Groupe navalsociété française spécialisée dans le naval de défense, et Centrale Nantes école d’ingénieurs ont imprimé en 3D le premier démonstrateur de pale d’hélice creuse. Sirène, spin-off de Centrale Nantes et filiale de Naval Group, a piloté la conception de la pale. Il a été fabriqué à l’aide de la Arc métallique pour la fabrication additive (WAAM).

Les pales ont été produites dans le but de réduire l’impact environnemental des navires, dans le cadre de la Horizon 2020 (H2020) projet, RAMSSES (Réalisation et démonstration de solutions matérielles avancées pour des navires durables et efficaces).

L’objectif du programme collaboratif RAMSSES est de démontrer les avantages des solutions de matériaux avancés dans la construction navale pour des conceptions de navires éco-efficaces. Grâce au financement de la Commission européenne, Centrale Nantes et Naval Group portent le projet de réalisation de démonstrateurs d’hélices innovants pour améliorer les capacités opérationnelles des navires.

Patrice Vinot, Propeller Package Manager pour le projet RAMSSES, explique que « Bien que la fabrication additive soit de plus en plus présente dans l’industrie, la programmation et la conception de pièces complexes, comme les pales d’hélices pour les navires, représentent un enjeu considérable pour nos équipes et nos partenaires.

« Participer à des projets tels que RAMSSES et coordonner notre réseau de partenaires académiques et industriels nous permettra d’introduire durablement l’impression 3D dans les chantiers navals. »

Une image du démonstrateur de pale d’hélice. Photo via Naval Group.

Conception complexe à grande échelle rendue possible par WAAM

Le processus WAAM applique un bras de soudage robotisé qui utilise un faisceau de plasma à arc électrique sur une charge d’alimentation en fil métallique pour fabriquer des objets 3D. Ce processus a également la capacité d’imprimer sur des surfaces existantes telles que le centre d’une hélice.

Centrale Nantes et Naval Group utilisent notamment la fabrication additive métallique pour améliorer la propulsion des navires. Le procédé WAAM a permis la conception et la réalisation de pièces de grandes dimensions (hélices de 6 mètres de diamètre) à géométrie complexe, ce qui ne pouvait être réalisé jusqu’à présent avec les technologies de fabrication traditionnelles.

Le démonstrateur à pales creuses à l’échelle 1/3, représentatif d’une hélice de porte-conteneurs, a été imprimé en acier inoxydable en moins de cent heures, pour un poids d’environ 300 kg. Il sera testé contre la fatigue et la corrosion, les propriétés hydrodynamiques étant évaluées par simulation numérique.

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Sirenha a travaillé pour optimiser l’efficacité et l’endurance des pales, et a atténué le bruit rayonné et les vibrations, réduisant ainsi leur impact sur l’environnement.

Naval Group et Sirenha se sont appuyés sur les moyens et le savoir-faire de Centrale Nantes pour fabriquer les pales des hélices. L’école conserve une expertise en fabrication additive, ainsi qu’en génération de trajectoire, qui a contribué au développement de la lame.

Ce projet collaboratif de longue date s’inscrit dans le cadre du Laboratoire commun de technologie marine (JLMT), ouvert par Centrale Nantes et Naval Group en 2016. Le laboratoire commun vise à créer des innovations navales qualifiées pour une application dans la construction navale militaire.

« La fabrication additive s’est développée au cours des 35 dernières années sur la plateforme de fabrication rapide », a déclaré le professeur Jean-Yves Hascoët, responsable de la plateforme de fabrication rapide à Centrale Nantes. « Toutes ces années de recherche se concrétisent à travers un projet comme RAMSSES, qui représente un véritable transfert de nos technologies en milieu industriel.

Le creux à l'intérieur de la pale de l'hélice.  Photo via Naval Group.
Le creux à l’intérieur de la pale de l’hélice. Photo via Naval Group.

Utilisation du processus WAAM dans tous les secteurs

Naval Group et Centrale Nantes ont déjà collaboré pour fabriquer des pales d’hélices en utilisant également la technologie WAAM. Les deux établissements Impression 3D d’une pale d’hélice grandeur nature démonstrateur en juin 2018 alors que le projet était dans sa phase de preuve de concept. Le projet a démontré les capacités du procédé WAAM à produire des pièces volumineuses et élaborées.

La technologie WAAM a été utilisée pour fabriquer auparavant une autre pale d’hélice, ainsi que d’autres productions à grande échelle. La Groupe Damen Shipyardsbasé aux Pays-Bas, travaillait sur Imprimer en 3D une hélice de remorqueur en utilisant le procédé WAAM.

En dehors de l’industrie maritime, des hélices en particulier, WAAM a été mis en œuvre par le fabricant français d’aérostructures STELIA Aéronautique pour fabriquer des panneaux en aluminium qui peuvent être utilisés pour construire un fuselage d’avion.

Le WAAMpeller exposé.  Photo via Damen Shipyards Group
Le WAAMpeller exposé. Photo via Damen Shipyards Group

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