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La fabrication additive, nouveau relais de croissance et d’innovation

[Article du 10/02/2016]

De la maquette, au prototype en passant par des empreintes de moules d’injection jusqu’à l’outillage ou la pièce de fabrication, les technologies de fabrication additive ont un impact de plus en plus important. Des recherches sont menées pour utiliser divers matériaux et optimiser l’impression.

La fabrication additive, nouveau relais de croissance et d’innovation

La fabrication additive, nouveau relais de croissance et d’innovation

« L’impression 3D est un des éléments constitutifs de l’usine du futur qui est au cœur du projet industriel français », a affirmé Emmanuel Macron, le ministre de l’Économie, à l’occasion de la visite de l’entreprise spécialisée dans la fabrication additive Prodways en mai dernier (NOTE SR : mai 2015). Acquise par le Groupe Gorgé, cette start-up est passée d’un salarié à 150 aujourd’hui et son chiffre d’affaires a bondi de 100 000 euros à près de 20 millions d’euros en 2015.
Son succès confirme la forte croissance de la fabrication additive (plus connue sous le terme d’impression 3D). Une technologie prometteuse si l’on en croit Lux Research. Ce cabinet américain estime ce marché à 12 milliards de dollars en 2025, tiré par la croissance dans l’aérospatiale, le médical, l’automobile, les produits grand public, l’architecture et l’électronique.
Cet optimisme s’explique notamment par l’utilisation de matériaux de plus en plus performants et une maitrise des techniques. Résultat, il est aujourd’hui possible d’imprimer des pièces de vol d’avions. Deux ans après les premiers travaux entamés avec Airbus pour une certification des matériaux et des process, Stratasys a annoncé en mai la production de plus de 1 000 pièces de vol de l’A350 XWB. Pour relever ce défi, le poids lourd américain a utilisé son thermoplastique dénommé ULTEM 9085.
« Il offre un ratio très élevé de résistance par rapport au poids et répond aux normes FST (flame, smoke, and toxicity) nécessaires aux applications des pièces embarquées en cabine. Cela a permis à Airbus de fabriquer des pièces résistantes et plus légères tout en réduisant de manière significative les temps de production et les coûts de fabrication », explique Eric Bredin, Directeur Stratasys France, Iberia et FSA. Selon Lynn Gambill, ingénieur en chef du département procédés de fabrication de Pratt & Whitney, la fabrication additive à permis à la compagnie de réaliser un gain de 15 mois sur la conception et un gain de 50 % sur la masse de certaines pièces.


Réduction du poids et des coûts
La compatibilité avec les exigences aéronautiques n’est pas le seul atout de cette technologie. Elle permet de produire des pièces impossibles à réaliser d’un seul bloc par usinage classique. « La fabrication additive s’avère très intéressante pour la conception de pièces expérimentales. Pour les pièces creuses, nous pouvons notamment prévoir, dès le début du process, des cavités pour l’instrumentation », précise Pierre Letord, chef de la division moyens industriels de l’usine de Snecma (Safran) à Evry-Corbeil.
« Il y a aussi l’aspect économie carbone. Aux États-Unis, UPS a décidé d’équiper des magasins en machines d’impression 3D. Avec la fabrication additive, UPS n’envoie plus par avion la pièce d’un client à l’autre bout des États-Unis ; il transmet un fichier qui permettra au magasin du destinataire de l’imprimer sur place », explique Patrick Kieffer, Marketing Manager France, Iberia, FSA chez Stratasys.
Tous ces atouts sont principalement exploités dans trois domaines : l’aéronautique, l’outillage et le médical. « On utilise de plus en plus ces outils de production pour assurer la fabrication d’outillages, de guides d’assemblage, d’éléments permettant d’optimiser les chaînes de fabrication en les rendant plus efficaces, plus agiles et donc optimisés », déclare Eric Bredin. Dans ces secteurs, l’impression 3D permet de réaliser des petites séries personnalisées : des cabines d’avion répondant aux exigences d’une compagnie aérienne aux prothèses parfaitement adaptées en passant par des éclairages publics adaptés aux contraintes environnementales comme ceux développés par la société française Creative Industrie.

Augmenter la productivité
Autre application en devenir, la fabrication à la demande. Avec l’impression 3D, un concessionnaire pourrait « fabriquer » un pare-choc que lorsqu’il en a besoin. Dans l’aéronautique, Airbus ne serait plus obligé d’envoyer de Toulouse à Singapour une pièce : disposant d’un petit stock de matériaux spéciaux, la compagnie aérienne aurait juste à télécharger le fichier et à l’imprimer. « Les réparations seront délocalisées sur les sites des entreprises elles-mêmes. Les États-Unis utilisent la fabrication additive pour limiter les stocks de pièces détachées sur leurs porte-avions ; ils les réparent sur place. Les groupes pétroliers envisagent la même chose sur leurs plates-formes », constate Émeric d’Arcimoles, PDG de Turbomeca (groupe Safran).
Même les particuliers pourraient en profiter. « Des enseignes d’ameublement pourraient mettre sur internet la liste de leurs pièces détachées et le particulier téléchargerait le fichier (protégé contre les copies) pour le donner à un magasin spécialisé, l’équivalent des Photostation, qui lancerait l’impression » explique Sébastien Vercruysse, PDG d’AvenAo-Creatix3D.
Mais la fabrication additive doit relever quelques défis. « Il y a encore des problématiques de productivité. Actuellement, la fusion laser métallique produit 10 à 15 centimètres cube par heure. Dans quelques années, on passera à 100 centimètres cube par heure. Mais cela restera trop faible par rapport à des process conventionnels. Différentes solutions pourraient augmenter cette productivité. Concernant l’impression métallique, l’intégration de plusieurs faisceaux dans une même machine permet d’accroître la vitesse de fabrication », indique Benoît Verquin, chef de projet au Pôle 2PI Procédés Performants Innovants du Cetim (Centre technique des industries mécaniques).
Autre frein : des outils informatiques mal adaptés. « Les logiciels de CAO sont puissants, mais il est urgent que les éditeurs intègrent la fabrication additive pour qu’ils comprennent mieux cet univers et connaissent ses besoins spécifiques », déclare Sébastien Vercruysse.

Un atout sous certaines conditions
Cette connaissance de l’impression 3D sera d’autant plus nécessaire que de nouveaux matériaux pourraient être utilisés. « Nous développons des matériaux de plus en plus techniques comme l’ASA, un thermoplastique de production qui fonctionne parfaitement avec la technologie FDM. Disponible en 10 couleurs résistantes à la décoloration, l’ASA combine la résistance mécanique et la stabilité aux UV avec l’esthétique la plus aboutie de la technologie FDM », précise Patrick Kieffer.
Mais la principale demande concerne l’impression métallique. En mai, GE a imprimé un prototype fonctionnel de turboréacteur en utilisant la technique de frittage sélectif par laser (SLS). La France n’est pas en reste. Beam commercialise des machines de réparation et fabrication par laser en utilisant « une technique qui se distingue par sa capacité à travailler en horizontal et en vertical et donc à créer des formes », affirme Emmanuel Laubriat, son directeur général. Cette start-up ne se reconnaît qu’un seul concurrent, l’américain Optomec. « La technologie LMD (Laser Metal Deposition) et celle de Beam vont changer le business model de l’aéronautique, car il y a de très grandes opportunités dans la réparation des pièces et l’intégration de nouvelles fonctions dans des pièces existantes », rappelle Émeric d’Arcimoles.
Pour les entreprises, la fabrication additive peut être un atout majeur. À condition de connaître ses atouts et limites pour les intégrer dans ses process. « Ce qui caractérise la fabrication additive c’est la diversité des procédés physiques qui utilisent différents matériaux et qui adressent différentes géométries. Il faut connaître ces possibilités pour les intégrer », rappelle Benoît Verquin. « Il faut accompagner et former les entreprises. Il y a encore trop peu d’écoles d’ingénieurs ou de centres de formation qui ont des cursus spécifiques », complète Sébastien Vercruysse.

 

3D print exhibition
Organisé en même temps que « i-Connect, Les rencontres de l’objet connecté »3D à la Cité Internationale de Lyon. les 15 et 16 septembre 2015, ce rendez-vous professionnel entend démontrer que la fabrication additive est devenue une solution complémentaire aux processus classiques. «Notre objectif est de présenter une vision de la modification des business modèles de la fabrication additive. Nous serons donc exhaustifs d’un point de vue des diverses technologies. Nous apporterons les informations pertinentes pour un public de professionnels, notamment d’industriels », explique Nathalie Grosdidier, Directrice générale de 3D-Print. En 2014, quelque 10 000 visiteurs en provenance de tous les secteurs industriels avaient pu découvrir les dernières innovations. Différentes conférences et tables rondes aborderont des thématiques majeures (technologies, matières, normes, prototypage, qualité, personnalisation, etc.) et permettront également de bénéficier de retours d’expérience. «Nous proposons également des espaces de démonstrations pour tester et s’approprier ces technologies et ce salon est aussi l’occasion de rencontrer les spécialistes pour faire les bons choix d’investissements », précise-t-elle.

 

EN CHIFFRES
7 milliards de dollars
» C’est la valeur des pièces produites par des imprimantes 3D en 2025 selon Lux Research. À cette date, les ventes de machines professionnelles représenteront un chiffre d’affaires de 3,2 milliards de dollars.

 

Faibles coûts de production
»La fabrication additive a cet avantage fondamental de n’avoir à produire que les pièces nécessaires à leur utilisation et d’être d’un prix de revient linéaire. « Que vous fabriquiez 1, 10 ou 100 pièces, le prix unitaire est toujours le même, car il n’y a pas de matrice de production », explique Stratasys.

Philippe Richard - Photos : dr

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