Magazine Lundi 3 juin 2019 - 13:03

La fabrication additive au cœur de l’innovation

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Au sein d’un milieu extrêmement concurrentiel et mouvant, la fabrication additive s’est imposée comme un moyen de production unique. La technologie additive intègre petit à petit l’usine du futur et l’industrie 4.0. Elle s’associe aux innovations telles que la blockchain ou l’Internet des Objets (IdO). A3DM Magazinea étudié la place de la fabrication additive au cœur de l’innovation et tente d'en proposer une analyse prédictive.

Au cours de ces cinq dernières années, le paysage de la fabrication additive a énormément évolué, positionnant les technologies d’impression 3D dans la catégorie haut de gamme de l’industrie manufacturière. Des secteurs d’applications se développent, des opportunités commerciales naissent. Les technologies additives s’intègrent aux enjeux d’aujourd’hui et de demain. Le secteur industriel doit, à présent, surmonter les problèmes structurels et évoluer progressivement vers l’industrie 4.0. Cette transformation est une tâche longue et difficile, qui requiert la participation de toutes les parties prenantes – gouvernements, industriels, universités, unités de recherche et clients – pour promouvoir l’innovation technologique de manière globale. Derrière les enjeux de conception et de fabrication se cachent d’autres intérêts. Le secteur industriel doit mettre en place un système de formation adapté, afin de former les acteurs de demain, qui prendront en main l’usine du futur. À l’ère de l’industrie 4.0, les différents pays sont également de plus en plus liés et réclament une normalisation des technologies de fabrication… au niveau international.

Pour le secteur industriel, la fabrication additive est une opportunité ! Les technologies additives – procédés, machines, matériaux et autres équipements – ouvrent de nouveaux marchés. Les normes en fabrication additive se développent en même temps à l’international. La France accueillera d’ailleurs, à Paris, la prochaine réunion du comité ISO/TC 261 Fabrication Additive (Organisation internationale de normalisation), en septembre 2019.

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Les innovations qui auront un impact sur la fabrication additive

L’industrie 4.0, la robotique, le développement de logiciels et de l’Internet des Objets (IdO) auront, dans les années à venir, un impact important sur le développement des technologies. Des évolutions significatives sont déjà a noter dans le domaine de la fabrication additive. Depuis quelques années, par exemple, nous assistons à une forte croissance de nouvelles entreprises, tous secteurs confondus : machines / matériaux / logiciels / posttraitement ; polymère / métal / céramiques / autres matériaux ; logiciels de simulation / de workflow / de sécurité ; etc. Les applications se multiplient également. Toutes s’intègrent et tirent profit de l’industrie 4.0. Les plates-formes IoT, les capteurs industriels, les robots industriels et les analyses prédictives représentent les innovations à venir.

Les plates-formes Internet des Objets (IdO)

L’avènement d’Internet, et plus particulièrement de l’Internet des Objets (IdO), modifie profondément l’approche des entreprises en matière de production. Il remodèle leurs structures organisationnelles et opérationnelles, entraînant un changement radical des procédures de fabrication, que les paradigmes classiques de la fabrication traditionnelle ne permettent pas d'appréhender facilement. Les plates-formes IdO fournissent une gamme de services spécifiques consistant à extraire et à analyser des données, à élaborer des résultats, ou encore à connecter des machines. Les sociétés ont massivement investi dans ces plates-formes. De leur côté, de grandes entreprises industrielles telles que GE (General Electric) et Siemens, ainsi que les sociétés technologiques telles qu’Amazon ou encore SAP, ont investi pour développer leurs propres plates-formes.

La fabrication additive compte déjà de nombreux fournisseurs de services dans le monde entier. Ceux-ci peuvent maintenant, à partir d’un fichier CAO, créer des pièces pour n’importe qui et les livrer n’importe où. On peut facilement imaginer que les plates-formes IdO affecteront les processus de fabrication et les chaînes d’approvisionnement, notamment en limitant les étapes qui ne fonctionnent pas, en réduisant les coûts et en sécurisant les données de suivi des commandes ou de livraisons. Elles aideront également les producteurs comme les clients à résoudre des problèmes plus complexes.

Essentielle pour se connecter aux plates-formes IdO, l’électronique n'échappent pas aux transformations des modèles de fabrication. Dans ce secteur aussi, la fabrication additive améliore les méthodes de production en termes de temps, de coûts et de risques. L’impression 3D électronique permet de nouvelles conceptions de composants difficilement réalisables, avec les méthodes traditionnelles. Par exemple, pour la conception de capteurs, la fabrication additive permet de lever de nombreuses contraintes de conception, en particulier celles liées aux conceptions électriques planaires. Il en résulte des topographies de surface facilitant le placement des composants du capteur et incorporant de multiples fonctions dans une seule pièce. Il est également possible de créer des structures électroniques flexibles miniaturisées pour la production d’antennes et d’étiquettes RFID, par exemple.

La blockchain

Comme nous l’avons déjà indiqué dans de précédents numéros, la blockchain offre un large éventail d’opportunités pour la fabrication additive et l’IdO. Ce grand livre numérique décentralisé est une infrastructure transactionnelle, distribuée et hautement sécurisée, que chacun peut utiliser pour enregistrer des transactions. Bien que les différentes parties d’une transaction puissent avoir des copies de leurs transactions, la blockchain empêche quiconque de les modifier. Ses principaux avantages sont donc liés à l’amélioration de la sécurité et de la confidentialité. Elle est notamment une alternative aux paiements en ligne traditionnels, alternative qui est à la base des monnaies numériques telles que le Bitcoin.

Combinée à l’IdO et à la fabrication additive, la blockchain permet d’envoyer des fichiers de conception et de produire partout dans le monde, mais aussi de relocaliser la fabrication, tout en protégeant les droits de propriété intellectuelle. Il existe actuellement des projets « Blockchain » dans les domaines de la finance, des douanes, de la gestion des risques et de la traçabilité cryptographique. Ces applications pourraient impliquer un commerce mondial avec une fabrication et une livraison à la demande, bouleversant ainsi les chaînes d’approvisionnement traditionnelles.

Les capteurs industriels

Les capteurs industriels, qui sont nécessaires pour obtenir des données sur les performances de la machine, le temps de disponibilité et d’indisponibilité, la température du matériau et bien d’autres mesures, fournissent la matière première supportant l'IdO industriel. Selon une étude de Goldman Sachs, les investissements dans ce secteur, qui ont été essentiels pour diminuer les prix, ont bondi de 275 % entre 2013 et 2017. Entre 2004 et 2014, le coût moyen des capteurs IdO a chuté de plus de moitié, passant de 1,30 dollar à 0,60 dollar (figure 1 ci-dessus), et devraient encore descendre à 0,38 dollar d’ici 2020.

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La fabrication additive offre l’opportunité d’intégrer des capteurs ou des systèmes électroniques aux pièces. L’intégration de capteurs dans les processus de fabrication additive est également un sujet très étudié. Les recherches actuelles couvrent l'impression ou l'intégration de capteurs en surface, mais également entre les couches.

Les robots industriels

Depuis cinq ans, les robots industriels ont connu une croissance explosive dans de nombreux secteurs. Utilisés depuis les années 50, ils sont devenus de plus en plus petits, intelligents, rapides, et sont étroitement intégrés à l’homme. Récemment, un nouveau concept de robots collaboratifs (les « cobots ») est entré dans le paysage de la fabrication. Un cobot est un robot collaborant avec les humains et connecté aux systèmes de fabrication, aux usines ou à d’autres équipements. La fabrication additive est une technologie au sein de laquelle les robots peuvent être associés aux machines d’impression 3D, afin de suivre et d'intervenir sur les différentes étapes de production.

Analyse prédictive et importance croissante de la simulation

Après une décennie axée sur les innovations matérielles au sein de la fabrication additive et le développement des équipements, nous pourrions imaginer une prochaine décennie axée sur l’innovation logicielle et l’évolution des softwares. D’un point de vue opérationnel, l’intégration d’un logiciel de gestion spécialisé pour la fabrication additive permettra d'accroître la rationalisation et l'efficacité des flux de travail. Entraînés par des technologies numériques innovantes telles que l’apprentissage automatique et le Big Data, les logiciels ont un bel avenir devant eux et devraient marquer la prochaine évolution de la fabrication additive.

Les logiciels d’automatisation

Alors que le secteur de la fabrication poursuit sa transition vers l’Industrie 4.0, « l’usine numérique de demain » intègre, petit à petit, les nouvelles technologies, notamment la robotique et les capteurs. Cette évolution nécessitera des processus automatisés. Selon un rapport de SmarTech Publishing, le marché de l’automatisation en fabrication additive devrait atteindre 11,2 milliards de dollars d’ici 2017. Le monde de l’impression 3D se penche donc sérieusement, depuis quelques années, sur le sujet. Le logiciel d’automatisation jouera un rôle essentiel dans la connexion des différents systèmes.

Les logiciels de simulation

Dans un tel paysage, la simulation du processus est essentielle pour le procédé de fabrication additive, afin notamment d’anticiper les distorsions au sein du processus d’impression et de générer, automatiquement, la géométrie corrigée pour compenser ces distorsions. C’est pourquoi les sociétés s’engagent dans cette voie. Par exemple, le logiciel Simcenter™ de Siemens, qui associe la simulation de système et les tests pour prévoir les performances tout au long du cycle de vie du produit, est un produit intéressant : il s’agit d’une solution innovante de simulation du processus de fabrication, utile pour anticiper et prédire les distorsions au sein du processus d’impression, tout en générant automatiquement la géométrie corrigée pour compenser ces distorsions. La société Materialize a également lancé son logiciel de simulation pour l’impression 3D métallique : associé à la suite Materialise Magics, ce logiciel fournit des fonctionnalités de simulation faciles à gérer. Des solutions comme Altair Flux™ et des plates-formes intégratives comme Altair HyperWorks™ aident à concevoir des produits novateurs et à optimiser leur performance en termes d'efficacité, de poids, de coûts et de fonctionnalités.

La solution SaaS

« La protection de la propriété intellectuelle, le contrôle de la qualité des opérations et la cohérence sont les trois piliers sur lesquels repose la stratégie de base de LEO Lane. La solution SaaS assure la protection de la propriété intellectuelle afin de préserver l’intégrité de la société, tout en conservant une fabrication cohérente », a déclaré Lee-Bath Nelson, cofondateur et vice-président des affaires chez LEO Lane. Cette société à l’ambitieux projet de « donner aux industriels une solution leur permettant de gérer leur chaîne de fabrication, partout et à tout moment, à l’aide d’une solution SaaS ». Celle-ci crée un fi chier dit « LEO » ou « Limited Edition Object » qui protège et préserve la conception d’un produit ou d’une pièce en contrôlant sa fabrication. Les fichiers sont traités conformément aux politiques et aux procédures informatiques du client, sans nécessiter d’installations supplémentaires, de protocoles de traitement ou de transferts spéciaux. LEO Lane n’interfère pas avec les paramètres de l’entreprise.

Dans un environnement extrêmement concurrentiel comme celui de l’industrie, et dans lequel le coût des machines et des matériaux est très élevé, il est important de limiter le nombre d’impressions et d’éviter, voire de supprimer, la fabrication de pièces défectueuses. Les logiciels permettant l’optimisation du processus de production ont de beaux jours devant eux.

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