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Imprimer pour produire

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Après le prototypage rapide, la technologie s’attaque à un nouveau chapitre de son histoire, la production de séries.

Imprimer pour produire
Depuis 2016, Siemens imprime en 3D des composants pour turbines à gaz dans son usine de Finspång, en Suède.

Des rangées d’imprimantes 3D industrielles produisant des pièces en série au même rythme que les machines-outils et les presses à injection ? Les ateliers de production ne ressemblent pas encore à cela. Mais l’impression 3D, longtemps cantonnée au prototypage, fait son entrée dans les usines. Un chiffre ne trompe pas : aujourd’hui 60 % des pièces produites par impression 3D sont des produits finis, selon le cabinet américain spécialisé Wohlers. Jusqu’en 2015, plus de la moitié étaient des prototypes.

Ces derniers mois ont été marqués par une hausse de l’intérêt de la technologie pour son utilisation en production. Les annonces de grands industriels se multiplient. Le géant allemand Siemens inaugurait début 2016 un centre dédié à la fabrication additive à Finspång, en Suède, afin de fabriquer et réparer des composants pour turbines à gaz. Fin 2016, GE Aviation annonçait le rachat de deux entreprises spécialistes de l’impression 3D, Arcam et Concept Laser, avec pour objectif d’imprimer 100 000 composants d’ici à 2020. Un but qui n’est pas une parole en l’air. « Nous avons entamé la production de 40 000 injecteurs pour le moteur Leap cette année dans notre usine en Alabama. Nous commencerons à imprimer d’ici à l’année prochaine des éléments des moteurs Turboprop », avance Tim Warden, le directeur commercial de GE Additive, filiale dédiée à la fabrication additive du géant américain.

Le mouvement arrive en France

Ces décisions de grands industriels font entrer la technologie dans une nouvelle ère. « La fabrication additive est aujourd’hui considérée comme un moyen de fabrication à part entière », estime Quentin Kiener, le PDG de 3D Prod. Moundir Rachidi, directeur des opérations au BCG, renchérit : « Tout le monde a compris qu’il y avait de multiples impacts : économie de matières premières, élimination des stocks, réduction de l’obsolescence des produits… Il y a beaucoup de tests en cours, même si ce n’est pas encore une technologie de fabrication que l’on croise régulièrement dans les usines. »

Car il ne s’agit que d’un début. Si le mouvement a été lancé aux États-Unis – le pays détient près de 40 % du parc machines –, il commence à prendre en France. Le motoriste tricolore Safran a déjà imprimé des centaines de pièces d’injection pour le moteur d’hélicoptère Ardiden. « Et nous sommes en train de certifier des pièces pour le moteur Arrano », explique Thierry Thomas, le directeur de Safran Additive Manufacturing, une entité créée pour accélérer l’adoption de la technologie au sein du groupe. Ces pièces sont imprimées à Bordes (Pyrénées-Atlantiques), sur le site de Safran Helicopter Engines. L’industriel a acheté une vingtaine d’imprimantes 3D industrielles et mobilise une équipe de vingt personnes à temps plein sur le sujet. Pour Safran comme pour les autres acteurs de l’aéronautique, le principal intérêt de la fabrication additive est de réaliser des pièces complexes, plus légères, nécessitant moins de travail d’assemblage. « Un seul élément constitue les pièces d’injection, contre quinze auparavant », argumente Thierry Thomas. Un aspect qui intéresse aussi l’automobile. Renault Trucks est parvenu à supprimer 200 pièces sur un moteur en réalisant un prototype en impression 3D. Mais pour le moment, la technologie est trop lente pour supporter les cadences de l’automobile.

Un autre secteur utilise déjà la fabrication additive au quotidien pour des pièces finales : le médical, qui s’intéresse à la personnalisation. Beaucoup de dispositifs médicaux sont adaptés à la morphologie du patient. Ils étaient jusqu’ici réalisés de manière artisanale. « La fabrication de prothèses auditives est passée de 0 à 100 % d’impression 3D en moins de deux ans. Nous estimons que d’autres secteurs dans le médical peuvent se transformer de la même manière », avance Raphaël Gorgé, le PDG du groupe éponyme. À l’image des semelles orthopédiques. Prodways, la filiale impression 3D de Gorgé, a déjà imprimé 4 000 semelles utilisées par des patients.

Prise de conscience accélérée des industriels

L’accélération de l’adoption de la technologie s’explique grâce à une amélioration des procédés, plus rapides et plus répétables, mais elle est surtout due à une prise de conscience des industriels. « Sur les salons, on constate que les entreprises sont mieux renseignées. Elles arrivent déjà avec une idée de ce qu’elles veulent faire et avec des connaissances de base. Ce n’était pas le cas il y a encore un an. Il y a aussi moins d’a priori. Avant, la technologie était associée à quelque chose de fragile », estime Quentin Kiener. Le fait que Boeing certifie une pièce structurelle en titane imprimée en 3D ou que Siemens installe une turbine imprimée en 3D dans une centrale nucléaire a permis de casser ces idées reçues.

Les industriels ont pris conscience du fait que la fabrication additive ouvrait d’importants champs en termes de conception. Et pas uniquement chez les grands comptes. Jean-Michel Sanchez, le gérant du sous-traitant Mecabess, témoigne : « Nous avons cessé de reproduire en fabrication additive les mêmes pièces que celles produites avec les méthodes classiques. Nous travaillons avec les bureaux d’études pour faire évoluer les méthodes de conception, apprendre à travailler avec des structures plus complexes, en nid-d’abeilles par exemple. » Chez Safran, la conception est la priorité numéro un. « La fabrication additive pour la fabrication additive, c’est-à-dire sans design, sans optimisation topologique et paramétrique, n’a aucun intérêt », assure Thierry Thomas.

À terme, la fabrication additive devrait bouleverser bien plus que la forme des pièces. « La technologie aura un impact majeur sur les business models, prédit Moundir Rachidi. Les compagnies aériennes font leurs stocks de pièces de rechange à partir des prévisions. Demain, elles imprimeront des pièces à la demande. On peut imaginer des hubs d’impression 3D situés à côté des aéroports. Il n’y aurait plus besoin de transporter ni de stocker les pièces. Cela aura un impact sur l’ensemble de la supply chain. Sur le fournisseur à qui les avionneurs demandaient de garder les moules, notamment. » Et qui gérerait ces hubs ? Les compagnies aériennes ? Les avionneurs ? Les équipementiers ? Les imprimeurs 3D ? Cela reste à déterminer. « C’est la course. Entre les imprimeurs 3D pour devenir des fournisseurs spécialisés, les fournisseurs classiques pour maîtriser la technologie, les donneurs d’ordres pour imprimer les pièces eux-mêmes… », observe Moundir Rachidi.

Encore des barrières technologiques

Des barrières technologiques restent encore à abattre. Tout d’abord la productivité des machines. « La technologie est entre trois et dix fois plus chère que les méthodes de fabrication classiques », affirme Christophe Eschenbrenner, le manager supply chain numérique d’Alstom [lire l’entretien ci-dessus]. Autre problème : aucune machine de fabrication additive n’est capable de s’auto-contrôler en temps réel, comme le font les machines d’usinage. De plus, si la fabrication additive supprime certaines contraintes liées aux process industriels traditionnels, comme la nécessité de prendre en compte l’outillage et les moules, elle en ajoute de nouvelles. « Beaucoup de procédés nécessitent des supports, qu’il faut retirer une fois la pièce imprimée. Il y a aussi des post-traitements à prévoir. Une pièce est rarement finie à la sortie de l’impression. Cela allonge le temps de fabrication, qui est déjà long », précise Fabien Pettelot, technicien support chez Proto Labs, un atelier de prototypage et de petites séries. Autre point d’interrogation : les matériaux, notamment les poudres métalliques, dont on ne connaît pas encore bien les qualifications.

Encore beaucoup d’inconnues donc, mais les grands industriels n’attendent pas pour se préparer à la révolution 3D. « D’ici à cinq ans, les coûts de production seront divisés par deux, d’ici à dix ans, les machines seront automatisées et intelligentes, insiste Thierry Thomas. La fabrication additive sera et est déjà un “game changer”. Nous sommes en train de nous armer pour en bénéficier au maximum. » 

Un marché en construction

  • Marché : 6 milliards de dollars
  • Secteurs précurseurs : Aéronautique, médical
  • Pays pionnier : États-Unis

Source : Wohlers

 

« Nous passons aux pièces de production »

Christophe Eschenbrenner, manager supply chain numérique d’Alstom

  • Depuis combien de temps Alstom s’intéresse-t-il à l’impression 3D ?

Notre réflexion a commencé il y a trois ans. Le but était de répondre à des problématiques de supply chain, notamment d’approvisionnement pour les pièces détachées. Les trains et les métros ont des durées de vie de trente ans et les pièces de rechange sont très nombreuses, nous en avons environ 600 000 enregistrées dans nos bases de données. L’impression 3D nous a paru être une solution pour accroître la disponibilité des pièces.

  • Quelles pièces avez-vous imprimées au départ ?

Nous avons commencé avec le prototypage en fabriquant des maquettes de trains et de métros. Cela nous a permis de nous approprier la technologie. Ensuite, dès 2016, nous avons utilisé la fabrication additive pour de l’outillage, notamment des moules en sable pour les pièces de fonderie. Nous incitons nos fournisseurs à le faire également.

  • Envisagez-vous d’imprimer directement des pièces ?

Nous sommes en train d’y réfléchir. Nous travaillons avec les fabricants de machines pour faire en sorte que les procédés et matériaux soient en adéquation avec nos normes. Un travail de fond, mené depuis une dizaine d’années par l’aéronautique, est en cours chez nous. Les premières pièces sont aujourd’hui sur des bancs de test. Ce sont des éléments de barres de maintien, des pièces de flux d’air et de petites fixations.

  • Quels bénéfices espérez-vous tirer de l’impression 3D ?

Avec la fabrication additive, l’ingénieur va vers de nouveaux designs plus esthétiques et qui intègrent un plus grand nombre de fonctions. Pour un extracteur d’air, nous sommes passés de 38 éléments à un seul. Cette pièce, auparavant assemblée, est passée en monoréférence, donc plus facile à gérer d’un point de vue supply chain. Autre avantage : fabriquer à la demande et donc réduire les stocks. Enfin, la fabrication additive métallique permet de projeter de la matière pour remettre à niveau la pièce et ainsi augmenter sa durée de vie. Le problème est que la technologie est coûteuse. Les premiers retours que nous avons sur le coût unitaire montrent qu’elle reste entre trois et dix fois plus chère que les méthodes classiques.

  • Comment espérer voir la technologie adoptée à plus grande échelle ?

Nous réfléchissons à la combiner avec d’autres pour réduire les coûts et produire à plus grande échelle. Dans le cadre du projet européen Maestro, nous travaillons sur une pièce de métro. Une partie de la pièce est fabriquée avec la technologie de metal injection moulding (MIM), et le support de fixation qui, lui, est personnalisé selon la demande du client, est imprimé en 3D. Nous serons en capacité de monter ces pièces en 2020. 

 

Une marche rapide

Octobre 2016 GE s’offre deux fabricants d’imprimantes 3D métalliques, Arcam et Concept Laser, pour 1,4 milliard de dollars. Il crée dans la foulée GE Additive Manufacturing. Ces acquisitions lui permettront de produire des pièces en gros volumes et de se positionner en tant qu’acteur du marché de la fabrication additive.

Avril 2017 Les fabricants de chaussures de sport se sont déjà lancés dans la fabrication additive, mais pour des quantités ne dépassant pas une centaine d’exemplaires. Adidas a annoncé en avril l’impression de 100 000 semelles d’ici à fin 2018 grâce la technologie de Carbon 3D.

Avril 2017 Boeing certifie pour la première fois une pièce structurelle en titane, qui devrait voler en 2018 et permettre à l’avionneur d’économiser 3 millions de dollars par avion.

2020 Les études annonçant le triplement, voire le quadruplement du marché de l’impression 3D d’ici à 2020 se multiplient. Le cabinet Wohlers mise sur 15 milliards de dollars, contre 6 milliards en 2016. Une croissance principalement entraînée par la vente de machines industrielles.

 

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