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La dynamique universelle de la fabrication additive

La dynamique universelle de la fabrication additive

by Gaëtan Lefèvre1 décembre 2017
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Il y a trois ans et demi, l’AFPR (Association française du prototypage rapide et de la fabrication additive) appelait
à la création d’un « institut national de la fabrication additive ». Aujourd’hui, celui-ci fait cruellement défaut à tous ceux qui cherchent LE guichet d’entrée du domaine.

Par Alain Bernard, professeur des universités à l’École centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR, et Georges Tallandier, président de l’AFPR.

Ceux qui souhaitent analyser les possibilités de ré- industrialisation se retrouvent démunis, face à une offre multiple et difficile à décoder. Il y a plus de vingt-cinq ans, le problème était déjà le même. Comment expliquer à des acteurs de la mécanique traditionnelle que ces technologies alternatives peuvent apporter des solutions à la fois techniques et économiques, en rupture avec certaines pratiques, tout en faisant appel à des savoir-faire ancrés dans nos usages ? Des benchmarks et des soutiens d’experts sont souvent indispensables. Mais qui contacter ? Vous avez dit « experts » !

S’adapter à l’évolution de l’offre

Celui qui cherche un service simple se retrouve confronté sur Internet à un magma de sources… à condition qu’il sache définir son besoin. Pour cela, il existe des réseaux structurés qui proposent des services de fabrication, mais concernant les benchmarks, il faut connaître les entreprises de service, leurs domaines de compétence, leurs technologies de fabrication, etc. En France, il existe une trentaine de sociétés de service structurées capables de répondre à des besoins industriels. Le Carnot et le CETIM se sont mobilisés pour cartographier le monde français du domaine : un travail louable, mais comment cette « base de connaissance » est-elle capable d’évoluer de manière dynamique en fonction de l’évolution de l’offre ?

L’AFPR continue donc à former, à renseigner et à accompagner les acteurs qui entrent sur le marché, avec des niveaux de maturité extrêmement différents. Les questions sont nombreuses concernant les matériaux, la précision, les technologies… mais aussi concernant les phases en amont et en aval de la chaîne de valeur. Les enjeux sont énormes !

Pour concevoir une pièce répondant à un cahier des charges, il faut déjà pouvoir définir ce dernier dans un système de conception qui a déjà fait ses preuves. Mais de quel système de conception parle-t-on ? Optimisation topologique ? Lattices ? Approche fonctionnelle ? Quelles suites logicielles ? Dans la plupart des cas, le concepteur dispose de logiciels de simulation pouvant déterminer les risques majeurs qui empêcheraient le processus technologique d’être conforme aux spécifications fonctionnelles et non fonctionnelles. En fabrication additive, peu d’acteurs disposent d’un savoir-faire suffisant pour assurer la conformité de la pièce produite. Et cela, pour deux raisons primordiales : tout d’abord, les logiciels n’apportent pas les services et fonctionnalités attendus ; d’autre part, les paramètres technologiques des procédés sont souvent limités et calibrés pour un matériau donné, même si celui-ci évolue avec des solutions machines de plus en plus ouvertes. Certes, tout le monde ne souhaite pas posséder de machine « ouverte » et certaines pièces nécessitent plus d’un mois de fabrication en continu. Ceci est très fragile et l’on s’attend à des ruptures technologiques.

Aux portes de la rupture technologique ?

Des constructeurs proposent aujourd’hui des solutions multi-sources. Ces technologies complexifient le pilotage au regard des contraintes résiduelles, surtout concernant les matériaux métalliques. D’autres com- binent les sources, comme le laser avec faisceau d’électrons, par exemple. Les limites de rupture attendues n’ont cependant pas encore été franchies, même si de nouveaux principes physiques sont opérationnels en laboratoire, voire en préqualification industrielle.

Verrons-nous le pilotage des machines par la simulation ? En anticipant un peu, la simulation sera-t-elle capable de déterminer les conditions optimales de fabrication ? Pourra-t-elle capable d’envoyer au système de commande du procédé les paramètres adéquats, avec les conditions optimales ? Nous n’en sommes pas si loin !

Dans un tel contexte, nous sommes en permanence inter- pellés par des acteurs à la recherche des meilleures informations pour gagner du temps et définir une approche claire entre « make or buy ». La plupart des grands acteurs ont lancé des projets collaboratifs de grande ampleur a n de préparer les évolutions prévues.

Existe-t-il un seul CHU en France qui n’ait pas de pro- gramme de prospective ou qui n’ait pas été approché par des vendeurs de technologies, tant de numérisation que de fabrication additive ? Devons-nous former les futurs chirurgiens aux technologies de fabrication additive ou aux technologies logicielles permettant de passer d’une information numérique à leur exploitation pour la prépa- ration des opérations ? Sommes-nous capables de généraliser la personnalisation des dispositifs médicaux ? Arriverons-nous à gérer leur cycle de vie et à partager les informations entre tous les acteurs de la chaîne de valeur ?

L’industrie est souvent montrée comme le fer de lance de la dynamique de l’évolution actuelle du développement de la fabrication additive. Tous les secteurs sont concernés, de l’énergie aux transports, en passant par la maintenance et la réparation. D’ici quelques années, des projets pilotés par de grands industriels seront achevés. Les innovations pourront asseoir la fabrication additive comme une composante clé d’un nouveau modèle économique international. La connaissance des cycles de vie des produits sera alors capitale afin de s’appuyer sur le savoir-faire acquis et sur les statistiques d’utilisation et de durée de vie des composants. De grandes évolutions économiques sont en train de se mettre en place afin de mieux maîtriser les modèles d’entretien de systèmes ayant un long cycle de vie. Il faut, pour cela, que les technologies soient efficaces, répétitives, robustes et que le TRS effectif soit à la hauteur des besoins de productivité.

Quels enjeux demain ?

Aujourd’hui, de nombreux acteurs adoptent une chaîne de valeur qui ne se contente pas de copier des pièces optimisées pour d’autres technologies que la fabrication additive. Ils prennent en compte la productivité, l’intégration numérique, l’optimisation de la consommation de l’énergie et de celle des matériaux, etc. Comment faire pour que l’ensemble de la chaîne de valeur évolue à la même vitesse et que cet ensemble demeure solide quelles que soient les évolutions à venir ? Les technologies doivent être maîtrisées dans des délais extrêmement courts.

À quoi peut-on s’attendre demain ? À de nouveaux matériaux ? Sans aucun doute ! À de nouveaux principes physiques ? Sans aucun doute ! À de nouvelles suites logicielles ? Certainement ! Mais on observera égale- ment l’émergence de solutions robotiques intégrées, comme celles utilisées pour construire des structures de maisons, le tout dans des environnements de plus en plus automatisés.

De grands enjeux sont systémiques. Une erreur de choix sur les post-traitements, sur les stratégies de construction, de conception ou de préparation de la fabrication (placement et orientation) peut tout anéantir. Aujourd’hui, peu d’acteurs possèdent cette connaissance. L’enjeu est donc bien de former des professionnels, en nombre suffisant, et de posséder des outils de production à la hauteur de la demande. Pour cela, les entre- prises de service sont-elles de taille suffisante ? Les capa- cités pour sécuriser les filières technologiques, en termes de qualité et de traçabilité, sont-elles accessibles ?

Il est devenu indispensable de partager les savoirs et les bonnes pratiques. L’AFPR s’y emploie. La dernière édition des Assises Européennes de la Fabrication Additive a réuni plus de 140 participants autour de divers sujets. La qualité, l’hygiène et la sécurité sont des thèmes qui ont été particulièrement débattus. Pour la première fois, une session sur la « construction » a eu lieu. Les grands acteurs français du domaine ont répondu pré- sent. Les applications numériques également ont été largement présentées et débattues.

Les Trophées de l’AFPR ont été attribués : pour la « meilleure étude », à l’université de Nantes pour son procédé BâtiPrint 3D dans le cadre du projet Yhnova ; pour la « meilleure pièce », à Irepa Laser qui a conçu une ébauche de pièce de révolution de grand diamètre (670 mm) en alliage de titane ; et pour la « meilleure appli- cation », à la société TPSH pour ses solutions de contrôle de fabrication.

En conclusion, nous dirons que les enjeux sont multiples, à la fois pour « apprendre », mais aussi pour pouvoir « réagir ». Il est important de dire combien le potentiel scientifique et technique français est sérieux. Les laboratoires et différents organismes de recherche s’intéressent au domaine de la fabrication additive. Les entreprises sont à la tête de processus d’évolution technologique qui vont avoir une influence certaine sur l’ensemble de la chaîne de valeur.

Dans tous ces domaines de compétence, la fabrication additive est un formidable vecteur de développement économique. Encore faut-il que les acteurs prennent le temps de consolider l’ensemble de la chaîne de valeur avec une vision systémique toujours plus affirmée. Une réelle dynamique universelle est en marche dans le développement de la fabrication additive.

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Gaëtan Lefèvre

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