Fabrication additive, un tournant industriel inévitable

La crise sanitaire que nous traversons nous mène vers de nouveaux modes de consommation plus personnalisés, plus responsables et plus instantanés. Longtemps ignorée par les industriels, la fabrication additive fait un retour en force pour répondre à ces nouvelles habitudes.

Un grand retour poussé par la crise sanitaire et les nouveaux usages

Brevetée dans les années 80 par l’Américain Chuck Hull, la fabrication additive permet d’additionner seulement la matière nécessaire pour obtenir un produit ultra personnalisé, contrairement à la fabrication traditionnelle basée sur la soustraction de matière qui induit une perte considérable de matière première.

Pendant de nombreuses années, ce procédé de fabrication a été boudé par les industriels car jugé trop coûteux et trop complexe à contrôler. Souvent relayé au second plan, il est cependant plébiscité par les particuliers créatifs pour l’impression de pièces en 3D. Face aux besoins de consommation alors motivés par le prix et la fiabilité, la réponse des industriels a longtemps été la production de masse par des moyens de plus en plus sophistiqués mais maîtrisés.

La crise sanitaire et l’urgence écologique, poussent de plus en plus d’industriels à produire de manière instantanée, personnalisée et responsable.

Dès le début de la crise sanitaire nous avons vu fleurir les innovations rendues possible par l’impression 3D. Lorsque les équipements de protections sont devenus indispensables, leur non disponibilité s’est rapidement faite sentir, en partie en raison de leurs délais de fabrication. En très peu de temps, grâce à l’impression 3D nous avons pu créer et produire des milliers de visières de protection, de pièces de masques, mais aussi de respirateurs artificiels.

Ce constat pousse de nombreux industriels à se pencher sur les opportunités qu’offre la fabrication additive.

Un réel atout pour nos industries

Les opportunités offertes par la fabrication additive sont nombreuses :

  • Relocalisation des moyens de production, plus proche du consommateur final.
  • Production en juste à temps.
  • Personnalisation des produits, comme pour la production de séries de voitures uniques ou limitées.

Le secteur de l’automobile apparait comme leader dans l’utilisation de ce procédé. La fabrication additive représente environ 16 % de l’ensemble du secteur*.  General Motors, par exemple, utilise la technologie de frittage sélectif par laser (SLS) et de stéréo-lithographie (SLA) dans ses processus de pré-production et de conception, au sein de son département de prototypage rapide, produisant ainsi plus de 20 000 composants et modèles.

Mais le monde de l’automobile n’est pas le premier à vanter les mérites de ce procédé. Le monde de la santé a depuis longtemps éprouvé cette technologie sur des machines en milieu hospitalier, sur des prototypes et prothèses mais aussi sur des organes.

Parmi les plus grandes entreprises qui proposent des solutions médicales en fabrication additive, plus précisément en impression 3D, on retrouve :

  • 3D systems et leur prothèse en titane
  • Arcam EBM et leur implant orthopédique
  • Materialise et leur implant cranio-maxillo-facial

Mais si l’automobile et le médical semblent être les deux secteurs industriels les plus concernés par ce procédé de fabrication, d’autres industries se penchent aussi sur son potentiel.

C’est le cas de Rolls-Royce qui a utilisé la technologie dite de « lit de poudre » pour la fabrication de pièces pour sa filiale aéronautique. Dans ce domaine en particulier, la fabrication additive apparait comme un réel atout pour la réduction de coûts de pièces fabriquées à partir d’alliages onéreux.

C’est aussi le cas du secteur militaire qui fabrique des pièces in-situ sur les théâtres d’opérations. Les solutions de fabrication additives permettent l’obtention rapide de pièces d’usage non critique pour effectuer des réparations de courtes durées.

*référence : A3DM Additive manufacturing

Un changement de mode de production qui s’étudie avec attention

Si cette technologie parait révolutionnaire malgré son grand âge, c’est uniquement en raison de son apparition récente dans nos procédés de fabrication industriels, et pour cause.

Aussi attrayante soit-elle, opérer un changement de mode de production et réussir à saisir les opportunités que la fabrication additive offre, n’est pas sans risque.

En effet, il est important de bien comprendre l’impact de la fabrication additive sur la chaîne de valeur du procédé d’industrialisation. Les étapes de conception doivent être modifiées pour prendre en compte le « design for additive manufacturing » qui ne répond pas aux mêmes règles de conception qu’un procédé conventionnel tel que l’usinage.

Si le côté « forme libre » associé à la fabrication additive permet de se libérer de certaines contraintes liées au mode de production, il en induit de nouvelles.

Que la pièce soit existante, ou à concevoir en partant de zéro, il faut au préalable s’assurer que son design sera adapté au procédé de fabrication additive.

Notre projet SONIA aborde cette problématique.

  • OBJECTIF

    Définir et designer une pièce pour sa réalisation en fabrication additive tout en s’assurant que cette dernière répondra de manière optimale à son cahier des charges en termes de robustesse, de quantité de matière et de gain de masse.

De plus, lors de l’utilisation d’un procédé de fabrication additive, la physique mise en œuvre est souvent très complexe et ne bénéficie pas encore du retour d’expérience qu’on peut avoir sur des procédés plus conventionnels. C’est donc actuellement l’expérience de l’opérateur et sa connaissance de la machine qui lui permet de bien choisir les paramètres d’entrée pour assurer une bonne qualité de fabrication.

Il ne faut pas oublier que d’autres domaines au sein de l’entreprise vont subir un impact significatif lors de l’intégration de ce procédé. On peut penser par exemple, à la gestion des stocks qui se retrouve complètement changée (stockage du matériau sous forme de poudre ou de bobines de fil par exemple au lieu d’un magasin de pièces différentes). Les normes de santé et de sécurité peuvent aussi être impactées, notamment lors de l’usage de poudres métalliques qui présentent un risque non négligeable. La chaine d’approvisionnement vers les clients aussi peut subir des modifications en permettant des fabrications en « temps réel ».

Il est donc primordial d’évaluer la maturité d’une entreprise désirant se lancer dans la fabrication additive, et de prendre en compte, dans toute la chaine de valeur, l’impact que va avoir le procédé de fabrication additive choisi.

C’est entre autres pour ces différentes raisons qu’un accompagnement des industriels est souvent nécessaire pour pouvoir intégrer ces nouvelles technologies de façon sûre et efficace.

Comment aider aux choix de conception et de fabrication pour réaliser des pièces en fabrication additive ?

Notre projet SoFabMob en donne les clés.

  • OBJECTIFS

    Proposer un outil qui fournisse, dès la phase de conception d’un produit, les données techniques, économiques et environnementales qui permettront de faire un choix de matériaux, procédés et de machines.

Le choix de la fabrication additive doit être motivé par l’usage final du produit

Pour réussir ce virage stratégique il faut donc se poser quelques questions préalables :

  • Est-ce que l’usage et la fonction du produit visé peuvent justifier l’usage de la fabrication additive ?
  • Quelle sera la valeur finale du produit ?
  • Est-ce que le flux de valeur est positif ? coût VS retour sur investissement.

La fabrication additive offre donc de nombreuses possibilités et opportunités à qui pourra les saisir. Cette implémentation nécessite cependant de prendre le temps de la réflexion.

Peu adaptée à la production de masse, elle s’avère être un levier de compétitivité redoutable lorsqu’il s’agit de produire de manière qualitative, responsable et personnalisée.

Pour s’assurer que la fabrication additive sera bien adaptée aux contraintes de production industrielle, il s’agit de se poser les bonnes questions. Celles-ci sont d’ailleurs abordées par notre projet GOTAM.

  • OBJECTIFS

    Proposer des solutions et des outils permettant d’optimiser la stratégie de fabrication additive de pièces métalliques de toutes tailles pour gagner en productivité et en qualité.

Pour profiter de toutes les opportunités offertes par la fabrication additive, la clé réside dans le fait de penser son moyen de production en fonction de l’usage de son produit final, d’en mesurer son impact et de ne pas sous-estimer le besoin d’accompagnement.