La définition des exigences industrielles et l’étude numérique d’un nœud structural figurent parmi les résultats de la phase initiale du projet, qui prépare de nouvelles applications de la fabrication additive métallique dans des composants de grandes dimensions.
POÇO a participé à la définition des exigences fonctionnelles et industrielles du cas d’étude des structures métalliques du projet MultiscaleDED. Les travaux se sont inscrits dans la phase d’analyse et de spécification, achevée en mars 2026, et ont permis d’établir une base technique pour le développement de composants et d’assemblages structuraux au moyen de procédés de fabrication additive.¹
Parmi les résultats de cette phase figurent la définition des besoins des secteurs d’application, l’analyse des stratégies de dépôt, l’identification des matériaux candidats et la spécification des cas d’étude. Dans le domaine des structures métalliques, une étude numérique d’optimisation d’un assemblage tubulaire a également été réalisée et a permis d’identifier une configuration prometteuse pour un développement ultérieur.¹ ²
Des besoins industriels à l’étude d’un assemblage structural
Le cas d’étude des structures métalliques porte sur un assemblage entre profilés tubulaires, représentatif d’un nœud de treillis. L’analyse a concerné la géométrie de l’assemblage, la transmission des efforts, les conditions d’exécution et l’utilisation efficace du matériau.²
L’une des difficultés identifiées concerne l’application du dépôt à l’arc submergé sur des surfaces courbes. Dans ce procédé, le flux granulaire de soudage doit rester dans la zone de dépôt, de sorte que la géométrie du composant et son orientation conditionnent la stabilité et la faisabilité de la fabrication.²
Pour répondre à cette limitation, une configuration d’assemblage entre trois profilés tubulaires circulaires a été proposée. Cette géométrie a servi de base à une étude d’optimisation topologique de la région centrale du nœud, en vue de la rendre compatible avec une stratégie hybride de fabrication additive.²
L’optimisation topologique permet d’étudier la répartition du matériau dans un domaine défini, en fonction des sollicitations et des contraintes prises en compte. Il s’agit d’une approche de conception structurale qui vise à identifier des géométries adaptées aux objectifs de performance et qui peut intégrer des limitations de volume et d’autres exigences de conception.³
Une configuration prometteuse identifiée par simulation
L’étude numérique présentée dans la documentation du projet a été réalisée dans Abaqus, en considérant la région massive du nœud comme domaine d’optimisation. Différentes contraintes de volume ont été analysées afin de minimiser l’énergie de déformation dans les conditions de chargement et d’appui définies dans le modèle.²
Parmi les configurations évaluées, la solution correspondant à une fraction volumique proche de 40 % a été identifiée comme la plus prometteuse pour un développement ultérieur. Cette valeur se rapporte à la quantité de matériau admissible dans le domaine numérique d’optimisation ; elle ne représente pas une réduction de poids déjà démontrée dans un composant fabriqué ou une structure complète.²
L’étude a également mis en évidence la nécessité d’étapes supplémentaires de réingénierie et d’optimisation de forme, destinées à adoucir la géométrie, à réduire les concentrations de contraintes et à préparer le composant pour la fabrication. Le résultat obtenu est donc une configuration numérique de référence, qui doit encore être perfectionnée et faire ensuite l’objet d’une validation expérimentale.²
Trois procédés de dépôt, une approche multi-échelle
Parallèlement aux cas d’étude, le consortium a achevé l’analyse des stratégies de fabrication et de la complémentarité entre trois procédés de dépôt métallique. L’approche définie associe le dépôt à l’arc submergé, WAAM-SAW, aux régions à fort volume ; le procédé WAAM-GMAW, fondé sur un arc électrique sous protection gazeuse, aux composants et régions de dimensions intermédiaires ; et le dépôt laser, LMD, aux zones exigeant davantage de détail, de revêtement ou de précision.¹
Cette répartition vise à concilier productivité, flexibilité géométrique et précision en fonction des besoins de chaque région du composant. Dans la littérature scientifique, la fabrication additive par fil et arc est présentée comme une approche prometteuse pour les composants métalliques de moyennes et grandes dimensions, en raison de ses taux de dépôt et de la possibilité de réduire le gaspillage de matériau par rapport à certaines voies de fabrication conventionnelles.⁴
Dans MultiscaleDED, cette phase a abouti à la définition de l’architecture fonctionnelle et des exigences préliminaires d’intégration. Les besoins en matière d’alimentation, de confinement et de récupération du flux, d’élimination automatique du laitier entre les couches, de refroidissement actif, de génération des trajectoires et de surveillance du procédé ont été spécifiés. L’intégration physique et la validation de la plateforme restaient à réaliser à la fin de la période couverte par le rapport.¹
Matériaux, contrôle thermique et critères de validation
Les travaux ont inclus l’identification de familles de matériaux candidates, notamment les aciers au carbone et les aciers de construction, les aciers inoxydables et les alliages d’aluminium, en fonction des applications envisagées dans le projet. Les relations entre les paramètres de dépôt, les cycles thermiques, la géométrie, la microstructure et les propriétés mécaniques ont été analysées, de même que les exigences relatives à la production de matériaux présentant des propriétés différenciées dans certaines régions du composant.¹
Ce lien entre procédé, structure métallurgique et propriétés constitue également un thème central de la recherche internationale sur la fabrication additive métallique. La littérature souligne la nécessité de comprendre les mécanismes physiques et métallurgiques en jeu afin d’orienter le choix des matériaux et le développement des conditions de fabrication.⁵
Pour les cas d’étude, les fonctions des composants, les conditions de service, les modes de défaillance pertinents, les besoins de post-traitement et les critères préliminaires d’inspection et de validation ont été identifiés. POÇO a contribué spécifiquement à la définition des exigences fonctionnelles et industrielles des structures métalliques, tandis que l’Universidade de Coimbra a assuré l’analyse technico-scientifique des procédés, des matériaux et des méthodes d’optimisation.¹
Des résultats qui orientent les prochaines étapes
La phase d’analyse et de spécification a donné lieu à trois livrables techniques : un rapport sur les stratégies de fabrication et l’analyse des procédés de dépôt ; un rapport sur les matériaux et les exigences relatives aux gradients fonctionnels ; et un rapport de spécification des cas d’étude concernant les moules et les outils, les structures métalliques ainsi que les composants maritimes et navals. Les jalons relatifs à la définition des défis scientifiques et technologiques et à la définition détaillée des cas d’étude ont également été atteints.¹
Ces résultats établissent les bases du développement des sous-systèmes, du perfectionnement des géométries, de la préparation des démonstrateurs et de l’évaluation expérimentale ultérieure des solutions. À ce stade, les avancées documentées portent sur la spécification technique, la définition des applications industrielles et l’étude numérique, et ne constituent pas encore une démonstration des performances des composants finaux.¹ ²
La participation de POÇO a permis d’intégrer les besoins des structures métalliques dans les travaux de recherche du consortium, contribuant ainsi à orienter le développement technologique vers des applications industrielles concrètes.¹
À propos du projet
MultiscaleDED est dirigé par AGIX et réunit POÇO, PENIMAR, Plácido Roque, Universidade de Coimbra, SEAPOWER et Incentahead. Le projet doit se dérouler du 1er juillet 2025 au 30 juin 2028, sous le code d’opération COMPETE2030-FEDER-02304300.¹
Projet cofinancé par l’Union européenne, dans le cadre de COMPETE 2030 et de Portugal 2030.
Image illustrative générée numériquement : représentation conceptuelle de la fabrication additive métallique et de l’optimisation structurale. Elle ne correspond ni à un prototype fabriqué ni à un résultat de simulation du projet.
Notes et références
¹ Documentation du projet. Consórcio MultiscaleDED. 1.º Relatório Técnico-Científico Anual — período de 01/07/2025 a 30/06/2026. Documento RTC-S2-A1_MultiDED_VF, 2026, pp. 4–12 e 18–21.
² Cas d’étude structural. Consórcio MultiscaleDED. Entregável E1.3 — Relatório do estado da arte, desafios e definição das especificações técnicas e funcionais para os casos de estudo em tooling, estruturas metálicas e componentes marítimos/navais. 2026, secção 4.2, pp. 33–37 do entregável.
³ Optimisation topologique. Sigmund, O.; Maute, K. “Topology optimization approaches: A comparative review”. Structural and Multidisciplinary Optimization, 48(6), 1031–1055, 2013. DOI: 10.1007/s00158-013-0978-6.
⁴ Fabrication additive par fil et arc. Williams, S. W.; Martina, F.; Addison, A. C.; Ding, J.; Pardal, G.; Colegrove, P. “Wire + Arc Additive Manufacturing”. Materials Science and Technology, 32(7), 641–647, 2016. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000073.
⁵ Procédés, matériaux et propriétés. DebRoy, T.; Wei, H. L.; Zuback, J. S.; Mukherjee, T.; Elmer, J. W.; Milewski, J. O.; Beese, A. M.; Wilson-Heid, A.; De, A.; Zhang, W. “Additive manufacturing of metallic components — Process, structure and properties”. Progress in Materials Science, 92, 112–224, 2018. DOI: 10.1016