Impression 3D, la discrète révolution

Les industriels se sont emparés de la technologie et impriment de plus en plus de pièces fonctionnelles. Mais les applications ne sont pas toujours celles que l’on croit…

Rarement une technologie aura suscité autant d’enthousiasme, aussi bien dans le grand public que chez les industriels. Il faudra sans doute attendre des décennies pour voir entrer dans notre quotidien des machines capables d’imprimer des ­pizzas, comme certains l’ont imaginé. Et sans doute autant de temps avant que les constructeurs automobiles fabriquent des véhicules de grande série entièrement par impression 3 D. Il n’empêche, une révolution est en marche. « Il n’y a pas eu d’innovation comparable en production depuis trente ou quarante ans. C’est un bouleversement comparable à l’arrivée d’internet », assure ­Jean-Philippe ­Jahier, le directeur de l’innovation et du déploiement des nouvelles technologies chez Thales Alenia Space, dont les satellites commencent à embarquer des pièces de structure imprimées.

L’impression 3 D remet en cause la manière dont les industriels conçoivent et fabriquent des produits. Celle que l’on appelle aussi fabrication additive propose de créer des objets par empilement de fines couches de matière (plastique ou métallique). Rien à voir avec la fabrication traditionnelle, appelée « soustractive », où l’on enlève de la matière à une pièce brute pour obtenir la pièce finie. La conception d’un objet pour l’impression 3 D ne doit rien au hasard : il faut mettre de la matière juste là où il faut, imaginer de nouvelles façons d’assembler les pièces entre elles et éviter les porte-à-faux pour ne pas que la pièce se déforme sous son propre poids pendant la fabrication. Les industriels se montrent prudents. Nombreux sont ceux qui font le choix d’imprimer des pièces existantes, sans modification. L’impression 3 D ? Une ­révolution discrète…

Après le prototypage, place à la production

Entamée il y a quelques années, la baisse régulière du prix des machines a permis aux industriels, grands et petits, de se familiariser avec la technologie, dans le prototypage notamment. Place désormais à la deuxième étape : l’avènement de l’impression 3 D en production. « Sur le marché français, le volume des pièces de production égale désormais celui des pièces de prototypage et de démonstration », souligne ­Raphaël Gorgé, le PDG du groupe Gorgé, dont la filiale Prodways (20?millions d’euros de chiffre d’affaires, 185 collaborateurs) s’est spécialisée dans la fabrication additive. Première application : les pièces non fonctionnelles, pour des présentations commerciales, par exemple pour ­expliquer le fonctionnement d’un produit à un client, ou encore le proto­typage rapide (validation de concepts, discussions autour du design). Un marché mature, en progression de l’ordre de 5 à 10 % par an.

L’enjeu se porte désormais sur les pièces fonctionnelles, réalisées dans des matières plastiques ou métalliques plus résistantes, sur des machines capables de tourner 24?heures sur 24 en maintenant un niveau de qualité uniforme. Il peut s’agir de produits qui sont vendus directement aux clients, ou bien de sous-ensembles. Avec des taux de croissance de plus de 50 % par an, ce marché a désormais rattrapé en volume celui des pièces non fonctionnelles. « Le prototypage représente aujourd’hui 40 % des projets, les objets destinés à la communication 10 %, les pièces finales comptent pour 35 % et les outillages pour 15 % », détaille Sébastien ­Vercruysse, le PDG de Creatix3D, un intégrateur de solutions de ­fabrication additive.

Le marché devrait tripler d’ici à 2020, tiré par de grands industriels capables d’investir entre 70 000 et un million d’euros dans des machines professionnelles. Fabricants d’imprimantes, sous-traitants et prestataires de services affichent tous des croissances annuelles à deux chiffres. Toutefois, du côté des utilisateurs, le niveau d’adoption reste très dépendant du domaine d’activité. Certains secteurs ont totalement opéré leur mutation. C’est le cas du médical. L’impression 3 D permet de fabriquer de grandes séries de pièces plastiques toutes différentes, personnalisées pour chaque patient, ce qu’attendaient les fabricants de dispositifs médicaux. « La technologie s’est imposée pour de nombreux dispositifs extérieurs au corps humain, constate Paul-Henri Renard, le directeur général du Centre technique des industries de la fonderie (CTIF). Aujourd’hui, certains produits comme les prothèses auditives sont fabriqués à 100 % par impression 3 D. »

Le marché des prothèses dentaires suit le même chemin, dopé par l’arrivée de nouveaux scanners 3 D adaptés à la bouche des patients. La fabrication additive convenant très bien à certains alliages coûteux comme le titane, les applications explosent enfin dans la production de prothèses osseuses. Les industriels du spatial et du sport automobile figurent eux aussi parmi les « early adopters ». Fabriquant de petites séries de pièces complexes dans des alliages à haute performance et étant soumis à des critères de sécurité moins sévères que dans l’aéronautique ou l’automobile, ils font figure de candidats idéaux. Les success stories se multiplient, à l’image de Snecma qui passe à l’impression 3 D pour ses injecteurs de moteurs de la fusée Ariane. Il pourra fabriquer des séries de 20 pièces en deux semaines contre neuf mois auparavant.

Contrairement aux dispositifs médicaux, on ne fabrique pas encore de satellites ni de voitures de course entièrement par impression 3 D. Mais comme ces secteurs visent la performance à tout prix, ils n’hésitent pas à explorer de nouvelles voies. Notamment celle de l’optimisation topologique : des algorithmes calculent la pièce optimale pour la fonction définie par l’utilisateur. « L’an passé, nous avons produit des éléments d’un satellite coréen, qui sont les plus grosses pièces en aluminium issues de fabrication additive jamais qualifiées pour un vol spatial. L’optimisation topologique a permis de réduire leur masse de 30 % », précise Stéphane Abed, le PDG de Poly-Shape, prestataire en impression 3 D qui emploie 59 personnes pour un chiffre d’affaires de 5,5?millions d’euros.

Un énorme potentiel dans l’aéronautique

Ce type d’applications fait avancer la technologie mais ne suffit ni à tirer le marché ni à faire baisser les prix des machines. Si l’impression 3 D peut compter sur un secteur pour se développer, c’est sûrement celui de l’aéronautique. « On estime qu’environ 10 % des pièces d’un avion peuvent être rentables en impression 3 D à iso-design. Pour les alliages coûteux, le simple fait de remplacer l’usinage par de la fabrication additive évite les pertes liées aux copeaux et fait économiser de l’argent, explique Philippe Rivière, le PDG de Prismadd, l’un des deux fournisseurs retenus par Airbus pour des pièces imprimées en titane équipant l’A 350. Ce chiffre pourra être porté à 25 % dès lors que les avionneurs auront redessiné des pièces pour l’impression 3 D.  »

Le marché potentiel est énorme. Mais il faudra être patient pour voir voler des pièces conçues par optimisation topologique, comme la cloison à aspect organique qu’Airbus a présentée en décembre, car dans l’aéronautique les certifications prennent plusieurs années. « Actuellement, les avionneurs certifient des processus de fabrication additive pour des pièces existantes. Il faudra encore attendre deux à trois ans pour qu’ils se lancent dans la certification de pièces originales », annonce Philippe Rivière. Dernier secteur clé pour l’impression 3 D, l’automobile est un cas à part. En l’état, la fabrication additive ne peut répondre aux cadences et aux volumes imposés par le secteur. Toutefois, les constructeurs en font une utilisation de plus en plus fréquente, dans les bureaux d’études, pour des réflexions sur le design, le prototypage de préséries, voire les prototypes de pièces de rechange. « Comme la tendance est à la segmentation des gammes, peut-être y aura-t-il quelques pièces de production dans quelques années. Ce ne seront pas des pièces esthétiques, mais vraisemblablement des fixations ou autres pièces cachées sous le capot », affirme Éric Bredin, le directeur de Stratasys France. Quant au tableau de bord personnalisé pour chaque client, on ne le verra pas avant de nombreuses années et seulement sur une poignée de véhicules très haut de gamme. À ce jour, aucun constructeur n’a engagé de procédure de certification d’une poudre plastique pour un usage à l’intérieur d’un véhicule.

Quel que soit le secteur, les principaux débouchés de l’impression 3 D concerneront des pièces réservées à un usage interne. De plus en plus d’industriels se servent d’imprimantes pour fabriquer des dispositifs d’aide à la production : gabarits, outillages et autres détrompeurs destinés à simplifier le travail des opérateurs sur les lignes de production. C’est le cas d’Opel, qui a déjà réduit de 90 % le coût de ses outillages de production, notamment ceux servant à aligner les éléments de carrosserie sur la voiture. « Outre la diminution considérable des coûts, les outils peuvent être personnalisés en fonction de l’opérateur ou du véhicule », signale Sascha Holl, l’ingénieur chargé de la conception d’outillages chez le constructeur allemand.

Le risque d’une bulle 3D

Autre type d’application indirecte : les moules. « On constate une utilisation de plus en plus importante des moules d’injection réalisés en plastique par impression 3D », remarque Éric Bredin. La fabrication additive de métal ou de plastique haute température permet de réaliser des moules d’injection beaucoup plus économiques que les équivalents classiques en acier : une bonne nouvelle pour tous les industriels qui ont des volumes trop faibles pour rentabiliser des moules d’injection. C’est le cas de la fonderie. L’impression 3 D permet de créer des noyaux de fonderie aux formes infiniment plus complexes que les moules réalisés en sable ou en cire perdue. « En 2015, tous les motoristes aéronautiques sont venus nous voir pour réfléchir au remplacement des moules en cire perdue pour les aubes, car l’impression 3 D offre la perspective d’un meilleur refroidissement moteur, donc de meilleures performances, explique Raphaël Gorgé. Les premières fabrications en série commenceront d’ici dix-huit à vingt-quatre mois. Elles tireront le marché de l’impression 3 D car une seule pièce de grande série équivaudrait à tout le volume actuel de la fabrication additive. »

Une révolution discrète donc. Si les industriels s’emparent de la technologie, beaucoup de pièces sont encore imprimées sans changement de design alors qu’elles ont été conçues pour une fabrication soustractive et non additive. Quant aux plus intéressantes, elles sont cachées sous les capots des véhicules, dans les entrailles des avions ou dans le corps humain, donc invisibles aux yeux des utilisateurs. Avant de donner naissance à toute une génération d’objets aux formes organiques, l’impression 3 D restera appliquée à des usages internes, par des industriels soucieux de doper leur productivité, d’augmenter leurs marges ou d’améliorer les conditions de travail des opérateurs. Mais c’est la voie à suivre, selon Paul-Henri Renard. « Comme il y a actuellement une frénésie autour de l’impression 3 D, il faut éviter à tout prix l’effet bulle car un projet raté pourrait tuer la technologie, avertit le directeur du CTIF. Il faut donc se concentrer sur les applications qui tirent le plus parti des avantages de la technologie et ne pas la survendre. Le danger, c’est d’avoir d’un côté des bureaux d’études qui veulent à tout prix fabriquer en impression 3 D et de l’autre des prestataires qui survendent leur capacité à produire des pièces de bonne qualité.  »

Industriels, vous voilà prévenus : l’impression 3 D ne répond pas à tous les besoins, mais si votre projet est compatible, d’énormes gains sont possibles.

L’article dans son format original est disponible en cliquant ici.

Source: usinenouvelle.com

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