PME industrielles : pourquoi s'intéresser à l'impression 3D ?

Le 24 juillet 2014

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Utilisée à l’origine par les professionnels de la conception pour le prototypage rapide, l’impression 3D trouve aujourd'hui des applications diversifiées. De la conception du produit à la production de pièces détachées, elle offre des possibilités nouvelles aux entreprises industrielles.

L’impression 3D est une technique de production qui permet de créer un objet solide à partir de données numériques, grâce à la superposition de fines couches de matières. On parle ainsi de fabrication additive, par opposition à l’usinage traditionnel, qui consiste à retirer de la matière à la pièce finale.

Utilisée à l’origine par les professionnels de la conception pour le prototypage rapide, l’impression 3D trouve des applications diversifiées et devient désormais accessible aux PME. Deux raisons expliquent l’engouement autour de cette technologie vieille de 30 ans. D'une part, l'entrée en scène de nouveaux constructeurs a favorisé la baisse rapide du coût de l’équipement. Son prix varie entre 2 000€ pour une imprimante de base et une centaine de milliers d’euros pour une machine industrielle. D’autre part, la technologie a considérablement progressé, que ce soit en termes de précision, de rapidité ou de variété des matériaux disponibles (plastiques, métaux, céramiques, matières organiques).

 

L’impression 3D révolutionne le processus de fabrication

Au-delà du prototypage rapide, la fabrication additive peut être intégrée à différentes étapes de la chaîne de production. De la conception du produit à la gestion des stocks, elle ouvre des possibilités nouvelles aux PME :

 

1. Créer des pièces complexes de qualité

L’impression 3D rend possible la création de structures creuses ou alvéolaires tout en garantissant la solidité de la pièce. Des géométries irréalisables avec les techniques classiques de moulage et d’usinage. En alliant légèreté et résistance mécanique, le procédé a d'ores et déjà séduit les secteurs des transports et de l’électronique, pour la production de composants techniques.  

La fabrication additive trouve également son utilité dans la production de structures imbriquées, sans nécessiter de pièces d’assemblage. A l’avenir, les techniques de dépôt à gradient de matériau permettront de produire des pièces multimatériaux, dont les propriétés physiques, chimiques et mécaniques varient graduellement d'une partie à l'autre de la pièce.

 

2. Raccourcir le cycle de développement du produit

Le principal atout de la fabrication additive est la possibilité de créer des prototypes rapidement et à moindre coût comparé aux procédés traditionnels. Alors qu’il faut généralement 4 à 6 semaines pour obtenir un moule, l’impression 3D ne nécessite aucun outillage dédié. Sur simple modification du fichier numérique, le concepteur peut tester rapidement les aspects esthétiques, fonctionnels et techniques de l’objet.

En donnant davantage droit à l’erreur, cette technologie stimule la créativité du concepteur et contribue à l'amélioration des fonctionnalités du produit. A titre d’exemple, l’entreprise de mécatronique R&D Tech France utilise l’impression 3D pour concevoir les pièces les plus adaptées aux attentes de ses clients. A la clé : un prototype au plus proche de l’objet réel qui facilite la prise de décision technique et limite les modifications ultérieures coûteuses.

 

3. Réduire les coûts de mise sur le marché d'un nouveau produit

Le lancement de la production implique du temps et des investissements conséquents liés à la fabrication de l’outillage (moules, gabarits). Ne nécessitant aucun outillage ou assemblage ultérieur, l’impression 3D permet d’éliminer ces contraintes. Elle offre également l’avantage de ne consommer que la seule matière utile. Tout ceci contribue à réduire les coûts de lancement et à accélérer la mise sur le marché des produits. La fabrication additive ouvre donc de réelles opportunités pour la production d’objets en petites séries.

A titre d’exemple, General Electric prévoit d’ouvrir une usine de production par impression 3D pour la fabrication d’injecteurs de fuel. La pièce sera imprimée en une seule fois, évitant ainsi l’assemblage d’une vingtaine de pièces différentes. La fabrication additive permettra de multiplier par 5 la durée de vie de l’injecteur. 

 

4. Faciliter la production d'objets sur-mesure

L'impression 3D apporte un avantage compétitif sur le marché de la personnalisation de masse. Elle permet ainsi de répondre aux besoins les plus individuels par l'intégration de différences sur un objet, et ce pour un coût marginal. La technologie a conquis de nombreux secteurs, des produits de la vie quotidienne (coques de portables personnalisées), en passant par la santé (fabrication de prothèses médicales) ou l’automobile (personnalisation de véhicules).

Le procédé offre une solution souple et rapide pour fabriquer des objets sur-mesure à un coût bien moindre que les méthodes conventionnelles. Le groupe BMW expérimente par exemple l’impression 3D pour fabriquer des équipements de protection adaptés à la morphologie des ouvriers. Une prothèse de pouce a été modélisée à l’aide d’un scanner 3D pour chaque salarié effectuant des gestes répétitifs avec leurs mains. La modélisation numérique évite ainsi à l’entreprise d’investir dans un moule dédié.

 

5. Limiter les stocks

En facilitant la reproduction d’objets existants, la dématérialisation assure la prestation de fourniture de pièces détachées sur une longue période et dans un délai rapide. On passe ainsi d’une gestion des stocks à une gestion de fichiers CAO, avec des moyens de production localisés au plus près du consommateur.

La technologie encourage le développement de nouveaux services dans les domaines de la maintenance et de la réparation. L’entreprise de transport maritime Maersk expérimente l’installation d’imprimantes 3D à bord de ses navires. Objectif : permettre à l’équipage d’imprimer des pièces de rechange en quelques heures, évitant ainsi le stockage de pièces.

 

La fin des grandes lignes d’assemblage ?  

Si la fabrication additive présente un avantage concurrentiel pour la fabrication de pièces complexes ou de petites séries, elle reste inadaptée à la production de masse. Le temps d’impression élevé et le prix des consommables entraînent un coût unitaire de fabrication supérieur à celui d’une pièce réalisée par moulage.

Cette technologie n’a donc pas vocation à remplacer les procédés de fabrication éprouvés. Elle apparaît plutôt comme une solution complémentaire permettant d’élargir les possibilités de fabrication. Elle mérite d’être associée aux techniques traditionnelles de soustraction et de déformation de matière.

De plus, la mise en œuvre industrielle de la fabrication additive n’est possible qu’à condition de lever certains verrous. Tout d’abord, de nombreux progrès techniques sont attendus pour lever les contraintes actuelles de l’impression 3D : une taille de pièce restreinte, un choix limité de matériaux imprimables, une connaissance partielle du comportement des matériaux au cours de la fabrication, ou encore la présence d’imperfections dans l’état de la surface des pièces.

A ces freins techniques s'ajoute un risque juridique. La faculté de reproduction et de diffusion des fichiers numériques pose la question de la protection des droits de propriété intellectuelle des entreprises. De plus, la mise en place d’une normalisation dédiée à l’impression 3D est un enjeu crucial pour assurer le contrôle des matériaux, des procédés, des équipements et des pièces finies. 

Loin d’être une technologie "presse-bouton", la fabrication additive nécessite de disposer de collaborateurs formés à la fabrication numérique. Libérés des contraintes de fabrication, les concepteurs devront mettre en œuvre des méthodes de travail itératives orientées vers la fonctionnalité du produit

Crédits

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