Quel est le besoin/la problématique exprimé(e) ?
L’intensification des procédés – c’est-à-dire, leur amélioration par réduction de l’empreinte environnementale, par augmentation de l’efficacité et de la compétitivité - représente un enjeu croissant dans un contexte où le développement durable est au centre des préoccupations.
Air Liquide cherche à répondre à cette problématique, notamment pour la production d’hydrogène. Il s’agit de proposer aux utilisateurs de nouveaux réacteurs et échangeurs de chaleur plus petits, plus efficaces, moins polluants et moins chers.
Pourquoi une technologie de Fabrication Additive a-t-elle été envisagée ?
Les équipements intensifiés nécessitaient un temps de développement long. Ils s’étaient en outre révélés difficiles à réaliser avec des procédés de fabrication standards, tels que les assemblages soudés (brasage ou soudage diffusion), qui peuvent contraindre le design des pièces. La fabrication additive a permis d’envisager plus rapidement la production d’équipements plus compacts et de les doter de structures internes complexes, pensées, par exemple, dans les 3 dimensions de l’espace. Au lieu de réunir plusieurs composants fabriqués séparément, cette solution offrait la possibilité d’intégrer l’ensemble en une seule pièce. Le nombre d’étapes et d’intervenants s’en trouvait réduit et la réactivité, déjà boostée par l’utilisation d’une chaîne de fabrication totalement digitale, augmentée.
Quel était le challenge / la difficulté à résoudre ?
Trois principaux challenges ont été identifiés.
Tout d’abord, il était nécessaire de concevoir de nouveaux outils de dimensionnement, qui tiennent notamment compte de la liberté de design offerte par la fabrication additive.
Par ailleurs, il n’existait pas de code de construction intégrant cette technologie. Il fallait donc démontrer que cette dernière pouvait bien être utilisée.
Enfin, le bon développement du projet impliquait de trouver une solution pour optimiser les performances des machines existantes dont la capacité et la productivité pouvaient représenter une limitation.
Quelles solutions ont été retenues et pourquoi ?
Pour répondre au challenge est né le projet FAIR (Fabrication additive pour intensification des réacteurs) qui réunit industriels et acteurs académiques français. Il a bénéficié du soutien de Bpifrance dans le cadre des projets de R&D structurants pour la compétitivité (PSPC). Des outils de dimensionnement adaptés ont ainsi pu être développés. Les paramètres de fabrication sur les machines du marché ont été optimisés, tant sur la paramétrie laser - puissance, taille faisceau, écarts vecteurs - que sur les réglages machines - inertage, épaisseur de couche, pour atteindre des productivité et capacité inégalées.
Enfin, grâce à un suivi normatif, les réacteurs produits par fabrication additive pourront être, dès les premiers, certifiés conformes par la Directive des équipements sous pression.
Avec quels bénéfices client ?
Cette réponse technologique innovante permet de réduire les coûts et délais de fabrication des échangeurs thermiques et réacteurs intensifiés. De plus, l’usage de cette solution, dédié par Air Liquide à la production d’hydrogène, a été testé expérimentalement : il a été démontré que l’application intensifiée ainsi conçue voyait son impact environnemental réduit et son efficacité globale augmentée.
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