De huit mois à neuf semaines : KSB accélère la production de roues à aubes grâce à la fabrication additive
Grâce à la technologie EOS M 400-4, KSB a fabriqué et livré 14 ébauches de roues en alliage 625 en neuf semaines, en s'appuyant sur des procédés de fabrication additive certifiés par DNV.
Plus de 20 ans d'expérience dans la fabrication additive
KSB figure parmi les principaux fabricants mondiaux de pompes et de vannes, avec une présence dans plus de 150 pays. Forte de plus de vingt années d’expérience dans le domaine de la fabrication additive, l’entreprise a inauguré en 2018 son Centre de Fabrication Additive à Pegnitz, en Allemagne, afin de mettre cette expertise au service d’autres industriels. Ce centre maîtrise l’ensemble de la chaîne de valeur, depuis la sélection des matériaux et la conception des composants jusqu’à leur fabrication qualifiée. Grâce à son offre Parts on Demand, KSB produit également des pièces sur mesure, des prototypes, des petites séries ainsi que des pièces de rechange de roues de pompe répondant aux exigences spécifiques de ses clients. Cette approche permet de fabriquer les composants uniquement lorsqu’ils sont nécessaires, contribuant ainsi à réduire les délais de livraison et à limiter les besoins en stocks physiques de pièces de rechange.
L'expérience de KSB ne se limite pas à la production. L'entreprise a été le premier fabricant à obtenir la certification TÜV pour la fabrication additive de composants soumis à la directive européenne relative aux équipements sous pression. Ses installations d'FA s ont également reçu un certificat de qualification des installations délivré par DNV. Pour la gamme de pièces de roues, KSB détient une qualification de fabricant conforme aux normes DNV-SE-0568 et DNV-ST-B203 au niveau AMC 3.
Défi
Lors de la révision de deux pompes multicellulaires haute pression à corps annulaire, KSB devait fournir 14 roues destinées à une application exigeante dans le secteur du pétrole et du gaz, impliquant une exposition à l’eau de mer. Les roues devaient donc allier des performances mécaniques fiables à une excellente résistance à la corrosion. Dans un premier temps, leur fabrication était envisagée par la voie traditionnelle de la fonderie. Cependant, le délai de réalisation estimé pour cette solution était compris entre six et huit mois. Pour l’exploitant, ce délai était incompatible avec les contraintes opérationnelles du projet.
Le défi ne consistait pas uniquement à fabriquer plus rapidement la géométrie requise. Le matériau et le procédé de fabrication devaient également répondre aux exigences d'une application industrielle très exigeante. KSB avait donc besoin d'une solution capable de fournir les roues nécessaires dans des délais nettement plus courts, tout en garantissant la fiabilité du processus et le niveau de qualification requis.
L'impression 3D industrielle offrait une alternative à l'attente de plusieurs mois pour obtenir des pièces moulées. Contrairement aux méthodes de production traditionnelles, elle a également permis à KSB de fabriquer les ébauches de roues directement à partir de données de production numériques, en utilisant un système et un processus validés en interne.
Solution
KSB a produit 14 ébauches de roues sur une machine EOS M 400-4 homologuée. Ce système a permis à KSB de fabriquer ces composants métalliques de grande taille dans les délais impartis et conformément à ses processus de fabrication additive établis.
Chaque roue avait un diamètre de 409 mm. Le temps de fabrication d’un seul composant était d’environ 76 heures. Pour ce projet, KSB a retenu l’Alliage 625, un alliage à base de nickel offrant une excellente résistance à la corrosion en milieu marin et particulièrement adapté aux environnements d’exploitation agressifs et corrosifs. Pour cette application, KSB a obtenu un certificat de qualification d’installation DNV de niveau AMC 3 pour l’alliage 625. La famille de pièces de roue est couverte par la qualification de fabricant de KSB conformément aux normes DNV-SE-0568 et DNV-ST-B203 au niveau AMC 3.
Le processus de qualification comprenait des essais de fatigue comparant l’alliage 625 fabriqué par impression 3D à de l’acier duplex moulé. Les résultats ont mis en évidence une meilleure résistance à la fatigue du matériau fabriqué de manière additive par rapport au matériau issu de la fonderie. De plus, l’alliage 625 offrait une meilleure résistance à la corrosion, de meilleures propriétés mécaniques et une plus grande précision géométrique que la solution moulée précédente.
La résistance à la corrosion par l'eau de mer revêtait une importance particulière. Dans les applications pétrolières et gazières exposées à l'eau de mer, la corrosion peut affecter la durabilité des composants et, à terme, la disponibilité des équipements environnants. Le matériau sélectionné et le procédé de fabrication additive validé ont donc permis de répondre à la fois au besoin immédiat de réduire les délais de livraison et aux exigences à long terme de l'application.
La technologie Smart Fusion d'EOS a été utilisée dans le cadre du processus de fabrication. Cette solution a contribué à la stabilité du processus en permettant de réduire les déformations et le recours à des structures de soutien pendant la production. Son utilisation a été intégrée au processus de fabrication global de KSB, l'EOS M 400-4 restant la plateforme de production principale pour les ébauches de roues.
"Pour moi, l’ EOS M 400-4 se distingue par la grande qualité de son procédé et l’excellente synergie entre le matériau et le procédé, qui simplifient considérablement le processus de certification tout en garantissant des résultats fiables."
Stephan Braun, responsable du développement commercial pour la fabrication additive – Parts On Demand, KSB
Résultats
KSB a fabriqué et livré les 14 ébauches de roues en l’espace de neuf semaines, réduisant ainsi le délai de livraison prévu, qui était de six à huit mois pour une pièce moulée classique. Cela a permis au client de procéder à la révision de sa pompe sans devoir attendre plusieurs mois supplémentaires pour recevoir les composants moulés.
La réalisation de cette commande a démontré que KSB était capable de mettre à profit sa vaste expérience en fabrication additive pour répondre de manière qualifiée à un besoin urgent en pièces de rechange. Les roues en Alliage 625 ont apporté la résistance à la corrosion nécessaire pour une application pétrolière et gazière exposée à l’eau de mer, tandis que la plateforme EOS M 400-4 a permis à KSB de fabriquer, dans les délais impartis, des composants de grand format avec un diamètre de 409 mm. Mais l’intérêt de ce projet ne réside pas uniquement dans la réussite d’une intervention ponctuelle. La livraison réussie a répondu aux exigences du client et a donné lieu à une commande supplémentaire.
En associant l’expertise de KSB en matière d’applications et de procédés aux capacités de production de l’ EOS M 400-4, ce projet démontre comment l’impression 3D dans le secteur de l’énergie peut constituer une solution de fabrication qualifiée pour les pièces de rechange critiques lorsque les délais de fabrication conventionnels sont trop longs.
