La fabrication additive, en tant que technologie de fabrication industrielle commercialement viable, progresse dans la foulée de la tendance mondiale en faveur de la production à la demande, de la personnalisation, et parce qu'il est nécessaire de gagner du temps, de l'argent et d'économiser les matériaux. Qu'il s'agisse de fabriquer des pièces en plastique ou en métal, certaines matières premières, comme les poudres, les résines ou les filaments, sont hygroscopiques : elles retiennent l'humidité de l'air ambiant. Si une matière première contient un niveau élevé d'humidité, ses propriétés chimiques peuvent changer, ce qui aura potentiellement un impact négatif sur la qualité des produits finaux.

Fabrication additive métallique
La fabrication additive de pièces en métal commence à se développer, car elle offre de nouvelles solutions par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles. De nouvelles formes et techniques, auparavant très coûteuses voire impossibles à concevoir à l'aide des méthodes de moulage et d'usinage classiques, sont maintenant à portée de main. Les produits fabriqués avec une imprimante 3D sont bien plus légers tout en étant aussi solides (voire plus solides) que les produits équivalents produits à l'aide des méthodes conventionnelles. Ces caractéristiques sont particulièrement appréciées dans l'aéronautique, où les tolérances sont extrêmement serrées, car chaque gramme de métal gagné se traduit par d'énormes économies dans l'analyse du cycle de vie des produits.

Autre avantage notable de l'impression 3D métallique : les vitesses d'impression et de production sont décuplées. Cette technologie est déjà en train de remettre en cause les méthodes de fabrication traditionnelles dans la production de masse. La capacité à reproduire des produits de haute qualité est essentielle dans la production de masse et dans les applications de destination critiques telles que l'aérospatial, l'automobile ou le secteur médical. 

À de nombreuses étapes de la chaîne de fabrication, l'humidité joue un rôle important. Par conséquent, pour assurer une qualité homogène, il est crucial de veiller à ce que les conditions soient stables sur toute la chaîne de production dans les installations. La température et l'humidité doivent être contrôlées dans les installations de fabrication et de stockage des équipements et des matériaux pour garantir un produit de haute qualité. 

La fabrication additive de haute qualité exige des matières premières de qualité supérieure. Les matériaux en poudre, telles que les alliages d'aluminium ou de titane utilisés dans les process de fusion sélective par laser, sont sensibles à l'humidité dans l'air ambiant. Si la poudre retient une trop grande quantité d'eau, ses caractéristiques chimiques peuvent changer considérablement, ce qui affecterait la qualité de l'impression. Toutes les conditions de stockage, à l'intérieur ou à l'extérieur de l'imprimante, doivent être soigneusement surveillées si l'on veut être certain que les matières premières respectent les spécifications du fabricant.

Pour ce qui est des métaux, quelle que soit la méthode d'impression 3D utilisée, le process de fusion ou de frittage permet de fusionner la poudre métallique à la pièce solide. Ce frittage doit se faire dans un environnement inerte dont les niveaux en oxygène et en humidité sont faibles. Cet environnement peut être extrême pour les appareils de mesure, mais les conditions peuvent également être surveillées indirectement en mesurant le point de rosée des gaz en entrée et en sortie.

Fabrication additive plastique
On sait bien que plastique et humidité ne font pas bon ménage. Beaucoup de polymères étant hygroscopiques, ils retiennent l'humidité dans l'air ambiant. En tant que fabricant, vous ne souhaitez pas que les propriétés de vos matières premières changent, elles doivent rester aussi homogènes que possible. Ceci passe par un contrôle de haute qualité de l'humidité sur toute la chaîne de production, de la fabrication du filament à l'impression 3D.

La technologie Fused Filament Fabrication (FFF), également connue sous le nom de dépôt de fil fondu ou Fused Deposition Modeling (FDM), utilise un filament thermoplastique extrudé dans la buse d'impression couche par couche. De nombreux types de polymères, comme l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène), le PLA (acide polylactique) ou le PA (polyamide, plus connu sous l'appellation de nylon), servent à fabriquer ces filaments. Tous ces polymères sont capables de retenir l'eau dans des quantités qui varient selon leur type et l'humidité relative présente dans l'air ambiant. Les effets provoqués par l'humidité dépendent aussi du matériau. 

Certains matériaux, comme l'ABS, peuvent supporter des concentrations en humidité relativement élevées sans impact sur leur solidité, mais des problèmes peuvent survenir lors de l'extrusion. Si l'ABS est chauffé à plus de 200 °C, l'humidité absorbée s'évapore et se transforme en vapeur. La qualité d'impression en est affectée puisque la vapeur a un impact sur le flux de matériau. Certains matériaux, comme le PA (nylon), subissent une hydrolyse. Cela signifie que des molécules d'eau endommagent les chaînes du polymère lors de l'extrusion et le matériau perd sa force de tension.

Conclusion
Que vous fabriquiez des pièces en métal ou en plastique, vous devez contrôler drastiquement les conditions de toutes les pièces dans votre installation. Pour éviter les problèmes de qualité de production causés par l'humidité, vous avez besoin de mesures fiables. 

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Les exigences de test de différents produits, matériaux et composants peuvent varier considérablement en fonction de l'application prévue et d'autres critères de performance. Les usages finaux exigeants tels que les périphériques mobiles et automobiles nécessitent des composants testés en profondeur pour confirmer leur fiabilité et leur sécurité. Les tests sont généralement effectués  dans des enceintes  climatiques. L’enceinte  climatique utilisée pour tester doit être capable de répliquer avec précision les conditions climatiques extrêmes requises. La répétitivité est un autre facteur important pour garantir que tous les lots testés sont soumis exactement aux mêmes conditions.

A l'heure de passer d'une configuration de test standard à une configuration extrême, il est essentiel que le contrôle soit précis et pour qu'il le soit, les mesures doivent être exactes, même dans des conditions présentant de la condensation. Les équipements de mesure type de l'humidité ne peuvent pas s'adapter aux conditions présentes à l'intérieur d'une enceinte  climatique, car lorsque le capteur est humide, il nécessite du temps pour sécher avant de recommencer à prendre des mesures précises. Cependant, l'utilisation d'un module de mesure doté de la technologie de sonde chauffée garantit un contrôle précis des conditions à l'intérieur de l’enceinte , même lors des tests les plus exigeants, tels que les tests de cycle de rosée et les tests HALT (Highly Accelerated Life Testing) basés sur l'humidité.

La température élevée à laquelle les échantillons sont testés est un autre facteur qui peut poser problèmes. Les éléments en plastique de l'échantillon peuvent vaporiser des composés organiques volatils qui peuvent aboutir dans le capteur d'humidité capacitif. Cela peut entraîner une dérive dans la mesure de l’humidité. Ce problème peut être évité en chauffant rapidement le capteur d'humidité jusqu'à 180 °C. Ce traitement thermique, appelé purge chimique, vaporise les composés organiques à l'écart du capteur et annule l'effet de dérive.

Les technologies de sonde chauffée et de purge chimique sont intégrées au module d’humidité et de température Vaisala HUMICAP® HMM170. Ce module peut mesurer l'humidité dans des conditions allant de 0 à 100 % HR et possède une sonde chauffée qui peut tolérer des pressions allant du vide jusqu'à 10 bar. L'empreinte de la carte de circuits est conçue pour faciliter l'intégration dans la configuration existante de l’enceinte  climatique : Le module HMM170 inclut trois sorties analogiques configurables et une sortie numérique (RS-485/MODBUS RTU). La fonction de purge chimique peut être initiée par contacteur ou Modbus. C'est un moyen facile de s'assurer que le capteur est exempt de contamination avant le prochain correctif de test. La configuration et l'étalonnage sont effectués par câble USB à l'aide du logiciel PC Vaisala Insight.
Pour plus d'informations, visitez le site à l'adresse https://www.vaisala.fr/HMM170

Notions élémentaires
Pour dire les choses simplement, l’humidité relative (HR) est une mesure de la vapeur d'eau dans l'air. Plus précisément, il s'agit de la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, exprimée en pourcentage (% HR) de la quantité nécessaire pour atteindre un niveau de saturation à la même température.

L'HR est hautement proportionnelle à la température et très sensible aux variations de la température. Autrement dit, si votre système a une température stable, votre HR sera également stable. Tout comme la température, l'humidité relative dépend également de la pression du système donné.

Quelques principes de base utiles
Il y a quelques principes de base qui aident à comprendre les effets de l'humidité relative à la base. En effet, il est important de se souvenir qu'à moins d'avoir un système fermé comme l'environnement d'une chambre d'essai, d'autres facteurs peuvent compromettre les résultats.

La première règle de base est la suivante : plus la température augmente, plus l'air sèche (baisse de l'HR) et plus la température diminue, plus l'air devient humide (augmentation de l'HR). La pression répond au principe élémentaire suivant : plus la pression diminue, plus l'air sèche (baisse de l'HR) et plus la pression augmente, plus l'air devient humide (augmentation de l'HR).

Pourquoi est-il important de surveiller l'humidité relative ?
La surveillance de l'humidité relative sert avant tout à contrôler l'humidité dans l'environnement immédiat d'un produit final. Dans la plupart des cas, cela signifie faire en sorte que l'HR n'atteigne jamais un seuil trop élevé. Prenons par exemple un produit comme le chocolat. Si l'HR dans une installation de stockage dépasse un certain niveau et reste au-dessus de ce niveau pendant une durée suffisamment longue, un phénomène appelé floraison peut se produire. Il s'agit de la formation d'humidité sur la surface du chocolat, causant la dissolution du sucre. Lorsque l'humidité s'évapore, le sucre forme de gros cristaux responsables de la décoloration.

L'humidité peut aussi avoir un impact grave – et onéreux – sur les produits comme les matériaux de construction. Supposons que vous vouliez agrandir votre propriété et que vous posiez un sous-plancher en béton avant un revêtement en bois dur. Si le béton n'est pas suffisamment sec avant la mise en place du revêtement, cela peut causer d'énormes problèmes car l'humidité contenue dans le béton essaiera naturellement de s'infiltrer dans une zone plus sèche – dans ce cas, le revêtement du sol. Ceci peut entraîner des gonflements, des cloquages ou des fissures – mettant à néant tout votre travail et avec pour seule option, le remplacement.

L'humidité est aussi un gros problème pour les produits extrêmement sensibles à l'humidité comme certains produits pharmaceutiques. En effet, elle est capable de modifier les caractéristiques du produit et même de le rendre inutilisable. C'est pourquoi, les produits comme les comprimés et les poudres sèches sont conservés sous contrôle, à des niveaux d'humidité et de température précis.

Enfin, l'humidité relative est aussi un facteur important dans les systèmes automatiques, implantés dans les bâtiments et devant assurer le confort humain comme la climatisation. L'aptitude à mesurer et à contrôler l'HR permet non seulement de préserver un environnement confortable à l'intérieur d'un bâtiment, mais aussi d'optimiser l'efficacité des systèmes CVC en fournissant une indication de la quantité d'air extérieur nécessaire à la climatisation, en fonction de la température extérieure.

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Aimeriez-vous jeter un œil à l'intérieur de la salle blanche de Vaisala ? Il s'agit de l'un des endroits les plus secrets de Vaisala, et nous vous offrons aujourd'hui la possibilité de l'observer de plus près.

Notre responsable de l'usine de capteurs, Hannu, nous en a fait faire le tour. Et nous avons filmé. Il s'agit de l'endroit où les capteurs précis de mesure de l'humidité, de la pression et du CO2 de Vaisala sont étudiés, développés et fabriqués.