La fabrication additive et avancée : gadget technologique ou réel avantage concurrentiel pour votre entreprise ?
La fabrication additive et avancée est encore une « vieille » technologie émergente.
Pourtant aujourd’hui ?
Des entreprises l’utilisent pour réduire leurs coûts et leurs délais, et en faire profiter leurs clients.
Alors est-elle un nouveau gadget disruptif, une lubie de créatifs ?
Est-elle trop coûteuse, trop complexe à gérer, tout l’inverse d’une production de masse avec des moyens maîtrisés de plus en plus sophistiqués ?
Réponses à travers des cas pratiques vous attendent dans cet article :
Fabrication additive : que des avantages ?
- Géométries complexes.
- Gain de temps.
- Économies de poids.
- Réduction des coûts d’outillage.
- Pièce unique avec des matériaux différents.
Comment fonctionne la fabrication additive ?
Ce que fait vraiment pour vous la fabrication additive et avancée
- Le bon usage de l’optimisation topologique chez BMW Group
- Personnalisation extrême chez Vectoflow
- Plus haut, plus loin, plus fort avec Ariane 6
- La vie éternelle chez Daimler Mercedes-Benz
Fabrication additive Versus fabrication conventionnelle
L’impact de la fabrication additive sur votre Supply Chain
Les bonnes questions à vous poser avant d’adopter la fabrication additive
- Cartographiez votre chaîne de valeur.
- La conception axée sur la performance
- Réduire l’encombrement fait du bien aussi à votre Supply Chain
La fabrication additive peut-elle devenir un de vos moyens de production ?
Fabrication additive : que des avantages ?
La liste ne cesse de s’allonger :
Aéronautique, industries spatiales, médicales, biomédicales, automobiles…
Même l’industrie des biens de consommation l’adopte de plus en plus. Elle est pourtant habituée à des modes de productions en masse pour réduire les coûts, amortir les investissements et obtenir de la marge par des productions en séries.
Pourquoi ces secteurs se sont vite emparés de ce mode de fabrication ?
La réponse :
Imaginez une industrie capable de produire des pièces d’une grande complexité et dans des séries limitées, en toute rentabilité et profitabilité…
C’est ce que permet aujourd’hui la fabrication additive avancée.
Voici 5 avantages concrets de cette méthode de production :
1. Géométries complexes.
Cette technologie permet aux ingénieurs de concevoir des pièces d’une complexité impossible à atteindre avec les méthodes soustractives classiques.
Des caractéristiques complexes, telles que des passages de refroidissement conformes, peuvent être incorporées directement dans la conception.
Les pièces qui nécessitaient auparavant l’assemblage et le soudage ou le brasage de plusieurs pièces peuvent désormais être produites en une seule pièce. Ce procédé leur confère une plus grande solidité et une plus grande durabilité.
Les concepteurs ne sont plus soumis aux limites des machines traditionnelles et peuvent créer des pièces avec une plus grande liberté de conception.
2. Gain de temps.
La fabrication additive est idéale pour créer et tester rapidement des prototypes.
Les pièces sont fabriquées directement à partir d’un fichier CAO 3D, ce qui élimine le coût et le long processus de création de montages ou de matrices. De plus, des modifications peuvent être apportées en cours de route sans pratiquement interrompre le processus.
3. Économies de poids.
En incorporant des structures organiques dans les conceptions, les concepteurs peuvent éliminer un poids important tout en maintenant la résistance et l’intégrité de la pièce.
Ce procédé s’appelle l’optimisation typologique.
Illustrons cela avec la nouvelle conception d’un bloc hydraulique(1) avec l’impression 3D.
La nouvelle conception de ce bloc a permis de réduire le poids de 30 kg à 5,5 kg, soit +80 % de gain de poids et de matériaux. Quand on connaît le prix des matières premières, c’est une économie exceptionnelle.
Et ce n’est pas tout…
Cette pièce est tout autant résistante que celle produite par des moyens conventionnels. Elle est même davantage performante avec une optimisation des écoulements.
4. Réduction des coûts d’outillage.
5. Pièce unique avec des matériaux différents.
Imaginez que vous vouliez quelque chose qui ait une conductivité élevée, mais qui soit également résistant à l’abrasion. À l’extérieur, vous avez les matériaux résistants à l’abrasion, comme les céramiques, et à l’intérieur, vous avez les matériaux conducteurs, comme les métaux.
Il est assez difficile de créer quelque chose de ce genre avec la fabrication conventionnelle, vous êtes d’accord ?
La fabrication additive permet également de créer des objets avec des matériaux à gradation fonctionnelle, c’est-à-dire des matériaux différents à l’intérieur et à l’extérieur.
Comment fonctionne la fabrication additive ?
Le terme « fabrication additive » fait référence à des technologies, comme l’impression 3D, qui produisent des objets tridimensionnels, une couche superfine à la fois. Chaque couche successive se lie à la couche précédente de matériau fondu ou partiellement fondu.
Comment passer du plan à l’objet ?
Les objets sont définis numériquement par un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Ce programme informatique crée des fichiers qui « découpent » l’objet à produire en couches ultrafines.
Ces informations guident la trajectoire d’une buse ou d’une tête d’impression qui dépose avec précision le matériau sur la couche précédente. Ou alors un faisceau laser ou électronique fait fondre sélectivement ou partiellement un lit de matériau en poudre.
Lorsque les matériaux refroidissent ou sont durcis, ils fusionnent pour former un objet tridimensionnel.
Ce que fait vraiment pour vous la fabrication additive et avancée
1. Le bon usage de l’optimisation topologique chez BMW Group
Les concepteurs en fabrication additive peuvent générer n’importe quelle forme tridimensionnelle. Ils ont la liberté de créer des pièces plus performantes ou moins coûteuses que les solutions conventionnelles.
Un exemple ?
Chez BMW Group(2) , le design génératif a donné lieu à des solutions optimisées sur le plan topologique. La forme et la fonction ont été considérablement améliorées.
Résultat ?
Les composants sont environ 50 % plus légers que les homologues conventionnels comparables. Car ils exploitent au mieux l’espace disponible.
2. Personnalisation extrême chez Vectoflow
La fabrication additive vous libère de l’outillage fixe et du recours à des moules. Au final, chaque pièce produite peut être unique, ce qui ouvre la voie à la personnalisation à grande échelle.
Un exemple ?
Le fabricant d’équipements d’essai Vectoflow(3) utilise la fabrication additive pour produire des sondes personnalisées destinées à des applications de mesure de l’écoulement des fluides.
Comment ?
Son processus de frittage par microlaser permet de réaliser des conceptions compactes et complexes avec des formes profilées pour minimiser l’impact sur les flux mesurés.
Encore mieux ?
Ces sondes sont fabriquées dans une gamme de matériaux adaptés à l’environnement de fonctionnement requis, notamment l’acier inoxydable, le titane et divers superalliages.
3. Plus haut, plus loin, plus fort avec Ariane 6
L’élimination des opérations d’outillage et de fabrication fastidieuses accélère à la fois le développement et la production des produits, réduisant ainsi les délais de commercialisation.
Un magnifique exemple ?
La tête d’injecteur de carburant complexe utilisée dans la dernière fusée Ariane 6(4) :
Dans un module de propulsion, des forces considérables se développent dans des conditions extrêmes. Cela exige des niveaux maximums de fiabilité et de précision dans un espace réduit.
La tête d’injection est l’un des éléments centraux du module de propulsion. Elle introduit le mélange de carburant dans la chambre de combustion.
Sa conception traditionnelle était constituée de 248 composants, produits et assemblés en plusieurs étapes de fabrication.
Elle est désormais fabriquée de manière additive en une seule pièce d’alliage à base de nickel.
4. La vie éternelle chez Daimler Mercedes-Benz
La fabrication additive peut simplifier la maintenance et le support des produits sur le terrain.
Comment ?
En réduisant le besoin de stocks de pièces de rechange grâce à une production à la demande d’articles à partir de fichiers numériques.
Un exemple concret ?
Le constructeur automobile Daimler Mercedes-Benz(5) utilise l’impression 3D pour produire certaines pièces de rechange.
L’objectif ?
Assurer l’approvisionnement en pièces pour des modèles qui ne sont plus produits.
La production de ces pièces est de moins en moins rentable. Car elle nécessite souvent de conserver et d’entretenir les installations de production et les outils pendant des années.
Grâce au processus d’impression 3D, c’est du passé ! Car chaque pièce 3D est rapidement disponible sur demande dans le monde entier.
Fabrication additive Versus fabrication conventionnelle
Avec tous les avantages de la fabrication additive, est-ce que la fabrication conventionnelle va être remplacée ?
La réponse est un grand NON.
Mais elle mérite d’être nuancée…
La première différence entre les deux procédés de fabrication concerne les caractéristiques physiques pendant la fabrication. Et elle est assez évidente.
Regardez :
Alors que les techniques de fabrication traditionnelles sont soustractives, la fabrication additive fonctionne en ajoutant des couches de matériau pour former l’objet final.
La fabrication soustractive consiste à retirer des parties d’un bloc de matériau pour construire la forme finale. La découpe d’un alliage d’aluminium au laser, par exemple, est un exemple simple de procédé soustractif.
Bien que tous les procédés de fabrication additive impliquent la création d’objets couche par couche, il existe de nombreuses méthodes différentes de production.
Par exemple, les fabricants utilisent le frittage direct de métal par laser pour assembler des couches de poudre métallique. D’autres utilisent la modélisation par dépôt de fusion pour créer rapidement des composants en plastique.
Les imprimantes 3D et la fabrication additive diffèrent également des techniques de fabrication conventionnelles en termes de technologie utilisée.
Les processus de fabrication traditionnels nécessitent plusieurs étapes de fabrication. Chacune utilise une machine différente pour effectuer le travail.
Par exemple, dans l’usinage à commande numérique (CNC), le fraisage, le tournage et le perçage sont généralement utilisés à l’unisson pour créer le produit métallique final.
Dans la fabrication additive, un seul appareil (l’imprimante 3D) gère toutes les phases de la production.
Ici, l’impression 3D nécessite beaucoup moins de main-d’œuvre que la fabrication traditionnelle. Car les imprimantes créent des pièces et des composants de manière entièrement automatisée. Elles ne nécessitent une supervision moins importante de la part d’un opérateur humain.
Au final ?
La fabrication conventionnelle reste plus rapide et moins coûteuse pour des séries de pièces en grande quantité. Les coûts d’outillage initiaux des procédés de fabrication traditionnels sont amortis sur ces séries. Avec des volumes très élevés, le coût unitaire est considérablement réduit.
Mais il y a quelques soucis avec ces procédés traditionnels ?
- Ils ont tendance à générer beaucoup de déchets de matériaux.
- Ils nécessitent souvent un assemblage supplémentaire pour les produits de conception complexe.
- Il est difficile de produire des produits personnalisables, uniques, à tirage limité ou de formes complexes.
- Le lieu de production est centralisé. Cela nécessite des solutions d’approvisionnement et de logistique à grande échelle.
Alors faut-il opposer ces deux systèmes de production ?
Pas vraiment.
Certaines entreprises favorisent même l’utilisation des deux modes de fabrication.
L’impression 3D est mise en route pour de petits volumes de pièces avec une forte demande de fonctionnalité.
D’autres entreprises lancent les produits initiaux en fabrication additive. Et la fabrication traditionnelle prend le relais une fois que le volume de commandes atteint un certain niveau.
La faible demande de pièces en fin de vie oblige souvent les entreprises à stopper leur production en raison du surcoût par des moyens de fabrication conventionnels.
Avec l’impression 3D, il est désormais possible d’allonger la durée de vie de ces pièces. Elles peuvent être produite à la demande et dans un site proche du client final.
Les bénéfices ici ?
- Un SAV continu et abordable pour tous les clients.
- Un renforcement de la marque auprès des clients.
- Davantage de rétention et fidélisation clients.
Encore plus puissant ?
La production de petites séries personnalisées n’était pas rentable en raison des coûts d’installation et de maintenance.
Aujourd’hui ?
Avec la fabrication additive, les coûts de mise en place sont pratiquement éliminés.
Au final ?
La création d’une petite série de pièces devient plus accessible à moindre coût. Vous pouvez désormais personnaliser votre production en fonction des demandes clients, ce qui vous différencie de vos concurrents.
L’impact de la fabrication additive sur votre Supply Chain
La fabrication additive présente certains avantages distincts pour votre Supply Chain.
• Simplification de la chaîne logistique.
• Souplesse, proximité et réactivité immédiate.
• Davantage de maîtrise entre l’offre et la demande client.
Creusons un peu…
Avec la fabrication traditionnelle, l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement peut prendre des mois et nécessiter un investissement (des millions ou des milliards d’euros) qui ne peut être récupéré que par une production en grande série.
Avec la fabrication additive, la plupart des étapes intermédiaires de votre chaîne d’approvisionnement sont supprimées.
C’est-à-dire ?
La vitesse à laquelle vous pouvez obtenir une seule pièce ou une petite série de pièces est beaucoup plus rapide. Car vous pouvez envoyer un plan de votre pièce directement du PC à l’imprimante 3D.
Votre imprimante 3D peut être à proximité de votre client final ou de votre entreprise. La logistique de transport peut être réduite à un circuit court de quelques km. Rien à voir avec une fabrication délocalisée en Asie puis rapatriée en Europe.
Encore mieux ?
Vous pouvez faire face au cauchemar de la Supply Chain avec sérénité : une rupture d’approvisionnement pour un type de pièce qui met à l’arrêt votre fabrication et vos ventes !
Vous n’êtes plus tributaire d’une brutale interruption de votre production.
Car vous pouvez en urgence produire cette pièce à proximité. Le surcoût d’une fabrication additive en petite série est compensé par une forte diminution de vos coûts logistiques.
Les bonnes questions à vous poser avant d’adopter la fabrication additive
Elles sont au nombre de trois :
- Quel est votre chaîne de valeur ?
- Quels sont les gains de performance recherchés ?
- Quel est l’impact sur votre Supply Chain ?
1. Cartographiez votre chaîne de valeur.
En règle générale, la fabrication additive n’utilise que les matériaux nécessaires à la pièce. C’est un énorme avantage pour réduire les déchets pendant la production.
Elle ne connaît pas non plus les longs délais d’exécution qu’implique généralement la fabrication de moules, de pièces moulées et de pièces finies dans certains matériaux.
Mais il y a un problème :
Votre capacité à faire évoluer votre fabrication repose uniquement sur l’ajout de plus en plus d’imprimantes 3D. Comparé à la fabrication massive sur ligne de production, cela n’apporte pas de valeur.
Un autre aspect important :
Si vous cherchez à réduire les délais et les déchets, la fabrication additive peut faire exactement cela. Elle peut ramener votre rapport Achat/Vente à presque 1:1, contre 30:1 dans de nombreuses méthodes traditionnelles.
C’est particulièrement important lorsque vous travaillez avec des métaux très chers ou précieux, notamment si les produits sont en édition limitée ou à faible tirage.
Vous avez besoin de pièces utilisables presque immédiatement ?
Passez par la fabrication additive pour les obtenir. Vous n’avez pas besoin d’attendre un long délai pour créer un nouvel outillage.
Enfin comparez, comparez et comparez :
La fabrication additive peut diminuer le nombre d’étapes d’un processus de production, tant au niveau de la fabrication d’outils que de la fabrication directe. Vous réduisez ainsi la nécessité d’un assemblage manuel, jusqu’au point où l’assemblage complet de la pièce pourrait être imprimable.
Comparez donc le coût global entre une production aux méthodes conventionnelles et une autre avec la fabrication additive, en fonction des quantités, du stockage, du coût des matériaux, de l’énergie, de la main-d’œuvre, des machines.
2. La conception axée sur la performance
Une des plaies de la fabrication traditionnelle ?
Lorsqu’une modification de la conception doit être apportée plus tard dans le processus, en particulier après la fabrication de l’outillage, les coûts de cette modification augmentent considérablement.
Que se passe-t-il souvent ?
Ces coûts sont suffisamment élevés pour que la modification de conception ne soit pas mise en œuvre (à moins que le produit ne présente un défaut critique).
Cela signifie que les modifications mineures de la conception, des améliorations, ne seront probablement pas intégrés au produit avant un stade beaucoup plus avancé, lorsqu’un nouvel outillage sera nécessaire.
Les technologies d’impression 3D peuvent atténuer ces problèmes en fournissant des délais très courts pour des pièces et des outils qui peuvent facilement intégrer une modification de conception.
C’est-à-dire ?
Au lieu de décourager les changements de conception, une entreprise peut se concentrer sur la fabrication du meilleur produit sans avoir à se soucier des effets que cela aurait sur les délais et les coûts de production.
Le bénéfice final ?
Avec des produits de meilleure qualité, vous êtes en mesure d’obtenir et de conserver des clients plus satisfaits, moins de produits retournés et une meilleure réputation.
Un dernier point :
Les processus de fabrication additive peuvent réduire considérablement, voire éliminer, la quantité totale d’outillage nécessaire, et réduire les coûts in fine.
3. Réduire l'encombrement fait du bien aussi à votre Supply Chain
Chaque pièce nécessaire dans un assemblage augmente la quantité de fixations, d’attaches, de colle, etc.
Au final ?
Tout cela ajoute du poids, de l’encombrement, du coût et de la complexité à l’assemblage.
En bref ?
Moins il y a de pièces dans un assemblage, plus celui-ci sera performant.
Comment faire ?
Les pièces en impression 3D peuvent être fabriquées dans un état plus complet. Vous réduisez la quantité de « tissu conjonctif » nécessaire pour les assembler et diminuez le nombre de parties différents à fabriquer.
De nombreux matériaux utilisés aujourd’hui sont si compétitifs qu’ils peuvent facilement égaler les matériaux traditionnels en termes de performances et spécifications.
Un autre avantage ?
La réduction du nombre de pièces signifie moins de fixations, donc moins de coûts et moins de poids dans l’assemblage.
• Vous avez moins de pièces dans la chaîne d’approvisionnement.
• Moins de pièces qui se cassent.
• Et moins de pièces à remplacer.
La réduction du nombre de maillons de la chaîne d’approvisionnement permet de réduire la logistique, l’expédition, le temps de sous-traitance et l’énergie.
La fabrication additive peut-elle devenir un de vos moyens de production ?
Capable de combiner différents matériaux dans une même impression, la fabrication additive ouvre de nouvelles perspectives dans les moyens de production conventionnels.
L’industrie, la médecine, les transports, l’aéronautique et bien d’autres domaines l’utilisent pour tous les avantages que ce moyen de fabrication offre :
- La rapidité.
- L’externalisation.
- L’aspect écologique.
- La réduction des coûts.
- La facilité de fabrication.
- La logistique en circuit court.
- La personnalisation des produits.
- Un panel de différents matériaux.
Ces avantages sont tout sauf négligeables pour votre entreprise.
Et si nous en parlions ensemble ?
(1) https://news.pminnovationblog.com/blog/80-weight-savings-and-5-more-advantages-why-additive-manufacturing-boosts-hydraulic-systems
(2) https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0322259EN/industrial-scale-3d-printing-continues-to-advance-at-bmw-group
(3) https://www.vectoflow.de/en/technology/manufacturing/
(4) https://develop3d.com/profiles/mission-control-eos-tech-additive-manufacturing-ariane-group-3d-printing/
(5) https://group.mercedes-benz.com/sustainability/corporate-environmental-protection/3d-print.html
