La fabrication additive à arc linéaire appartient à la catégorie de l’impression 3D par dépôt d’énergie dirigé. La technologie DED est une technologie d’impression 3D métal qui implique le dépôt de matériaux métalliques sous forme de poudre ou linéaire via une buse montée sur un bras multi-axes. Une source d'énergie focalisée, c'est-à-dire un laser, un faisceau d'électrons ou un plasma, est utilisée pour faire fondre le matériau au fur et à mesure de la construction de la pièce couche par couche. Dans le cas du WAAM, l’arc est utilisé comme source de chaleur, inspiré du soudage à l’arc.
La technologie WAAM repose sur le principe de diverses technologies de soudage automatique utilisant des systèmes robotisés : gaz inerte métallique ou gaz actif métallique, gaz inerte tungstène ou fil de soudage à l'arc plasma. Il existe également le procédé de soudage par transfert de métal à froid, dérivé du MIG, créé par Vonens en 2004. Tous les types de métaux sont compatibles avec le WAAM. Il s'agit notamment des alliages de titane, d'aluminium, de nickel et d'acier.
Comme pour les autres procédés DED, la fabrication additive fil-arc est souvent utilisée pour réparer des équipements et copier des pièces qui ne sont plus produites afin d’entretenir d’anciennes machines. Cependant, cette technologie peut également être utilisée pour fabriquer des pièces complètes. La fabrication additive à l’arc filaire est particulièrement adaptée aux secteurs de l’aérospatiale, de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’énergie et de la défense. Il est utilisé pour la fabrication de prototypes, de moules, de pièces individuelles et de petites séries. Cependant, son application dans la production de masse est encore à l’étude, bien qu’elle soit particulièrement adaptée à la fabrication de grandes pièces métalliques.
Dans le secteur aérospatial, par exemple, Naval Group utilise la technologie de fabrication additive à arc linéaire pour fabriquer les hélices du navire de chasse aux mines. Dans le secteur de l'énergie, Vallourec a réalisé la première bague d'étanchéité par fabrication additive fil arc pour assurer la sécurité de la centrale hydroélectrique d'EDF Hydro, d'un diamètre de 1 mètre et d'un poids de 100 kg. Dans le domaine de la robotique, MX3D a également utilisé cette technologie pour produire des connecteurs de charpente en acier. MX3D utilise également un additif pour arc filaire pour fabriquer des connecteurs de tuyaux pour l'industrie pétrolière et gazière, ainsi que des engrenages et des composants personnalisés pour les grandes machines. MX3D a même construit un pont à Amsterdam en utilisant un procédé de fabrication additive fil-arc ! De plus, Relativity Space a utilisé cette technologie pour construire le lanceur léger Terran 1. La production de moules industriels en plastique est une autre application courante.
L’impression 3D par fabrication additive à arc linéaire présente de nombreux avantages. Premièrement, la vitesse d’impression est rapide, ce qui a un impact positif sur le temps de production. Le coût est également inférieur à celui des machines utilisant la technologie de fusion sur lit de poudre, notamment la fusion sélective au laser. La technologie de fabrication additive à arc filaire se distingue également par sa capacité à produire des pièces de très grandes dimensions. Comme mentionné précédemment, une variété de métaux compatibles sont également disponibles.
Le procédé de fabrication additive fil-arc a également ses limites. Parce qu'elle permet des vitesses d'impression plus rapides, les détails et la précision dimensionnelle de la pièce sont moins reproduits par rapport à la technologie de fusion sur lit de poudre. Les pièces fabriquées à l'aide de techniques de fabrication additive à arc linéaire peuvent présenter des défauts tels que des pores internes qui réduisent les propriétés mécaniques de la pièce, tant statiques que de fatigue. Cela est particulièrement vrai pour les pièces en aluminium.
Les contraintes résiduelles sont une autre anomalie pouvant survenir dans la technologie WAAM. Ils peuvent entraîner une déformation de la taille et/ou de la forme des pièces, notamment par sertissage, déformation ou superposition. Tous ces phénomènes sont caractérisés par les couches des pièces imprimées, qu'elles soient supérieures, inférieures, ou dans le cas d'une superposition, une déformation de toutes les couches. Ces déformations sont provoquées par des températures de fonctionnement très élevées et par les propriétés techniques du matériau. Lorsque des forces sont appliquées à une pièce, elles entraînent une mauvaise tenue de la pièce.
Afin de limiter l’apparition de ces défauts, il est nécessaire de comprendre tous les paramètres de fabrication additive à l’arc filaire afin de les paramétrer au plus juste. Cela garantira un dépôt constant de métal en fusion ainsi qu’une chaleur constante. La vitesse de déroulement, la vitesse d'alimentation, le courant, la tension, l'épaisseur de la couche, le débit du gaz de protection et l'espacement des électrodes sont tous des facteurs clés pour garantir un fonctionnement fluide.
Cependant, il existe également des solutions techniques permettant d’atténuer ces anomalies. Il s'agit notamment de l'écrouissage ou du laminage. Cette méthode consiste à appliquer une pression sur le cordon de soudure avec un rouleau pendant la phase de refroidissement. Cela réduit la porosité. Afin de réduire les contraintes résiduelles, le matériau peut être préchauffé. Notez que certains matériaux et alliages sont plus sujets à la fissuration ou au délaminage que d’autres, comme les alliages aluminium-cuivre, aluminium-titane et aluminium-fer.
Comme pour les autres technologies de fabrication additive, une quantité importante de post-finition est nécessaire. Le post-traitement est effectué à l'aide de techniques de traitement traditionnelles. Dans certaines applications de fabrication additive à fil métallique, un deuxième robot peut être utilisé pour le traitement au stade de l’impression.
Les fabricants d'imprimantes 3D utilisant la technologie de fabrication additive à arc linéaire comprennent Prodways, dont les imprimantes 3D utilisent le procédé TIG de fabrication additive à arc linéaire, Norsk Titanium et son processus interne de dépôt plasma rapide, GEFERTEC, MX3D, WAAM3D et Lincoln Electric, entre autres.
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