécessaires à la construction des sous-marins, la Marine se porte bien. Mais en ce qui concerne les niveaux de préparation à la fabrication, les perspectives ne sont pas aussi bonnes, a-t-il ajouté.

Le bureau exécutif du programme des sous-marins stratégiques dispose d'une base de données d'environ 5 500 pièces qu'il suit. La communauté des navires de surface a un catalogue similaire. Six métaux différents – qu'il a refusé de nommer publiquement – ​​représentent la plupart de ces articles, dont beaucoup de vannes, de raccords et de fixations.

La Marine commence à acquérir des imprimantes 3D pour ces métaux lourds, a déclaré Sermon. Selon ses estimations, la technologie a le potentiel de réduire radicalement les délais de livraison des nouvelles pièces.

« Une réduction de 80 % du calendrier pour les composants dont nous avons besoin dans les chantiers navals, pour les composants dont nous avons besoin dans les nouvelles constructions, n'est pas irréaliste », a-t-il déclaré. Les estimations pour certains composants vont jusqu'à 95%, et d'autres dans la fourchette de 50 ou 60% selon le type de machine, a-t-il déclaré. "Mais en général, 80% n'est pas hors de question", a-t-il ajouté.

En octobre dernier, la Marine - et l'entrepreneur Austal USA - ont coupé le ruban du Centre d'excellence de la fabrication additive à Danville, en Virginie, qui a réuni tous les programmes connexes du service sous un même toit.

Le consortium qui y opère développera des recettes de pièces qualifiées qui passeront à l'industrie pour la production en série, selon un communiqué d'Austal USA. Il se concentrera également sur l'exploitation de la fabrication de pointe pour la production distribuée, en s'efforçant d'attirer de nouveaux entrants dans la base industrielle sous-marine tout en soutenant les fonderies de fonderie tournées vers l'avenir qui cherchent à adopter les processus pour renforcer leur volume de production.

Le centre attire déjà l'industrie dans la région.

En février, le fabricant d'additifs IperionX a annoncé qu'il s'associait à Carver Pump pour imprimer en 3D des composants de pompe en titane pour la Marine. Sa nouvelle installation sera située à environ 25 miles du hub de Danville de la Marine, a indiqué un communiqué de presse des sociétés.

Le titane est prisé par la marine pour son exceptionnelle résistance à la corrosion et est largement utilisé dans toutes les principales applications de pompes, avec des composants en titane généralement fabriqués via des méthodes de coulée de titane, indique le communiqué.

Carver concevra les composants de la pompe en titane, guidera IperionX dans le prototypage et dirigera la qualification de ces composants pour la Marine. IperionX fournira son imprimante 3D brevetée et ses poudres de titane. Une partie de la ferraille qu'il recyclera proviendra de la marine, a-t-il noté.

"Les [États-Unis] n'ont pas de capacité nationale pour fabriquer les gros moulages en titane nécessaires aux pompes centrifuges à haute performance", indique le communiqué.

Cela a entraîné de longs délais de livraison pour les nouveaux composants de pompe provenant d'une chaîne d'approvisionnement sous contrôle étranger qui exploite le titane métal à coût élevé et à forte intensité de carbone.

Sermon a déclaré que le centre d'excellence de la fabrication additive a commandé "un certain nombre" de machines d'impression 3D et que la première devait arriver à Danville en février. Les livraisons se poursuivront tout au long de l'année.

L'objectif est d'avoir des imprimantes 3D opérationnelles pour les six métaux les plus importants d'ici mars 2024 et de produire cinq pièces fabriquées de manière additive qui iront sur les sous-marins cette année, a-t-il déclaré.

Le centre effectuera également des recherches universitaires fondamentales qui sont encore nécessaires pour certains alliages d'acier qui ne sont pas encore prêts pour l'impression 3D, a-t-il ajouté.

"C'est un objectif agressif, je le reconnais, mais d'ici mars 2024, nous serons à maturité dans ces six matériaux et nous les mettrons sur des navires et des sous-marins", a-t-il déclaré.

Pendant ce temps, Naval Sea Systems Command a développé des processus de fabrication additive pour plus de 500 pièces approuvées utilisées dans les navires et les sous-marins.

Doug Arnold, directeur de la direction du génie maritime au Naval Sea Systems Command, a déclaré que la plupart des imprimantes à bord des sous-marins et des navires en mer utilisent des polymères plutôt que des métaux.

Les marins les ont utilisés pour tout imprimer, des poignées de porte cassées aux patchs sur les tuyaux.

Alors que quelques imprimantes métalliques sont sur des navires de la Marine, naviguer avec eux à bord est toujours à l'étude, a-t-il déclaré.

"C'est vraiment le niveau de préparation à la fabrication et la compréhension du niveau de risque que nous sommes prêts à accepter pour pouvoir mettre ces composants de fabrication additive métallique à bord d'un navire", a-t-il déclaré.

Et il y a la question de la certification de la fiabilité des pièces fabriquées en 3D. Il existe des volumes de données et d'informations sur les pièces métalliques forgées et coulées qui sont utilisées depuis des décennies, mais la fabrication additive est relativement nouvelle, a-t-il ajouté.

Un autre problème est le développement des ensembles de données techniques, a-t-il déclaré.

"Comment pouvons-nous nous assurer que les ensembles de données techniques sont corrects afin de nous assurer que nous obtenons les bons composants qui sont bons pour le navire, adaptés à l'usage, puis que nous puissions peut-être prendre ces ensembles de données et les rendre disponibles pour d'autres organisations ?" a-t-il déclaré, reconnaissant que certains fournisseurs voudront conserver leur propriété intellectuelle.

Sermon a déclaré: "Nous devons apporter notre fameuse, notre vraie rigueur technique incroyable et étonnante aux nouvelles technologies."

Le contre-amiral Jason Lloyd, ingénieur en chef et commandant adjoint de l'ingénierie et de la logistique des systèmes maritimes navals, a déclaré que les avantages potentiels de l'impression 3D de pièces métalliques à bord des navires en mer "sont tout simplement énormes".

La première imprimante 3D métal a embarqué à bord d'un navire de la Marine l'été dernier et la seconde embarquera bientôt à bord d'un navire amphibie.

"Nous sommes dans le cycle de la tempête, de la normalisation et de la performance. Nous sommes dans la" tempête "depuis de nombreuses années, et nous sommes maintenant dans la" normalisation "", a-t-il déclaré.

Si les marins ont besoin d'une pièce, ils peuvent contacter le Naval Surface Warfare Center Carderock dans le Maryland pour voir s'ils disposent du dossier de données techniques de la pièce. S'ils ne le font pas, les ingénieurs pourraient développer des paquets de données et les retransmettre au navire. Si le navire dispose de la même imprimante 3D, les marins peuvent créer la pièce en cours de route, a déclaré Lloyd.

Il a cité un incident récent où un navire en mer avec une imprimante polymère avait une fuite de tuyau critique et aucun moyen de la réparer. Les marins ont imprimé un patch en polymère qui a parfaitement fonctionné jusqu'à ce qu'ils puissent retourner dans un port et effectuer une réparation permanente.

"Nous avons des marins ingénieux là-bas. Et si vous mettez cette technologie entre leurs mains, ils iront courir avec", a déclaré Lloyd.

Arnold a déclaré que la prochaine étape est la formation. Il y a eu beaucoup de temps, d'efforts et de financements pour mettre les Naval Surface Warfare Centers au courant de la technologie de fabrication additive, mais peu de formation en termes de jeunes ingénieurs servant à bord des navires.

Sermon a déclaré que la poussée pour répandre la fabrication additive dans la marine devra venir du haut.

La Marine n'a pas eu de concurrent pendant de nombreuses années et n'a pas pris de risques. Mais ce n'est plus le cas, dit-il.

"Nous allons apprendre des leçons. Allons-nous faire des erreurs ? Absolument. Tout comme tout le monde fait des erreurs en développant des technologies antérieures, n'est-ce pas ? Mais nous allons le faire de la manière la plus sûre possible avec notre produit", a-t-il déclaré.

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