Une recherche rapide sur le terme Additive Manufacturing (AM) permet d'obtenir d'innombrables graphiques (tous en croissance quasi exponentielle) sur les impacts tout au long de la chaîne de valeur des secteurs industriels les plus importants à l'échelle mondiale. Bien entendu, ce terme génère également d'innombrables articles de presse à sensation sur l'impression d'organes et de maisons "entières", sans le moindre contexte ni la moindre rigueur. Une autre conséquence est l'augmentation, cette fois-ci exponentielle, des publications scientifiques sur le sujet au cours de la dernière décennie.
Là où il semble y avoir de la rigueur, c'est dans le consensus entre les principaux cabinets de conseil, les forums d'affaires et les stratégies de développement national du monde entier, selon lequel, bien qu'il s'agisse d'un paradigme de fabrication relativement nouveau avec les incertitudes et les défis qui l'accompagnent, c'est la seule technologie de fabrication dont le marché a augmenté en moyenne d'au moins 25 % par an depuis 2014 [1], et c'est le substrat de la technologie de fabrication qui a le plus grand potentiel de perturbation pour décimer [2] ou développer [3] le commerce mondial.
Pourquoi les pays en développement qui disposent d'un paysage manufacturier solide et bien établi, basé sur des technologies traditionnelles, établissent-ils des stratégies nationales qui tiennent compte de l'impératif de développer cet ensemble de technologies relativement nouvelles afin de garantir la croissance économique et de partager un consensus mondial sur leur immense potentiel à révolutionner l'industrie manufacturière ? [4]
Pourquoi le monde développé considère-t-il l'EM comme un élément stratégique des technologies dites "4.0", un substrat technologique fondamental sur lequel il envisage la réindustrialisation pour maintenir son avantage concurrentiel, en particulier pour les produits de haute technologie ? [5]
Pourquoi cette forme de fabrication est-elle perçue comme intrinsèquement respectueuse de l'environnement et des nouvelles tendances à la circularité tout au long de la chaîne d'approvisionnement ? [6]
Plutôt que d'y répondre, cet article vise à apporter de la rigueur et à contribuer au débat mondial de plus en plus intense et intéressant que cet ensemble de technologies suscite.
Au-delà de la définition du terme [7], ces 7 grandes familles de procédés de fabrication additive [8] peuvent être mieux comprises comme un substrat technologique sur lequel les idées se matérialisent à un rythme beaucoup plus rapide et à moindre coût tout en favorisant l'élargissement de l'espace de conception et de recherche créative puisque, dans celles-ci, la complexité de l'élément à fabriquer et le coût sont généralement inversement proportionnels.
Elles accentuent également la valeur des processus de fabrication vers la création, le traitement et la gestion de l'information tout au long du cycle de vie du produit et le développement de nouveaux matériaux et composites optimisés pour être traités couche par couche, sur la base de critères de durabilité et de circularité.
"Les imprimantes 3D, plutôt que d'être des équipements qui fabriquent des produits spécifiques, sont des plateformes de fabrication".
Les imprimantes 3D, plutôt que d'être des équipements qui fabriquent des produits spécifiques, sont des plateformes de fabrication ayant la capacité d'avoir un impact sur plusieurs secteurs simultanément, permettant aux entreprises de se découpler des exigences économiques liées à la production de grandes quantités d'un même type de produit. Sa capacité à générer des biens physiques sans avoir besoin de préformes rend la fabrication additive intrinsèquement flexible et polyvalente en termes de types de composants qu'un système de fabrication peut produire.
Une fois que la maîtrise efficace du flux de travail qui convertit les données en produits et vice versa est atteinte, la fabrication additive réduit considérablement les obstacles à la mobilité horizontale entre les secteurs pour toute organisation commerciale [9].
En fabriquant de manière additive, nous ne "fabriquons" pas des produits/pièces au sens traditionnel du terme, nous les cultivons couche par couche, tout en traitant les matériaux indispensables en générant peu de déchets. Nous pouvons intervenir à n'importe quel stade du processus et déposer de manière contrôlée d'autres matériaux, ajouter des capteurs, de l'électronique intégrée ou tout autre critère de fonctionnalité.
Des assemblages complets, des pièces interconnectées, des charnières et des mécanismes qui n'étaient auparavant possibles que par étapes successives en assemblant des pièces individuelles sont fabriqués simultanément. La capacité de fabrication simultanée de plusieurs matériaux permettant d'obtenir des produits avec un gradient de porosité et/ou de propriétés différentes a un potentiel énorme qui reste à explorer.
"Il s'agit d'une technologie qui permet d'explorer de nouveaux modèles commerciaux pour intégrer les informations, les besoins et les attentes des clients en temps réel, segmenter au niveau de l'individu et définir de nouvelles propositions de valeur telles que la personnalisation de masse".
Les systèmes industriels de MA, dont certains sont basés sur des plateformes de bras robotisés, déploient des niveaux de contrôle basés sur différents types de capteurs qui surveillent les variables critiques in situ tout au long du processus, permettant des ajustements en temps réel qui garantissent que le produit fabriqué est conforme, dans toute sa géométrie, aux critères de qualité, aux propriétés et aux tolérances exprimés dans le fichier 3D qui le définit. La capacité de traçabilité est sans précédent.
Un fichier est généré avec toutes les informations du processus de fabrication, qui est enrichi avec les données de performance et les résultats des différents tests et du cycle de vie du produit ; ceux-ci serviront à leur tour de base pour les critères de modification/évolution du modèle 3D d'origine. Tout cela permet d'obtenir plus de données, plus d'informations et plus de connaissances appliquées au cycle de fabrication suivant. Les "frontières" entre le physique et l'information commencent à s'estomper, les actifs physiques sont mis à jour/optimisés presque à la vitesse du logiciel.
En intégrant plusieurs technologies dites 4. 0 dans ses systèmes et flux de travail, l'AM est le seul substrat technologique de fabrication capable de gérer de manière rentable les possibilités actuelles de capture et de stockage de grandes quantités de données, et de les traiter grâce à l'utilisation intensive d'algorithmes d'apprentissage automatique, dont les résultats servent ensuite de cadre conceptuel pour de nouvelles méthodes de conception computationnelle et stratégies de conception, axées sur l'exploitation des avantages de la fabrication additive (DfAM) [10], tels que la modélisation implicite, l'optimisation topologique, la génération de treillis (Lattices) et les surfaces minimales périodiques (TPMS).
Ce qui précède aboutit à l'émergence, plutôt qu'à une conception préconçue, de pièces et d'assemblages d'une complexité géométrique croissante résultant de la distribution du type et de la quantité de matériaux uniquement dans l'espace de conception où les objectifs et les critères prédéfinis sont satisfaits en fonction des charges, du scénario d'utilisation et des conditions limites, tout comme le fait la nature. Fondamentalement, des solutions qui accélèrent l'émergence de produits réellement innovants, hautement perturbateurs, dont les performances sans précédent dépassent de loin celles de leurs analogues et dont l'impact va au-delà de l'assemblage spécifique dont ils font partie ou du système dans lequel ils agissent. Plus que des pièces, des solutions.
RÉFÉRENCES
[1] 3D printing trends 2020. Industry highlights and market trends. Hubs, 2020.
[3] Freund, Caroline and Mulabdic, Alen and Ruta, Michele, Is 3D Printing a Threat to Global Trade? The Trade Effects You Didn't Hear About (September 25, 2019). World Bank Policy Research Working Paper No. 9024, Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3485906
[7] ISO/ASTM 52900:2021 Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary
[8] Las 7 categorías de proceso de la fabricación aditiva. Tessellated.eu
[9] J.-P. Ferdinand et al. (eds.), The Decentralized and Networked Future of Value Creation, Progress in IS,Springer International Publishing Switzerland 2016
[10] O. Diegel et al., A Practical Guide to Design for Additive Manufacturing, Springer Series in Advanced Manufacturing, 2020
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