Dans la raffinerie d’ExxonMobil à Baton Rouge, en Louisiane (Etats-Unis), la lutte contre les contaminations de fluides sur les équipements sensibles a conduit à repenser un composant clé grâce à la fabrication additive. En s’appuyant sur le savoir-faire du spécialiste espagnol Meltio, le groupe pétrolier a substitué l’usinage traditionnel par l’impression 3D métal, au prix d’une refonte complète de la conception et des procédés.

À la raffinerie ExxonMobil de Baton Rouge, en Louisiane (Etats-Unis), une des préoccupations majeures est de protéger les panneaux des systèmes critiques contre la contamination par les fluides. Destiné à protéger les machines, le dispositif « antiremontée » existant, conçu pour empêcher l’huile de remonter le long des fils des thermocouples jusqu’à l’armoire de l’instrument, souffrait d’importantes limitations en termes de conception et de fonctionnement, rapporte Meltio, le constructeur espagnol de solutions d’impression 3D métal, partenaire du projet.

Des premiers essais peu concluants

La première décision a consisté à abandonner le matériau d’origine au profit d’un autre plus performant et plus efficace. « Après avoir examiné et testé plusieurs options, le choix s’est porté sur le titane 64 : il s’agit d’un matériau plus léger et moins coûteux que celui d’origine, et qui est déjà paramétré pour la technologie Meltio », explique celui qui a fourni au groupe pétrolier américain son système de dépôt de métal par laser (LMD) M600 pour réaliser la refonte complète de la pièce.

Les premiers essais de fabrication du corps principal ont révélé des défauts de dépôt, avec une oxydation de surface causée par une accumulation thermique localisée, ainsi qu’un excès de matière sur les ailes de serrage latérales. De plus, les mouvements rapides pendant l’impression ont déplacé physiquement le corps principal non ancré, provoquant une perte de mise au point du laser, a pu constater l’équipe en charge du projet.

Repenser la conception du composant

« En repensant la conception du composant et en le fixant solidement pendant le processus d’impression, nous avons créé une barrière en titane solide et étanche qui répond sans difficulté aux normes de fiabilité strictes exigées par ExxonMobil », témoigne José Luis Sánchez, directeur général de Meltio.

Afin d’optimiser l’efficacité de l’inertage de la chambre, les ingénieurs ont fabriqué par impression 3D une fixation sur mesure, en déposant de l’acier inoxydable SS-316LSi sur une plaque de base en SS304. Cet outillage a permis la production en série de quatre composants simultanément, « augmentant naturellement les temps de pause entre les couches et éliminant les problèmes d’oxydation de surface », souligne Meltio.

Le corps principal a été repensé avec une limite de surplomb de 75 degrés. Afin d’éviter des structures de support complexes, l’équipe a mis en œuvre une approche d’impression non plane. Grâce à ses fonctions de palpage, la M600 a effectué un palpage de l’axe Z au point le plus bas du substrat, déposant ainsi les éléments directement sur la surface courbe. Le couvercle a également été repensé afin d’intégrer des contours creux spécialement conçus pour accueillir un mastic silicone.

Coût unitaire réduit

Afin d’atténuer la surcroissance de matière, la puissance du laser et la vitesse d’impression ont été réduites « considérablement », dans des zones localisées spécifiques. Et pour empêcher tout déplacement de l’espace de travail pendant les mouvements hors extrusion, un système de serrage mécanique robuste a été ajouté des deux côtés du dispositif de fixation, « verrouillant rigoureusement les composants dans leurs systèmes de coordonnées », note le constructeur de Linares, en Andalousie.

En abandonnant l’usinage traditionnel, le raffineur a transformé la rentabilité de sa production : le coût unitaire de l’ensemble complet a été réduit de 42 %, les délais de production estimés de 4 à 6 semaines sont passés à un peu plus de 58 heures.