Impression 3D : les domaines qu’elle va (vraiment) révolutionner
La révolution de l’impression 3D ne sera pas celle que l’on croit. Alors que plusieurs projets liés à cette technologie focalisent l'attention de tous les grands médias traditionnels, Andy Middleton, président de la zone EMEA chez Stratasys, révèle les secteurs sur lesquels l'impact de la technologie est le plus important et le plus étendu.
"Demandez à un groupe de personnes prises au hasard quels sont les secteurs sur lesquels l'impression 3D ou la fabrication additive ont le plus de conséquences. Vous obtiendrez des réponses très variées, de l'impression de chocolat jusqu'à la construction complète de maisons, et au territoire prometteur mais perçu comme plus inquiétant de l'impression d'organes humains. Ceux qui connaissent un tant soit peu cette technologie citeront, eux, le prototypage comme l'une de ses principales capacités.
Cela est peut-être dû en partie à une couverture médiatique plus étendue et au choix délibéré de mettre en avant les exemples considérés comme les plus « intéressants ». En général, ces derniers ne reflètent pas fidèlement la vraie nature ou l'étendue réelle du potentiel de l'impression 3D et de son impact.
Au cours de mes trente ans d'expérience dans ce secteur, j'ai vu la technologie incroyablement évoluer. Elle ne se limite plus à offrir une méthode de prototypage plus rapide et plus rentable. Même si son domaine d'utilisation reste privilégié, l'impression 3D a évolué et offre désormais au secteur de la fabrication, en particulier l'automobile, l'aéronautique et l'ingénierie, une gamme beaucoup plus vaste de possibilités.
L'usine du futur - ici et maintenant
Concernant les applications de fabrication, nous assistons à une adoption sans précédent de l'impression 3D dans deux domaines : la fabrication augmentée et la fabrication alternative.
D'un point de vue commercial, c'est là que l'impression 3D est en train de bouleverser réellement le cours des choses, car elle intègre le concept d'usine du futur. Non seulement au niveau des entreprises, mais aussi du secteur industriel de la fabrication dans son ensemble. Les répercussions sont si profondes qu'elles pourraient affecter tous les domaines de l'économie.
La fabrication augmentée est le domaine dans lequel l'impression 3D réalise les outils, notamment des gabarits et des fixations, qui seront ensuite utilisés pour fabriquer d'autres objets. Quant à la fabrication alternative, elle utilise l'impression 3D pour réaliser la pièce finale.
Fabrication augmentée - perturber les processus de fabrication
Les outils tels que les gabarits, les fixations et les guides, employés pour positionner, retenir et organiser des composants et des sous-assemblages au cours du processus de fabrication, sont virtuellement invisibles lorsque la production se déroule sans accrocs, mais leur importance se révèle en cas de problème.
Afin d'éviter des interruptions dans la production ou des défauts sur les produits, de nouveaux outils doivent être rapidement réalisés, fabriqués et déployés afin de maintenir le flux de travail. L'inconvénient réside dans le fait qu'ils sont généralement fabriqués en métal, en bois ou en plastique, et en petites quantités, au moyen de processus manuels ou semi-automatisés, ce qui entraîne des délais de conception et de fabrication d'une à quatre semaines pour chaque outil. De plus, s'agissant d'outils élaborés ou complexes, plusieurs cycles de conception, de prototypage et d'évaluation sont nécessaires pour atteindre le rendement souhaité. Il est donc facile de constater que ce domaine de fabrication est généralement cher, tant en termes de coûts que de délais.
L'utilisation de l'impression 3D pour de telles applications soulage les entreprises d'une charge qui augmente les coûts et les délais de fabrication. Elle fournit en outre une méthode rapide et sûre de produire ces outils de fabrication. Grâce à la technologie d'impression 3D de modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM), le processus de fabrication traditionnel est largement simplifié et la fabrication d'outils moins onéreuse et plus rapide.
Une réduction des délais et des coûts qui peuvent exceder les 90%!
Les avantages immédiats et réels pour les fabricants se traduisent par des améliorations instantanées de la productivité, de l'efficacité et de la qualité. Par ailleurs, les sociétés qui l'intègrent à leurs opérations ne se contentent pas de remplacer les machines, elles revoient l'ensemble de leurs lignes de production, pour travailler de façon plus efficace, précise, rapide, simple et rentable.
Certains de nos clients ont constaté des réductions des délais de production et des coûts excédant parfois les 90 %. Le fabricant automobile allemand, Opel, en est le parfait exemple. Il imprime en 3D toute une série d'outils de montage et de fabrication afin d'optimiser la production de son emblématique modèle à hayon, l'Adam.
Les outils de montage imprimés en 3D par Opel sont utilisés pour fixer avec précision différents composants sur la voiture (notamment la moulure de bas de caisse et les déflecteurs du toit), l'alignement des lettres du logo du véhicule « Adam » sur la vitre arrière, ainsi que l'assemblage des vitres et du toit ouvrant. Grâce à cette utilisation de l'impression 3D, la société a réduit ses coûts de production d'outils de fabrication de près de 90 % et peut fabriquer des outils de montage en moins de 24 heures.
Un scénario similaire se déroule actuellement dans l'usine de moteurs Volvo Trucks de Lyon, France. Dans ce cas, la technologie de fabrication additive de Stratasys est employée pour produire une série d'attaches, de gabarits, de supports durables et de supports d'outils ergonomiques qui procurent aux opérateurs un environnement de travail plus organisé. L'intégration de notre technologie FDM a permis à Volvo Trucks de ramener de 36 à deux jours les délais de conception et de fabrication de certains outils habituellement produits en métal, en utilisant le thermoplastique ABSplus, soit un gain de temps supérieure à 94 %.
D'un point de vue financier, Volvo Trucks estime que pour des outils personnalisés ou produits en petit volume, le coût total des éléments imprimés en 3D en thermoplastique ABS revient – dans certains cas – à 1 euro/cm3, contre 100 euros/cm3 lorsqu'ils sont réalisés en métal*.
Autre exemple chez Robert Seuffer, GmbH & Co. KG (Seuffer), fournisseur allemand de pièces pour l'électroménager et les véhicules commerciaux. « Dans l'industrie automobile, les pièces échantillons doivent être testées dans un environnement de pièces mécaniques mobiles, et sous des températures élevées », expose Andreas Buchholz, responsable du service recherche et développement de Seuffer. « Grâce à l'impression 3D Stratasys, nous pouvons concevoir des brouillons du moule d'injection en quelques jours puis les imprimer en 3D en moins de 24 heures afin d'évaluer la pièce. Il nous fallait auparavant huit semaines pour fabriquer l'outil en métal au moyen du processus CNC classique. Et alors que l'outil classique nous coûtait environ 40 000 euros, l'outil imprimé en 3D coûte moins de 1000 euros, ce qui représente une économie de 97 %. »
A 350 XWB : plus de 1000 pièces imprimées en 3D
L'impression 3D continue d'évoluer grâce à des applications auxquelles elle offre un processus plus efficace que la fabrication traditionnelle. Par exemple, pour la production de quantités en faible volume ou de pièces à la demande qui optimisent les flux de la chaîne d'approvisionnement, la transition de l'impression 3D du laboratoire de prototypage à l'atelier de fabrication offre d'énormes avantages. La fabrication alternative (domaine par excellence de l'impression 3D) s'est imposée comme un remplaçant idéal des méthodes de production traditionnelles, un fait que nos clients nous démontrent jour après jour.
Le géant de l'aéronautique Airbus en est la preuve flagrante. Plus de 1 000 pièces finales prêtes à l'emploi sont utilisées pour remplacer les pièces fabriquées de manière conventionnelle dans le cadre du programme aéronautique A350 XWB. Grâce à notre technologie de fabrication additive, la société réduit les risques associés à la chaîne d'approvisionnement, grâce à un procédé et un matériau qui répondent aux conditions requises pour le vol et qui lui permettent une fabrication de pièces plus rapide. Les pièces imprimées en 3D utilisent le matériau thermoplastique ULTEM™ 9085, lequel offre un rapport résistance/poids élevé et est conforme aux normes FST (inflammabilité, fumée et toxicité) pour les applications à l'intérieur des avions. Airbus peut ainsi fabriquer rapidement des pièces plus résistantes et plus légères, quasiment sur demande, et optimiser la flexibilité de la chaîne d'approvisionnement, tout en réduisant significativement les délais de production et les coûts de fabrication.
Fusée Atlas V : 16 pièces au lieu de 140
Par ailleurs, notre partenariat avec le fabricant de fusées, United Launch Alliance (ULA), a permis l'utilisation de notre technologie d'impression 3D FDM pour la production de pièces imprimées en 3D (en lieu et place des pièces en métal) pour la fusée Atlas V, qui a été lancée dans l'espace en début d'année.
L'utilisation du matériau thermoplastique ULTEM 9085 pour la production de pièces finales durables, à haute performance, mais très légères, démontre les capacités de l'impression 3D d'un point de vue des propriétés de matériaux, mais aussi les incroyables gains réalisés en termes de temps et d'argent. En utilisant l'impression 3D, ULA a pu réaliser des assemblages complexes avec 16 pièces au lieu de 140, réduisant considérablement le temps d'installation et entraînant ainsi une réduction des coûts de 57 %. Selon ULA, le passage à la fabrication de composants par impression 3D a contribué à des économies annuelles de près de 1 million de dollars.
Malgré une certaine amélioration, dans de nombreux pays occidentaux, les secteurs de la fabrication subissent encore les effets de plusieurs années de tourmente économique. La prospérité et le succès à long terme des entreprises privées sont appelés à jouer un rôle central dans le passage en douceur vers un monde meilleur.
Je pense pour ma part que l'impact positif de l'impression 3D sur le monde de la fabrication et le fait qu'un nombre croissant de sociétés adoptent une technologie basée sur l'efficacité et la réduction des coûts contribueront grandement à les soutenir dans cette voie."
Andy Middleton, président de la zone EMEA chez Stratasys
*1 €/cm3 équivaut à 1,13 $ par 0,06 pouce cube ; 100 €/cm3 équivaut à 113 $ par 0,06 pouce cube.
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