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Les impacts durables de la fabrication additive sur la gestion de la chaîne logistique

Les impacts durables de la fabrication additive sur la gestion de la chaîne logistique

par Gaëtan Lefèvre19 avril 2016
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La fabrication additive impacte et modifie les chaînes de logistiques traditionnelles. Les sociétés doivent, dès aujourd’hui, prendre en compte cette technologie et réfléchir à leur modèle de production de demain.

Par Giorgio Magistrelli, expert fabrication additive, gestionnaire d’entreprises et de projets.

 

La fabrication additive part de l’utilisation de dessins numérisés en trois dimensions (3D), d’un produit réalisé par conception assistée par ordinateur (CAO). Elle passe ensuite par un stade de fabrication par processus additif de couches successives de matériau sous contrôle informatique. La conception d’un nouveau produit par fabrication additive a donc des impacts directs sur les chaînes logistiques traditionnelles.

Le producteur, le consommateur et le « prosommateur »

Le processus de fabrication additive est généralement indiqué en cinq grandes étapes (figure 1) : à partir d’un modèle 3D, il est généré un fichier .STL ou .AMF sur lequel sont calculées des coupes perpendiculairement au sens de fabrication (le processus de « tranchage »), la fabrication elle-même et le traitement final de la pièce. La fabrication additive modifie l’échange traditionnel entre le producteur et le consommateur. Par exemple, les systèmes de production peuvent se situer dans les locaux du consommateur. L’utilisateur devient donc à la fois producteur et consommateur, soit « prosommateur » (= producteur/professionnel et consommateur). Les designers, quant à eux, peuvent indifféremment travailler dans les mêmes locaux ou travailler à distance.

Processus fabrication additive a3dm magazine

Les impacts sur la chaîne logistique

La fabrication additive présente de nombreux avantages, dont la plupart sont strictement liés à des effets positifs sur la gestion de la chaîne logistique, tout en réduisant fortement le temps de développement des produits et des coûts. Étant une technologie liée au numérique, elle permet d’augmenter la qualité du design, tout en réduisant le temps de mise sur le marché, notamment en diminuant les transports entre les différentes phases de fabrication. Le schéma, ci-dessous, montre bien les principaux avantages de la fabrication additive. Les flèches indiquent les transports de moules et de produits qui pourraient être évités ou réduits en utilisant ces techniques, en supposant évidemment que le fabricant possède les matériaux nécessaires.

Réduction des cycles de production

L’impact de la fabrication additive sur les chaînes logistiques traditionnelles pourrait être énorme. La réduction des cycles et des coûts de développement de produits peuvent être réalisés en même temps que les cycles d’innovation rapides. La fabrication additive a été utilisée, dans un premier temps, en tant que prototypage rapide pour l’examen de designs et la validation concernant le développement de nouveaux produits. Elle offre également la possibilité de créer un nombre limité d’essais et de modèles. À l’inverse, avec les technologies traditionnelles, créer des versions pilotes de produits est un processus coûteux et long.

Fabrication traditionnelle additive a3dm magazine

De Paris à Pékin, le coût pour la distribution d’un fichier numérique est universel. Il ne représente rien en comparaison de l’expédition physique d’un produit. Peu importe où vous vous trouvez dans le monde, les produits distribués numériquement peuvent être téléchargés à un coût minime.

Secrets industriels

Un aspect souvent sous-estimé et spécifiquement lié à l’impact de la fabrication additive sur la chaîne logistique est la protection renforcée de la confidentialité du design industriel et des secrets et informations commerciaux. Bien que de nombreux États européens – comme la France – prévoient des sanctions pour les entreprises en matière de responsabilité pénale1 et civile2 pour la violation des secrets commerciaux commise au nom ou pour le compte d’une société, il est toujours conseillé de se protéger et de prévenir, plutôt que d’obtenir une compensation après une infraction. Dans les chaînes de fabrication additive, la proximité des designers en CAO avec les services de fabrication limite le partage de fichiers, repoussant ainsi la protection du secret industriel au plus haut niveau. Lorsque les multinationales utilisant des systèmes de fabrication additive sont situées à distance des centres de R&D, la sécurité porte sur la cybersécurité, les systèmes de technologies de l’information et de la communication (TIC) ainsi que la protection des infrastructures. Bien que limitées dans la transmission des fichiers et des TIC, des mesures de protection doivent être mises en place afin de se protéger de cyber-attaques.

Fabrication finale, distribution instantanée et mondiale

Le temps de production réduit et la personnalisation des produits sont des impacts directs de la fabrication additive. Chaque produit peut être fabriqué sans machine d’usinage ou nouvelle ligne d’assemblage. Les coûts de production sont donc considérablement réduits. Cette technologie s’intègre parfaitement au monde moderne qui exige des produits « à la demande » et personnalisés. Les gains de coûts et de temps sont directement liés à la substitution du transfert physique de marchandises ou d’outils par un simple envoi de fichiers numériques. En revanche, les entreprises doivent prendre en compte les matériaux nécessaires à la production. Dans certains cas particuliers, les compagnies pourront même produire leur matériau, par exemple atomiser dans le cas du titane, et donc s’adapter en interne.

Approvisionnement

Dans la fabrication traditionnelle, l’approvisionnement centralisé peut avoir des effets négatifs sur l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement, en particulier pour les multinationales. L’utilisation de la fabrication additive modifie grandement les chaînes d’approvisionnement et de fabrication, notamment en relocalisant en Europe la production anciennement externalisée. Même si, pour de nombreux produits standardisés, la production traditionnelle de masse reste toujours l’option la plus avantageuse, les techniques de fabrication additive représentent une grande opportunité. L’exemple le plus représentatif porte sur la conception et la fabrication de pièces complexes. Pour répondre à cette demande, certains fournisseurs peuvent être substitués par des sous-traitants rodés à la fabrication additive et produisant sur place (voir l’article « Quelles solutions pour les entreprises ? » paru dans le premier numéro d’A3DM Magazine ou sur le site Internet).

Consommation de matériau

Un autre impact direct sur les marchés, portant particulièrement sur la réduction des coûts, est la possibilité de réduire la consommation de matériaux, de diminuer la production de déchets et de limiter, voire supprimer totalement, la surproduction. Comme les exigences de nouveaux matériaux continuent d’évoluer, les défis pour les achats sont liés à l’identification de fournisseurs compétents et au travail commun. Les matériaux pour la fabrication additive restent encore chers pour une production de grande quantité (voir l’article « Les Matériaux – chiffres, descriptif et standardisation » dans le premier numéro d’A3DM Magazine ou sur le site Internet). Une analyse des coûts et des avantages des pièces pourrait également être réalisée en interne. Il faudra tenir compte de facteurs tel que la nature exclusive de certains designs ainsi que la commodité en matière de timing et de coût de fabrication par rapport aux techniques de soustraction.

Pièces de rechange disponibles en permanence et instantanément

Au cours du processus de fabrication traditionnelle, la production nécessite des stocks de pièces de rechange pour pouvoir réparer les produits et les outils dans le cas où ceux-ci se cassent ou sont endommagés. Le coût de production, de stockage et de distribution de ces pièces de rechange est important. Avec la fabrication additive, les pièces de rechange peuvent être fabriquées sur place et à la demande. Leur coût ainsi que le temps de fabrication et de livraison sont donc considérablement réduits. Et la production porte uniquement sur les pièces nécessaires.

Le délai de mise sur le marché et la production de pièces de rechange sur place et à la demande sont des avantages importants de la fabrication additive dans la chaîne d’approvisionnement. Généralement, lorsqu’une pièce est cassée ou détériorée, il faut attendre plusieurs jours, voire plusieurs semaines, pour pouvoir recevoir la pièce de rechange. Ce processus est long et coûteux. En cas de pièces ou de systèmes dont la production a été arrêtée, la situation peut devenir encore plus complexe. Lorsque les produits ont été numérisés, les pièces de rechange peuvent toujours être téléchargées et les besoins de stockage sont faibles. La fabrication additive permet de simplement télécharger et imprimer la pièce demandée, à condition, bien sûr, qu’il y ait un accès à des imprimantes sur place ou à proximité.

Le secteur aéronautique

Différents secteurs peuvent bénéficier de ces avantages liés à la fabrication additive. L’industrie aéronautique en est un bon exemple. Contrairement aux entreprises de production de masse, elle est en grande partie basée sur des volumes limités et une faible production de pièces de rechange. Le dernier rapport portant sur les coûts de maintenance des compagnies aériennes, présenté par la Maintenance Cost Task Force de l’Association internationale du transport aérien (International Air Transport Association – IATA) en décembre 2015, sur la base des données fournies par 51 compagnies aériennes, a indiqué qu’en 2014, la flotte mondiale comptait 24 597 avions dont 76 % fabriqués par les sociétés Boeing ou Airbus. Globalement, les compagnies aériennes ont dépensé, cette même année, 62,1 milliards de $ en entretien, réparation et révision (MRO-Maintenance, Repairs and Overhaul), soit 9 % des dépenses totales. Parmi celles-ci, 23 %, soit 14,41 milliards de $, étaient liés aux coûts directs de maintenance (Direct Maintenance Costs-DMC). Les pièces de rechange et les stocks, quant à eux, représentent un total de 10,66 milliards de $. Il est particulièrement pertinent de considérer que pour chaque $ dépensé pour l’entretien, 1,1 $ est verrouillé pour les pièces détachées !

Depenses compagnies aeriennes a3dm magazine

Pieces rechanges et nventaires a3dm magazine

Le secteur aérospatial

La production par fabrication additive est encore plus efficace pour réduire les délais et les coûts lorsqu’elle est liée à des opérations spatiales. Actuellement, les composants, les pièces de rechange et les outils sont envoyés de la Terre par une fusée. Grâce à la fabrication additive, ces pièces pourraient être produites directement dans la station spatiale. Selon la NASA (National Aeronautics and Space Administration), une livre de charge utile dans l’orbite terrestre coûte, aujourd’hui, 10 000 $. Son objectif est donc de « réduire ce coût à quelques centaines de dollars par livre d’ici 25 ans et quelques dizaines de dollars par livre d’ici 40 ans ».

En 2014, l’administration aéronautique et spatiale américaine, en collaboration avec Made in Space, Inc., a conçu le premier objet imprimé par fabrication additive dans l’espace. Le processus de fabrication additive fonctionne en microgravité comme sur la Terre. Cet objet a été conçu en plastique chauffé. Il serait donc possible de créer un « atelier d’usinage » dans l’espace, en réduisant ainsi les coûts et le risque d’envoi de matériels sur la station, et permettant de développer une chaîne sur demande pour les outils et les pièces requis dans l’espace. Cette réussite ouvre la voie à de futures expéditions spatiales d’expérimentation. Plus récemment, le 2 février 2016, Craig Auletti, ingénieur à la NASA, a déclaré que suite au succès de la mission ICESat (Ice, Cloud and land Elevation Satellite), la NASA prévoit le lancement en 2018 de la mission ICESat-2. Cette dernière sera équipée d’une partie imprimée en 3D en PEKK3, un thermoplastique semi-cristallin à haute résistance à la chaleur, avec endurance chimique, résistance à une charge mécanique élevée, un retardateur de flamme, une faible génération de fumées et une faible toxicité

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Machines et essais d’impression 3D dans l’espace par la NASA.

Pop3D Printer A3DM Magazine

Imprimante 3D « Portable Onboard Printer 3D » utilisée à bord de la station spatiale internationale.

Réduire l’impact financier des stocks

Les coûts de stockage de pièces des rechange peuvent sérieusement affecter les entreprises des secteurs de l’aéronautique et de l’aérospatiale. Afin d’éviter des avions bloqués au sol, de nombreuses pièces ont depuis longtemps été stockées dans des entrepôts, malgré le fait que ces dernières soient produites à faible quantité, complexes et retirées de la production ou nécessaires dans des endroits éloignés. De nombreuses pièces de rechange restent donc inutilisées jusqu’à ce qu’elles deviennent obsolètes. Limiter ou même supprimer la nécessité d’un stock de pièces et d’outils entraîne une baisse des coûts importante. Or la fabrication additive permet de réduire ce stockage. Cependant, les pièces de rechange et les stocks qu’une compagnie aérienne conserve génèrent également un impact positif sur ses opérations en matière de disponibilité des avions et de ponctualité. Des solutions d’optimisation des stocks pourraient permettre aux entreprises de mieux rentabiliser leur chaîne d’approvisionnement, tout en intervenant sur l’offre et la demande à chaque étape du réseau. En gardant toujours en tête que la gestion précise de la demande est à la base d’une optimisation des stocks.

La diminution des stocks impacte également la réduction des actifs à court terme. Elle implique des rendements plus élevés des actifs, tout en réduisant les fonds de roulement qui représentent la différence entre l’actif et le passif à court terme. Elle se traduit également par des frais d’intérêt sur les emprunts inférieurs, généralement utilisés pour financer le fonds de roulement. Gérer efficacement les stocks à travers une chaîne d’approvisionnement bien organisée et efficace peut avoir un impact financier positif4.

  • En affectant la rentabilité des actifs (Return On Assets – ROA) utilisés pour générer des profits. Le ROA est calculé comme le bénéfice net divisé par l’actif total de l’entreprise. Lorsque les stocks sont réduits, l’actif total de l’entreprise est également diminué, ce qui augmente le rendement.
  • En incisant sur le cycle de conversion de trésorerie. Le temps que l’entreprise met à convertir son investissement en retour est mesuré en jour comme la somme des jours de stocks (jours de stocks en circulation) et des comptes débiteurs (ou de délai de recouvrement), moins les comptes créditeurs (ou payables en circulation). La diminution de l’inventaire réduit les jours de stocks en circulation tout en raccourcissant le cycle de conversion de trésorerie.
  • En réduisant le besoin de fonds de roulement. Le maintien des stocks dans la chaîne d’approvisionnement réduit les frais d’intérêts d’une société, conduisant à un bénéfice net plus élevé, car l’intérêt est déduit du bénéfice avant intérêts, impôts, dépréciation et amortissement (EBITDA, Earnings Before Interest, Taxes, Depreciation and Amortisation). À une moindre mesure, le besoin en fonds de roulement conduit également à une baisse de la dette à court terme. Un plus faible niveau d’endettement améliore le ratio de ce dernier d’une entreprise et, en même temps, le ratio dette-capital propre.
  • La réduction des stocks augmente aussi la rotation de ceux-ci, c’est-à-dire le nombre de fois que la société est capable de vendre et remplacer son inventaire sur une période donnée. Cette rotation est calculée par le coût des marchandises vendues divisé par la moyenne des stocks évalués. Un ratio plus élevé de rotation des stocks représente de fortes ventes soutenues d’une planification des stocks et d’un réapprovisionnement efficaces.

L’impact sur l’environnement et la durabilité

À l’heure où la Commission européenne se concentre sur l’importance de l’économie circulaire, la technologie de fabrication additive apporte une série d’impacts positifs sur les aspects environnementaux de la chaîne d’approvisionnement et sur le développement durable.

  • Réduction des déchets de production

L’une des caractéristiques spécifiques de la fabrication additive est d’utiliser uniquement les matériaux nécessaires. Le passage à cette technologie permettrait de réduire les déchets issus des méthodes de fabrication traditionnelle. Il diminuerait ainsi la consommation de matières premières, les coûts associés et rendrait quasi nuls les coûts de transport des déchets.

  • Réduction des emballages

La dématérialisation d’une pièce en fichier numérique et sa production sur place éliminent la nécessité d’un emballage et la production de produits associés : manuels d’instruction en papier, inserts en plastique, etc. Même si de nombreuses entreprises utilisent actuellement des emballages recyclés pour leurs produits, l’ensemble de ce processus de recyclage, ainsi que les transports des colis, pourraient être évités.

  • Prise en charge de la fabrication verte

La fabrication additive rationalise les méthodes de fabrication et de production traditionnelle en ayant notamment un impact significatif sur l’empreinte environnementale. Premièrement, la fabrication additive fonctionne à partir d’électricité, dont une quantité relativement faible suffit pour une production. À cela s’ajoute l’absence de production de déchets, ou à faible quantité. Certains matériaux comme les polymères peuvent également être recyclables. Enfin, l’optimisation topologique intervient sur l’utilisation de matériaux et donc le poids de la pièce, entraînant ainsi une consommation de carburant plus faible, par exemple pour l’aérospatiale ou l’aéronautique.

Attention, cependant, aux émissions de particules fines et de composés organiques volatiles (COV) dans l’air, potentiellement dangereux pour la santé. La fabrication additive offre une série d’avantages tout au long de la chaîne de valeur. L’impact sur la chaîne d’approvisionnement est l’un des facteurs clés que les sociétés doivent prendre en compte, en plus des lignes de production et de distribution.

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Essai d’un moteur de fusée dont 75 % des pièces ont été imprimées en 3D.

Notes

1 – Exemple : abus de confiance (article 314-1 du Code pénal) ; contrefaçon de droits d’auteur (articles L335-1 et suivants du Code de propriété intellectuelle) ; divulgation de secret de fabrication (L1227-1 du Code du travail) ; recel (article 321-1 du Code pénal) ; vol de matériels informatiques (article 311-1 et suivants du Code pénal) ; délit d’initiés (L465-1 du Code monétaire et financier) ; atteinte au secret des correspondances (226-15 du Code pénal) ; violation du secret professionnel (226-13 du Code pénal) ; divulgation de données à caractère personnel (226-21 du Code pénal).

2 – Dans le Code civil, les articles 1382 (« Tout fait quelconque de l’homme, qui cause à autrui un dommage, oblige celui par la faute duquel il est arrivé, à le réparer ») et 1383 (« Chacun est responsable du dommage qu’il a causé non seulement par son fait, mais encore par sa négligence ou par son imprudence. ») couvrent les engagements personnels et les sanctions prévues en cas de violations contractuelles de confidentialité qui pourraient avoir pour conséquence la résiliation du contrat et le paiement de dommages et intérêts.

3 – PEKK est l’acronyme de Polyetherketoneketone. Les spécifications de ce matériau, spécialement utilisé dans le secteur médical, sont illustrées dans la lien suivant : http://www.astm.org/Standards/F2820.htm.

4 – Supply Chain as Strategic Asset : The Key to Reaching Business Goals de Vivek Sehgal, Wiley 2010.

 

Les principaux impacts de la FA sur la gestion de la chaîne logistique

Processus rapide, moins cher et plus flexible.

  • Cycle de développement de nouveaux produits accéléré.
  • Cycle de fabrication plus rapide et basé sur l’envoi des fichiers numériques.
  • Diminution des coûts de gestion des stocks.
  • Baisse du travail à fournir.
  • Réduction des délais de commercialisation.
  • Procédés de fabrication plus simples et polyvalents.
  • Suppression d’étapes, et donc des coûts, d’assemblage.
  • Possibilité de personnalisation des produits.
  • Réduction de l’outillage.
  • Diminution de la production de déchets dans les étapes de production.
  • Diminution du poids des pièces finies grâce à l’optimisation topologique.
  • Production relocalisée.

 

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Gaëtan Lefèvre
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