Fabrication additive dans le pétrole & gaz : la transition d’ExxonMobil vers le LMD pour les composants en titane
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L’industrie pétrolière et gazière exige une fiabilité rigoureuse des équipements. À la raffinerie ExxonMobil de Baton Rouge, en Louisiane, protéger les armoires électriques critiques contre la contamination par les fluides est essentiel. Cette étude de cas détaille la transition stratégique d’une fabrication soustractive conventionnelle vers la technologie de dépôt de métal laser (LMD) de Meltio, utilisant le système Meltio M600.
Elle montre également que le titane n’avait jamais été envisagé par ExxonMobil pour ses opérations de fabrication. Pourtant, grâce à la technologie Meltio, l’entreprise a découvert qu’il ne s’agissait pas seulement d’une solution réalisable, mais aussi économique — sans compromis sur la qualité ni la performance de la pièce.
La solution finale est née de la refonte d’un dispositif de protection contre la remontée capillaire d’huile (anti-wicking). Cette refonte a permis aux équipes d’ingénierie d’obtenir à la fois des améliorations structurelles et des économies de coûts significatives.
« Avant le wire-DED, nous n’avions jamais envisagé d’avoir des pièces en titane, car c’était très cher, mais après être passés à la technologie Meltio, nous avons découvert que c’était en fait assez abordable. »
1. Identifier le point de blocage
Le dispositif anti-wicking existant, conçu pour empêcher l’huile de remonter le long des fils de thermocouple jusque dans l’armoire d’instrumentation, souffrait de limites de conception et opérationnelles importantes.
- Capacité de fixation limitée : le support d’origine ne disposait d’aucun système de fixation dédié, reposant entièrement sur un conduit de raccordement pour soutenir le lourd contenant métallique malgré des vibrations industrielles continues.
- Temps d’arrêt opérationnel : le corps principal, une enceinte cylindrique rigide fabriquée par tournage et fraisage CNC conventionnels, empêchait toute intervention sur la plaque de séparation interne sans arrêt complet de la machine.
2. Passer au titane 64 : surmonter les contraintes métallurgiques et thermiques
La première décision a été de passer du matériau d’origine à un matériau plus efficace. Après avoir testé plusieurs options, le titane 64 a été retenu : plus léger et moins cher que le matériau d’origine, et déjà paramétré pour la technologie Meltio.
Adapter ces composants industriels lourds à la fabrication additive a néanmoins posé des difficultés métallurgiques et opérationnelles distinctes :
- Exigences atmosphériques : le titane 64 nécessite un environnement strictement inerte pour obtenir des propriétés microstructurales optimales. Générer cette atmosphère demande environ une heure et demie de temps machine pour éliminer l’oxygène avant impression.
- Contraintes thermiques : le titane exige un temps de couche minimal de sept minutes pour éviter la surchauffe, rendant la production standard d’une pièce unique inefficace en raison des temps d’attente excessifs.
- Défauts de dépôt : les premiers essais d’impression du corps principal ont révélé une oxydation de surface causée par une accumulation thermique localisée, ainsi qu’une surépaisseur de matière sur les ailettes de serrage latérales. De plus, les déplacements rapides pendant l’impression déplaçaient physiquement le corps principal non ancré, faisant perdre au laser sa mise au point.
« Les équipements de raffinerie doivent survivre à des conditions extrêmes et à des vibrations constantes. En redessinant le composant et en le verrouillant fermement en place pendant l’impression, nous avons créé une barrière en titane solide et étanche qui répond facilement aux normes de fiabilité strictes exigées par ExxonMobil. »
3. Fabrication additive stratégique : de l’outillage sur mesure au dépôt avancé
Les équipes d’ingénierie ont exploité le système Meltio M600 pour mener une refonte complète de la pièce, adaptée à l’impression 3 axes.
- Ingénierie de fixation sur mesure : pour maximiser l’efficacité de l’inertisation de la chambre, les ingénieurs ont fabriqué de manière additive une fixation sur mesure en SS-316Lsi déposé sur une plaque de base en SS304. Cet outillage a permis la production simultanée de quatre composants, augmentant naturellement les temps de repos entre couches et éliminant les problèmes d’oxydation de surface.
- Stratégies de dépôt avancées : le corps principal a été redessiné avec une limite de porte-à-faux de 75 degrés. Pour éviter des structures de support complexes, l’équipe a mis en œuvre une approche d’impression non planaire. Grâce aux fonctions de palpage du M600, la machine a exécuté un pointage tactile sur l’axe Z au point le plus bas du substrat, déposant les éléments directement sur la surface courbe. Le couvercle a également été redessiné pour intégrer des périmètres creux, spécifiquement conçus pour accueillir un joint silicone.
- Optimisation des paramètres : la surépaisseur de matière a été maîtrisée en réduisant significativement la puissance laser et la vitesse d’impression sur des zones localisées spécifiques. Pour éviter tout déplacement de la pièce lors des mouvements de déplacement hors extrusion, un serrage mécanique robuste a été ajouté des deux côtés de la fixation, verrouillant rigidement les composants dans leur système de coordonnées.
Réduction de 42 % des coûts et de 90 % du délai de production, obtenue par ExxonMobil grâce à la technologie Meltio.
4. Quantifier l’impact
- Efficacité financière : le coût unitaire de l’assemblage complet a diminué de 42 %.
- Compression des délais : le délai de production est passé d’une estimation de 4 à 6 semaines à exactement 58,8 heures.
5. Valider le LMD comme avenir de la fabrication de composants pétrole & gaz
Remplacer l’usinage CNC par la technologie LMD pour des composants en titane 64 offre une optimisation géométrique stricte et des retours financiers tangibles. En traitant des comportements thermiques spécifiques et en mettant en œuvre un montage intelligent par lots, ExxonMobil Baton Rouge a modernisé avec succès un dispositif de protection critique.
Cette réduction de 42 % du coût unitaire valide le LMD comme solution de fabrication hautement compétitive pour les environnements exigeants du secteur pétrolier et gazier.
« Abandonner l’usinage traditionnel a complètement changé notre économie de production. Nous avons réduit les coûts unitaires de 42 % et fait passer nos délais de six semaines à un peu moins de 60 heures, prouvant que la fabrication additive apporte une réelle valeur financière à l’industrie pétrolière et gazière. »
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