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Fabrication additive – Quelles solutions pour les entreprises ?

Fabrication additive – Quelles solutions pour les entreprises ?

par Gaëtan Lefèvre26 février 2016
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Souvent annoncée comme une des technologies de demain, la fabrication additive est, en réalité, déjà bien ancrée dans notre présent. Différentes solutions s’offrent aux entreprises souhaitant l’approcher, l’essayer et l’intégrer.

Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.

 

La fabrication additive est une technologie adaptée à tous les secteurs d’activités industrielles : automobile, aéronautique, médical, dentaire, outillage, etc. Elle permet une production rapide et souple de pièces à partir de données CAO 3D. Elle permet d’accélérer le développement d’un produit, d’offrir une plus grande liberté de conception puisqu’elle n’est pas limitée en terme de complexité de formes, d’optimiser les structures de pièces et d’intégrer de nouvelles fonctions. Elle ne révolutionne pas seulement le mode de fabrication mais également les schémas économiques et même sociaux. Les entreprises souhaitant l’intégrer doivent repenser en partie leur stratégie industrielle afin d’être en mesure de profiter pleinement des avantages de cette technologie. La fabrication additive représente, généralement, un investissement matériel certain (logiciels, machines de production et de tests) mais aussi humain (définition de la stratégie, mise en place de formations). Plusieurs solutions s’offrent aux entreprises pour répondre à leurs besoins.

La réflexion doit être menée au cas par cas selon le domaine d’application et les secteurs d’activité : prototypage, outillage, production…, et en fonction des critères dimensionnants : taille, matériau, quantité à produire, etc.

De la stéréolithographie à la fusion laser, en passant par la projection de poudres, les procédés de fabrication additive sont déjà nombreux. Cette technologie suscite l’intérêt de nombreux industriels. Elle est très différente des autres méthodes de fabrication. À tel point que les entreprises ne peuvent pas, et ne doivent pas, l’utiliser pour substituer une autre méthode. Son intégration nécessite une réflexion plus globale : conception de la pièce, choix du procédé de fabrication et des matériaux, normalisation, etc. Les fabricants et les sous-traitants offrent aux entreprises un accompagnement permettant une bonne appréhension des différentes technologies. Cet article a pour objectif de lister les offres disponibles. Cependant, se renseigner de manière plus précise auprès des fournisseurs reste un élément clé dans l’identification et le choix d’une stratégie.

INTÉGRATION DE LA TECHNOLOGIE

L’intégration de la fabrication additive en interne est une des solutions pour s’approprier cette technologie. Plusieurs démarches sont possibles en fonction des besoins et de l’investissement décidés. Une société peut facilement choisir d’équiper son bureau d’études d’une imprimante 3D pour réaliser des pièces en polymère à des coûts relativement faibles pour valider une forme ou un design. « Cette démarche, les grandes sociétés l’ont plus ou moins effectuée pour leur besoins propres », nous explique Georges Taillandier, président de l’Association française de prototypage rapide (AFPR). Les secteurs de l’aéronautique ou de l’outillage ont bien intégré cette technologie. Des sociétés automobiles comme Audi avec son entité Audi Toolmaking ou Opel sont aussi de bons exemples.

Une démarche longue et couteuse

L’investissement financier pour intégrer cette technologie dépend principalement du type de machines et de matériaux. Si les machines permettent aujourd’hui de produire des pièces en différents matériaux (polymères, métalliques…) et de différentes tailles, la quantité des offres reste assez inégale en fonction des matériaux recherchés. En effet, il existe des dizaines voir des centaines de fabricants pour les technologies de filaments plastiques, ces derniers sont moins nombreux pour les machines utilisant des matériaux métalliques ou céramiques.

Tableau machine prix wohlers 2013

Les prix du tableau (attention certaines sociétés nous ont contacté pour nous dire que les prix n’étaient pas corrects et que certaines machines n’existaient plus) précédent nous indiquent les ordres de grandeur pour le prix des machines parmi les plus remarquées en 2013. Depuis quelques années, de nombreux brevets tombent dans le domaine public, impactant directement le coût des imprimantes. En 2009, la fin des brevets des procédés FDM a entraîné une croissance forte du marché de la fabrication additive. En 2014, ce sont les brevets concernant la technologie par fusion laser (SLS) qui sont parvenus à expiration et, en 2017, ce seront ceux de la technologie EBM. Malgré cela, les coûts des machines industrielles restent élevés. Pour faire face à ces coûts, des plateformes communautaires se sont développées. Des entreprises se regroupent ainsi pour partager les dépenses nécessaires au passage à la fabrication additive et mettre en commun leurs savoirs.

L’intégration de cette technologie nécessite, également, de susciter l’intérêt des utilisateurs, notamment en les formant (voir l’article Des formations adaptées pour tous les acteurs). Elle sera facilitée lorsque les étudiants et les professionnels seront formés par un cursus dédié, que ce soit dans la conception, la fabrication ou même le contrôle de qualité. Former en interne des employés est une démarche longue et coûteuse. Aujourd’hui, les industriels souhaitent donc voir se développer des modules d’enseignements spécifiques intégrés dans les filières BTS, DUT, écoles d’ingénieurs et cycles Licence-Master-Doctorat (LMD) d’universités. Les diplômés deviendront alors force de proposition dès leur embauche.

Internalisation de la R&D et de la production

Si les démarches sont longues et complexes, l’intégration de la fabrication additive favorise la montée en compétences des entreprises impliquées et permet ainsi aux acteurs intéressés de mener des travaux de R&D sur les processus et les matériaux. Réalisés en interne, ces travaux sont mieux protégés vis-à-vis de la concurrence. « Par exemple, dans l’aéronautique, Safran est en train de rentrer plusieurs machines pour passer à la production de série. L’entreprise a besoin de maîtriser la technologie pour plus de confidentialité », nous expose André Surel, directeur d’EOS France. Cela implique de modifier sa stratégie industrielle et d’accompagner des changements dans plusieurs secteurs de la société : la R&D, les achats, la production, la gestion prévisionnelle des emplois et des compétences (GPEC).

Afin d’accompagner leurs clients, les fournisseurs de machines telles qu’EOS Gmbh ne se limitent plus à un simple rôle de fabricants et de vendeurs. « L’offre est globale : machines, consommables, formations, installation, logiciels ainsi que du consulting pour aider les clients à l’intégrer », explique André Surel. « Une partie pédagogique accompagne la vente de cette technologie. Nous travaillons, également, avec les clients pour les aider à développer des nouvelles applications. Le consulting est essentiel dans notre travail. »

Une meilleure intégration de ces technologies permet également de mieux maîtriser certains impacts sur les coûts tels que :

  • les coûts liés au développement de produits (le prototypage est réalisé en interne sans outillage et la modification du prototype est possible en un temps très court) ;
  • les coûts de post-processing ;
  • les coûts liés au contrôle qualité grâce à l’installation de logiciels de contrôles dédiés ;
  • les coûts de transport et le bilan carbone.

Des entreprises intègrent actuellement ces différents équipements dans le but de les tester, de caractériser la technologie et d’en étudier le retour sur investissement.

Si la fabrication est intégrée, la technologie nécessaire à la finition des pièces n’est pas toujours disponible en interne. Des pièces issues de la fabrication additive peuvent ainsi être envoyées à des usineurs ou des spécialistes des traitements de surfaces pour assurer leur finition. En réponses à des exigences contraignantes, certaines de ces entreprises utilisent des technologies de pointes tel que le procédé d’ébavurage et de polissage mécano-physico-chimique développé par MMP Technology (BINC Industries à Saint-Priest). Cet aspect doit également être intégré à la réflexion.

Enfin, l’intégration de la fabrication additive en interne nécessite de respecter certaines conditions d’installation : des normes électriques ou environnementales, les règles définies par les CHSCT, etc. Ces normes vont dépendre du type de machines, de matériaux utilisés et de pièces produites. Face à ces exigences européennes d’installation de machines, la certification DEKRA peut vous accompagner.

SLM Multistation a3dm magazine

SOUS-TRAITER LA FABRICATION

L’obsolescence des machines dues au développement rapide de nouvelles technologies pose la question de l’investissement. L’intégration nécessite des ressources financières et humaines importantes. Le coût des machines, le personnel formé, l’environnement sécurisé sont autant de freins qu’il faut lever pour intégrer la fabrication additive à son processus de production. Pour soutenir et accompagner les entreprises, des sociétés sous-traitantes comme Poly-Shape ou Prismadd, ont développé leurs équipements, leur organisation et leur personnel pour répondre à ces applications.

Un accompagnement

Avant même de mettre en place une démarche pour déployer la fabrication additive, les donneurs d’ordres ont besoin d’informations sur les procédés et leurs applications (conception, finition, contrôles). Si, les sous-traitants assistent les entreprises et les bureaux d’études dans la conception et la fabrication, ils proposent également un accompagnement intellectuel dans la découverte de cette technologie. « Nous avons intégré, chez nous, un bureau d’études spécialisé dans la fabrication additive. La technologie n’étant pas encore acquise par le client, nous avons une dizaine de personnes disponibles pour assurer un haut niveau de co-ingénierie. Nous avons aussi, en interne, un laboratoire de métallurgie permettant de réaliser des analyses poussées », explique Stéphane Abed, président de la société Poly-Shape.

La fabrication additive est une technologie émergente. La vitesse à laquelle se développent les procédés et les technologies limite le renouvellement matériel pour une entreprise. Un des avantages de la sous-traitance est d’avoir accès à un parc machine continuellement renouvelé. Aujourd’hui, par exemple, des entreprises comme Poly-Shape investissent régulièrement dans de nouvelles machines. Cette dernière en a intégré huit nouvelles cette année dont une à quatre têtes lasers. Ces entreprises ont l’obligation de renouveler régulièrement leur parc machines pour rester compétitives.

Dans le montage d’un projet, il est important de prendre en compte la proximité géographique et les capacités d’accompagnement. Le sous-traitant doit pouvoir expliquer l’intérêt, ou non, de cette technologie. « Il faut, aujourd’hui, impliquer les clients dans la compréhension de ce nouveau procédé de production, afin qu’ils puissent l’intégrer au plus vite dans leur projet. Nous les invitons à venir voir comment cela se passe et à s’imprégner de ce procédé », expose Stéphane Abed. Il est important que les discussions entre les acteurs aient lieu en amont de la phase de développement, que le client soit impliqué dans la production et que les sous-traitants puissent être réactifs sur les projets.

Un partenariat

Comment sélectionner votre sous-traitant ? Certains sous-traitants répondront mieux à la production de pièces métalliques alors que d’autres le feront pour les pièces polymères. Certains usineurs se lancent aussi avec succès dans l’utilisation de ces technologies notamment pour la réalisation des ébauches. En fonction de vos besoins, différents critères sont à prendre en compte. La cadence d’impression est aussi un facteur important, comme les dimensions des chambres des machines. L’approche sera également différente si vous possédez ou non un bureau d’études. « Pour les PME qui ne possèdent pas de bureau d’études en interne, il leur faut absolument une entreprise capable de gérer la conception et la fabrication », nous explique Philippe Rivière, président de Prismadd.

Si la sous-traitance est une solution intéressante pour la production, elle permet aussi une phase d’essai dans une démarche d’intégration. « Aujourd’hui, l’intérêt est d’utiliser les sociétés de service qui sont connues et reconnues. Certaines ont des qualifications dans des domaines spécifiques : automobile, aéronautique ou autres. Je conseillerais l’utilisation de ces sociétés avant d’intégrer la fabrication soi-même », recommande Georges Taillandier, président de l’AFPR. La fabrication additive nécessite une nouvelle réflexion, une nouvelle vision. Il n’y a « aucun sens à utiliser la fabrication additive pour faire de l’existant ». Des étapes d’apprentissage de cette technologie et de prise en compte de ses applications sont nécessaires pour son utilisation.

« Les différents experts interrogés s’accordent à dire que l’offre de sous-traitance sur la partie polymères est déjà suffisamment étoffée. L’offre pour la partie métallique est moins développée », avance l’étude L’impression 3D – État des lieux et perspectives réalisée par la DIRECCTE, en partenariat avec la CCI Centre et le fablab d’Orléans, datée de décembre 2014.

CONCLUSION

La stratégie de déploiement à adopter dépend du besoin : valider un design, concevoir un prototype, une production en petite série… et du moment choisit pour utiliser ces technologies : en phase de test ou de production, par exemple ; mais aussi du type et du nombre de machines souhaitées ou nécessaires. Aujourd’hui, la fabrication additive n’est pas connue pour être adaptée à la production de volumes importants. Pourtant certains grands industriels annoncent le contraire et commencent à communiquer sur leurs expériences restées un temps confidentiel. Elle n’est pas non plus réputée capable de fabriquer des pièces mécaniques de grande taille. Pourtant Thales Alénia Space et Polyshape ont étudié et produit ensemble une pièce en aluminium d’une taille déjà imposante (plus de 600 mm). Le domaine des possibles s’étend rapidement, les frontières tombent.

La normalisation favorisera le déploiement futur de ces technologies. Nous savons fabriquer les pièces mais pas forcément les garantir dans le temps, ni certifier leur fiabilité. Il existe toutefois des contrôles et des méthodes qui garantissent la qualité des pièces au fil de la production (voir l’article Contrôle et mesure, un enjeu pour la fabrication additive). Des normes commencent à exister. Pour se renseigner sur ces dernières, les entrepreneurs peuvent se tourner vers l’Union nationale pour la normalisation (UNN). L’UNN 920 a en charge la fabrication additive, pour la France, l’ASTM F42 et l’ISO 261 pour les États-Unis. A3DM Magazine traitera de la normalisation dans de prochains numéros.

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DE NOUVELLES SOCIÉTÉS DE SERVICE

Avec l’émergence de cette nouvelle technologie, se développent de nouveaux services basés sur des modèles économiques et sociaux innovants. Par exemple, des plateformes en ligne mettent en contact des professionnels, par processus de géolocatisation, pour réaliser des impressions 3D. Ces nouveaux services accélèrent le déploiement de cette technologie. « En 2013, nous avons commencé à connecter des imprimantes 3D à l’échelle mondiale sur une plateforme en ligne afin de les rendre plus accessibles au niveau local », nous explique Simon Martin, responsable des relations publiques chez 3D Hubs. Que vous soyez un concepteur de produits à la recherche d’une gamme de matériaux pour un prototype ou un auto entrepreneur à la recherche d’une solution de fabrication additive parmi les différents procédés, ces plateformes peuvent répondre à vos besoins. Malheureusement, il est encore difficile, voire impossible, d’être accompagné dans la démarche de conception.

Des sociétés comme Fairphone ont su profiter de ces nouveaux services pour créer et développer leur offre. Cette dernière a lancé une gamme d’accessoires de smartphones imprimés sur demande avec un matériau rassemblant des fibres de bois recyclées et du bioplastique PLA. Les clients ont uniquement besoin de procéder à l’achat sur la boutique en ligne pour se faire livrer l’accessoire ou aller le récupérer directement sur le site de production. Ce procédé de fabrication permet à la société de supprimer des transports ou une surproduction inutile.

« Nos clients vont de simples curieux souhaitant essayer l’impression 3D pour la première fois à ceux utilisant la technologie depuis des décennies et ayant de nouveaux désirs », explique Simon Martin. Ces nouveaux services basés sur des offres innovantes aident à développer la technologie et à la démocratiser.

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Gaëtan Lefèvre
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