News Dimanche 24 avril 2022 - 21:22

Innover et créer en fabrication additive

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L’intégration d’une innovation technologique n’est pas toujours suivie d’un cheminement créatif. La fabrication additive est une technologie jeune et unique qui nécessite une réflexion sur ses notions. Comment donc stimuler la capacité créative des individus, dans le contexte spécifique de la fabrication additive ? Explication !

La créativité et l’innovation ne se limitent évidemment pas aux industries dites « créatives » citées dans les articles précédents de ce dossier. Chaque industrie innove, avec plus ou moins de moyens et de succès. Les entreprises innovent car elles sont attirées par de nouvelles technologies ou pour répondre à de nouveaux besoins. Mais, si les messages de communication vantent souvent de nouveaux produits très innovants, la réalité est bien différente. Innover ou créer n’est pas si simple ! Et si la technologie offre des outils pour changer, créer, inventer, lancer de nouveaux produits, elle n’est pas toujours pleinement exploitée. Tel est le cas pour la fabrication additive.

La fabrication additive est une technologie jeune, pas complètement mature, et dont l’ensemble des applications n’a pas encore été découvert. Nous devrions d’ailleurs parler DES technologies de fabrication additive, car celles-ci peuvent être très diverses : procédés éprouvés comme le dépôt de matière fondue (FDM) pour le polymère, frittage laser sur lit de poudre métal (SLM) ou encore projection de poudres métalliques (DED), celles en cours de développement ou qui ont récemment fait leurs preuves comme la technologie WAAM, mais aussi celles à venir. Elles ont cependant toutes en commun de naître du numérique et d’offrir la possibilité de concevoir des formes complexes, personnalisées ou sur mesure. Comme nous l’avons décrit dans l’article précédent, « La fabrication additive dans les industries créatives », la technologie – dans sa globalité – permet aux industriels, ingénieurs, designers, makers... d’être innovants. Mais comment être créatif et à qui profite l’innovation ? Il est apparu nécessaire d’accompagner les entreprises sur ces questions.

Quels bénéfices pour les usagers ?

La genèse et la jeunesse de la fabrication additive apportent un élément particulier à cette technologie : celle-ci se développe en parallèle de sa recherche de valeur d’usage, c’est-à-dire de ses applications possibles. Aujourd’hui, les industries intègrent les innovations technologiques dans le but de réduire leurs coûts, d’améliorer leurs processus de fabrication ou leurs produits. La création de nouveaux produits ou services qui tirent parti de l’innovation technologique et répondent à un besoin reste un phénomène beaucoup plus rare. Pour cela, il faut que les entreprises, notamment les services chargés du développement de nouveaux procédés et de nouveaux produits, prennent en compte la notion de « valeur d’usage » et intègrent les usagers dans leur démarche. Cette démarche est appelée « innovation par l’usage », par opposition à l’« innovation par la technologie ». La valeur d’usage d’une technologie désigne le bénéfice potentiel que celle-ci apportera à ses usagers. Ce bénéfice est avéré lorsque les produits ou services issus de cette technologie sont adoptés par le marché. Ces notions sont abordées par Anne-Lise Rias, consultante en innovation, design et recherche, dans sa thèse Créativité par et pour la fabrication additive et dans un MOOC pour la plateforme « AddUp Academy ».

La recherche de valeur d’usage doit être l’un des principaux objectifs à viser, en parallèle du développement ou de l’acquisition d’une nouvelle technologie. C’est le rôle des services « Innovation » des entreprises qui font généralement le lien entre les experts techniques et les clients. Les entreprises qui souhaitent intégrer ou qui ont intégré la fabrication additive doivent s’engager dans des démarches particulières qui sont celles de développer les capacités de créativité de leurs équipes pour tirer le meilleur profit de cette technologie. C’est une nouvelle stratégie à développer :

  • en impliquant les usagers au plus tôt et tout au long de la démarche, en allant de l’expression du problème à résoudre aux évaluations des différentes solutions proposées ;
  • en portant une réflexion sur la valeur d’usage et l’innovation par l’usage lorsqu’une nouvelle technologie est intégrée ;
  • en croisant les points de vue des différents services de la société ;
  • en intégrant les réflexions sur la valeur d’usage à la stratégie globale de l’entreprise, sur le long terme.

Comment mener un cheminement créatif ?

La créativité est la capacité, la faculté d'invention et d'imagination. Elle est un cheminement de pensée qui permet d’apporter de nouvelles idées pertinentes. Le processus créatif s’intègre dans un environnement, un espace-temps et un groupe d’individus. Il s’ancre dans des compétences et des savoir-faire. Il peut suivre des processus prédéfinis, guidés et méthodiques. Les moyens alloués et les méthodes utilisées pour développer la créativité sont différents d’un acteur à un autre et définiront le type et la complexité du projet.

Des modèles de cheminement créatif ont été imaginés sous la forme de systèmes. En comprenant ses mécanismes, les entreprises sont devenues capables d’identifier des leviers pour améliorer la capacité créative de leurs collaborateurs. En résumé, le meilleur moyen d’innover est de considérer la créativité comme un système. Ce « système créatif » peut être basé sur trois piliers, qui sont autant de leviers sur lesquels on peut agir pour doper sa capacité créative :

  • L’individu. Ce pilier comprend les motivations, les émotions, l’expérience ou encore le niveau de connaissances techniques d’une personne, indépendamment de ses collègues.
  • L’environnement. Les relations entre collègues, la hiérarchie, la culture de l’entreprise et sa stratégie d’innovation, l’organisation de ses départements, ou encore le lieu de travail en lui-même, favorisent ou défavorisent le système créatif.
  • Le temps. Les idées qui émergent ont besoin de temps pour mûrir, jusqu’à ce qu’elles soient à la fois nouvelles et pertinentes. Surtout, la capacité créative d’une personne ou d’un groupe pourra progresser dans le temps.

Ces trois piliers sont interconnectés et fonctionnent ensemble, en système. La créativité est le fruit d’un travail méthodique, c’est-à-dire d’une démarche guidée en différentes phases et qui peut être évaluée. De même, la créativité, compétence clé pour innover, ne doit pas être vue comme une aptitude inexplicable ou inaccessible. Elle doit être cultivée et nécessite la mise en place de conditions pour être mise à profit. Depuis plus de 70 ans, des chercheurs tentent de décrire la créativité sous la forme d’un « système » avec des lois de traitement dépendant de différents paramètres. L’intérêt d’une représentation systémique est qu’elle permet d’identifier les leviers sur lesquels l’entreprise peut agir pour développer sa capacité créative. Ainsi, il est possible de citer plusieurs méthodes visant à favoriser la créativité au sein des entreprises, comme la méthode Design Thinking, la méthode TRIZ ou encore la théorie C-K.

Des travaux sont en cours à l’échelle internationale pour adapter à la fabrication additive des méthodes d’innovation et des outils de créativité existants, voire pour en concevoir de nouveaux quand cela s’avère nécessaire. 

Ce système créatif s’applique-t-il à la fabrication additive ?

La fabrication additive est une technologie particulière, à la croisée des compétences. Elle nécessite des connaissances allant du design/conception au post-traitement, en passant par la chimie et/ou la métallurgie. Sa jeunesse en fait une technologie encore méconnue par de nombreuses personnes. Enfin, comme cité précédemment, elle est extrêmement hétérogène. Elle regroupe de nombreux procédés divers ou encore un ensemble de matériaux extrêmement différents. Sa principale différence avec la fabrication dite « traditionnelle » est qu’elle offre beaucoup plus de liberté de conception. Elle permet de fabriquer de nouvelles formes (voir les articles du dossier précédent, mais aussi le projet « Nathena », à découvrir en page 40), naviguant des représentations numériques aux physiques. Il est donc difficile d’explorer l’ensemble du potentiel de la fabrication additive en pensant « soustractif », comme nos ingénieurs le font depuis des siècles. La fabrication additive permet d’affranchir les concepteurs de nombreuses contraintes techniques et d’avoir un panel de possibilités immenses en termes de complexité de formes. Les opportunités de la fabrication additive sont définies par Gibson et al. (Additive manufacturing technologies, Springer, New York - 2014) en quatre complexités et quatorze opportunités :

  • Géométrique : liberté de géométrie et d’objets issus de scans 3D.
  • Hiérarchique (structure) : variation de la microstructure et texture.
  • Fonctionnelle : monobloc, optimisation topologique, mécanisme non assemblé, segmentation, inclusion, réseau interne, structure interne et structure auxétique.
  • Matériaux : choix matériaux et multimatériaux.

La créativité en général est un domaine qui fait l’objet de nombreux travaux de recherche depuis plusieurs décennies. Plus récemment, des travaux sont en cours à l’échelle internationale pour adapter à la fabrication additive des méthodes d’innovation et des outils de créativité existants, voire pour en concevoir de nouveaux quand cela s’avère nécessaire. Les objectifs sont souvent les mêmes :

  • Gérer l’hétérogénéité des niveaux de connaissances entre participants.
  • Faire émerger de nouvelles idées d’applications.
  • Manipuler et représenter une grande diversité d’informations.
  • Mobiliser des connaissances propres aux procédés de fabrication additive.

Comment amener son groupe de travail à penser « additif » ?

Venons-en aux outils propres à la fabrication additive. Comme annoncé précédemment, il va falloir déconstruire nos réflexes habituels de penser « soustractif » pour penser « additif », par exemple, des pièces sans assemblage. Il faut être capable d’imaginer de nouvelles formes, impossibles à réaliser précédemment. Il faut être capable de concevoir numériquement et de simuler les pièces pour en comprendre le fonctionnement :

  • L’un des premiers éléments sur lequel on peut agir est le niveau de compétences et de connaissances. Il n’est pas très difficile de collecter des informations au vu des nombreuses formations, des divers événements et de la nouvelle médiatisation de la technologie.
  • Il est en revanche plus difficile de réfléchir à un langage commun à adopter pour conduire une démarche d’innovation regroupant l’ensemble de la société, de la conception à la commercialisation. Au vu des nombreuses barrières techniques, mentales et organisationnelles à lever, déployer une organisation capable d’innover avec la fabrication additive nécessite de mobiliser et de guider toutes les parties prenantes du projet (métiers techniques, finances et ressources humaines, notamment) et, si besoin, de faire appel à des prestataires ou acteurs extérieurs, par exemple un designer, un chimiste, un métallurgiste, etc.
  • Des « séances de créativité » doivent être organisées au sein des entreprises avec des objectifs stratégiques précis pour répondre à un besoin réel. Une personne en charge de ces séances doit être désignée. Elle guidera la démarche d’innovation et délimitera le périmètre du projet : durée, nombre de participants, profils des participants, combinaison d’outils nécessaires et leur mode de mise à disposition.
  • Comme nous l’avons vu précédemment, des méthodes d’innovation ont également été créées. Il s’agit souvent de « boîtes à outils » (pouvant prendre la forme de jeux) permettant la stimulation et la génération d’idées. Celles-ci sont définies en fonction du type de projet à traiter, que ce soit le développement d’un nouveau produit ou autre. C’est le cas du projet CREAM, mené par l’école d’ingénieurs CESI (à découvrir dans l’encadré en pièce jointe). Ici encore, le service « Innovation » se retrouve en charge d’organiser des séances de créativité.
  • Enfin, cette démarche doit s’inscrire dans la durée, car la capacité créative des équipes ne pourra que progresser à mesure que les séances de créativité deviendront des pratiques courantes de l’entreprise.

Pour conclure, Anne-Lise Rias, dans sa thèse, revient sur ses expérimentations : « Les résultats expérimentaux obtenus ont montré que la stimulation par le dispositif “Cartes-Objets” favorise effectivement la génération d’idées créatives. Ils ont également montré que la stimulation, via des manipulations sensori-motrices, d’objets d’expériences réalisés en fabrication additive favorise également la génération d’idées créatives dans un contexte de co-développement, mais sans parvenir à prouver l’influence de ces manipulations d’objets sur la génération de concepts créatifs. Nous avons alors compris que, au regard du niveau des connaissances techniques en jeu, l’expérience de la fabrication additive devrait pouvoir être réalisée tout au long de la phase de génération de concepts et non pas seulement comme stimulation en début du processus. »

Références

  • MOOC AddUp, Innover en fabrication additive.
  • Thèse : Créativité par et pour la fabrication additive : proposition d'une méthodologie outillée, par Anne-Lise Rias.
  • Créativité et fabrication additive – Infographie par Frédéric Segonds, dans Techniques de l’ingénieur.
Contenu Encadré

Le projet CREAM

L’école d’ingénieurs CESI, campus d’enseignement supérieur et de formation professionnelle, mène actuellement le projet CREAM dont le but est le développement de méthodes de créativité spécifiques pour la conception en fabrication additive. Celui-ci s’appuie sur les expertises d’Arts et Métiers (Laboratoire conception de produits et innovation), de LINEACT CESI et de l’Université Paris Descartes (Laboratoire de psychologie et d’ergonomie appliquées), ainsi que sur un réseau industriel de validation expérimentale.

L’objectif de ce projet ANR est de proposer une suite d’outils et de méthodes de créativité en fabrication additive fondée sur des objets intermédiaires, afin de favoriser la sensibilisation, la créativité et l’intégration organisationnelle auprès des équipes de conception. Ces dispositifs prendront, in fine, la forme d’un Serious Game et d’une « mallette de créativité additive ». Une roadmap d’intégration organisationnelle des savoirs sera également développée. Pour mener à bien ce projet, un plan expérimental comportant trois tâches (sensibilisation, créativité augmentée et intégration organisationnelle des savoirs) est proposé. Il s’agit d’un projet pluridisciplinaire avec de forts enjeux scientifiques et humains, associés à un procédé innovant.

Le verrou scientifique associé réside dans la conception de méthodes paramétrables et efficientes qui supporteront les tâches expérimentales de sensibilisation, de créativité augmentée et d’intégration organisationnelle. Celles-ci devront s’adapter aux contextes académique et industriel des parties prenantes du projet CREAM. Le verrou technologique vise à outiller ces méthodes par l’intermédiaire de dispositifs écologiques, adaptés et utilisables par les industriels (en particulier du RIVE) et les étudiants (exemple : mallette de créativité additive).

Les hypothèses de recherche sont les suivantes :

  • Sensibilisation par la gamification : le processus de gamification appliqué à la créativité par la fabrication additive permet de susciter, à l’échelle d’un produit, voire d’un secteur industriel, le besoin auprès des équipes de conception.
  • Créativité augmentée en fabrication additive : la manipulation d’objets d’expérience réalisés par fabrication additive lors de sessions de créativité permet de favoriser la génération de concepts innovants et pertinents.
  • Intégration organisationnelle des savoirs : le déploiement à grande échelle des savoirs nécessite une organisation structurée capable de promouvoir, au sein des entreprises, des universités et des écoles d’ingénieurs, les outils et méthodes développés.

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