L’impression 3D connait une ascension fulgurante dans le domaine de l’industrie. Construction, restauration, aéronautique, automobile, santé, etc. aucun secteur n’échappe à l’impression 3D. Elle bouscule les habitudes, déstabilise les codes et s’impose désormais comme un incontournable en matière d’innovation technologique appliquée à la fabrication des produits. Allons à la découverte de ce qui fait le charme de ce procédé de fabrication et intéressons-nous à l’environnement qui le caractérise.
Plan de l'article
Le prototypage rapide ou impression 3D
De plus en plus, les observateurs considèrent l’impression 3D comme un procédé permettant de réaliser des prototypes. C’est dans ce sens qu’il faut comprendre l’appellation « prototypage rapide » utilisée pour désigner cette technologie. En matière de recherche et développement, l’impression 3D sert à créer des copies c’est-à-dire des représentations physiques des objets. Ainsi, de nombreuses entreprises se servent de cette technique pour fabriquer des produits sur mesure et en petites quantités. Le procédé gagne en popularité d’un bout à l’autre du globe. Son utilisation à grande échelle est effective dans divers secteurs. L’industrie métallurgique et la fabrication des objets en polymères en sont les principales utilisatrices. De même, l’impression 3D d’objets en céramique voit sa croissance exploser jour après jour.
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Les avantages de l’impression 3D
De nos jours, l’usage des imprimantes 3D semble incontournable pour une entreprise innovante. Leur utilité apparaît tant en matière de conception que de développement des nouveaux produits. De par son accessibilité, cette technologie offre des services d’impression 3D très efficaces. Les équipes R&D de Bronkhorst, une entreprise hollandaise, reconnaissent l’utilité de cet outil qui, selon eux, permet de visualiser et de monter facilement des prototypes avant leur impression. Les outils ainsi réalisés leur permettent de produire aisément des débitmètres.
Avant la mise en place de ce procédé, il fallait commander un prototype à une entreprise partenaire. La fabrication du composant se faisait donc à l’extérieur, ce qui prenait plus de temps et d’argent. Les responsables de Bronkhorst expliquent que cette technique de fabrication leur a permis d’accroître leur niveau de productivité. L’impression des composants par l’entreprise elle-même est la clé de cette réussite. L’évaluation du design d’un composant se fait en quelques heures, suivie de sa validation ou non selon sa conformité par rapport à la norme exigée.
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Cette technologie offre une kyrielle d’avantages en plus de la célérité. En effet, l’utilisation d’un composant physique en termes de référentiel est mieux qu’une simple image 3D visible sur un écran d’ordinateur. Par ailleurs, la technologie 3D simplifie grandement le processus communicationnel entre les différents segments de l’entreprise que sont : R&D, l’ingénierie et la production. La raison de cette simplification des procédures c’est la mise à disposition d’un modèle concret pouvant servir de base pour des discussions futures relatives au design de la pièce à fabriquer.
Enfin, le département R&D utilise l’impression 3D pour l’effectivité des tests de fonctionnalités du modèle en cours de création.
Partenariats externes en ingénierie 3D
Produire des pièces en métal en se servant d’une imprimante 3D, c’est le grand défi que s’est lancé K3D, une filiale du groupe hollandais Kaak Group. Pour y parvenir, l’entreprise s’est offert les services d’une imprimante 3D à usage métallique. La MetalFab1 utilise le laser en fusion sélective comme méthode de production des pièces. Dans son offensive tous azimuts au cœur de l’innovation technologique, le groupe Kaak s’est allié à sept autres entreprises opérant dans son voisinage. L’objectif de ce rapprochement n’est pas seulement l’expérimentation de cette nouvelle technique de fabrication. Elle vise, à terme, à développer, dans cette partie du territoire hollandais, un conglomérat d’entreprises utilisant la technologie 3D pour le développement de leurs produits.
Bronkhorst, l’une des entreprises faisant partie de ce consortium, utilise déjà les imprimantes 3D pour développer ses produits. En recherche perpétuelle de solutions destinées à l’amélioration des méthodes de production de ses débitmètres, Bronkhorst explore actuellement de nouvelles pistes permettant d’intégrer plus de fonctionnalités à ses modules.
Cependant, le souci majeur est de faire en sorte que cette modification soit respectueuse du design original. Ceci explique la main tendue aux établissements d’enseignement qui se trouvent dans la région. L’invitation leur a été envoyée d’autoriser l’utilisation des imprimantes 3D par leurs étudiants. Le but de l’opération est de créer un contact permanent entre ces derniers et les produits issus de l’innovation technologique afin d’en maîtriser le fonctionnement.
Imprimantes 3D et régulateurs de débit massique
La technologie 3D utilise un système de fonctionnement en double action. Premièrement, elle aide au développement des produits et à l’amélioration du processus de fabrication. Deuxièmement, elle permet l’utilisation des régulateurs de débit massique à l’intérieur de l’imprimante pendant la phase de fusion des particules métalliques.
La fusion sélective se fait grâce au laser. Pendant son déroulement, l’on doit éviter au maximum le mélange entre le métal en fusion et l’oxygène de l’air. Pour ce faire, la mise à disposition d’un gaz inerte autour des particules en fusion est obligatoire pendant toute la durée de l’opération. L’application d’un gaz inerte servant de barrière est nécessaire avant le lancement. Elle doit se faire à l’intérieur de l’imprimante, dans la zone d’impression. Le type de gaz à appliquer est fonction du métal utilisé. On peut par exemple appliquer l’argon si l’on ambitionne de fusionner une poudre composée de particules d’acier.
Les fabricants de ces équipements reçoivent de Bronkhorst un système de régulation et de surveillance du débit de ces barrières de gaz communément appelé « régulateur de débit massique ». C’est un système d’échanges et de partenariats gagnant-gagnant. La fabrication additive permet à Bronkhorst d’inaugurer de nouvelles techniques de production. Un déploiement qui permet à l’entreprise de rester leader dans son domaine à travers l’exploration permanente de nouvelles tendances dans un marché en constante mutation.
Technologie 3D, les raisons d’un succès
Trois raisons fondamentales peuvent justifier l’énorme succès rencontré par l’impression 3D. La première tient à la qualité du matériau utilisé. Qu’il s’agisse du thermoplastique, du métal ou de la mousse syntactique, ce sont des produits hautement compétitifs sur le marché. Le métal en est une illustration. Les prévisions du marché annoncent une hausse vertigineuse du chiffre d’affaires de ce secteur, soit 12 milliards de dollars à l’horizon 2028. Pourtant, en 2018, ce marché ne pesait que 3 milliards de dollars. La deuxième raison c’est la célérité qu’offre cette technologie en matière de fabrication des produits. Enfin, la troisième raison c’est la maîtrise globale du processus de fabrication.
Cet état de choses justifie amplement l’augmentation du volume des ventes des imprimantes 3D entre 2015 et 2016. Le cabinet Gartner dévoile les chiffres suivants : 455 772 pièces vendues en 2016 contre 219 168 l’année précédente. Pour le moment, la difficulté majeure reste la taille des pièces à imprimer. Mais de nombreux spécialistes explorent de nouvelles pistes pour résoudre le problème. Le système LACALA développé par l’IMT de Lille Douai en est une. Équipé d’un bras long de 2 m, il est capable de soulever des charges allant jusqu’à 150 kg, ce prototype pourra fabriquer des pièces dont la longueur, la largeur et la hauteur seraient respectivement de cinq mètres, deux mètres, et un mètre. Le polymère est le seul matériau en cours d’expérimentation pour les impressions de ce type.
Les postes clés de la fabrication additive
Les chiffres sont donnés par Sculpteo, une entreprise française évoluant comme fournisseur des services 3D. 5 % des 1300 personnes ayant pris part à son salon sur l’état de l’art se sont formées dans une école pour acquérir des compétences en maîtrise des technologies 3D. L’on estime à environ 60 % les personnes ayant bénéficié d’une formation dans le tas. C’est une réalité, les compétences manquent cruellement dans l’industrie 3D. Une expertise fait ressortir trois domaines à fort potentiel et pour lesquels de nombreux postes sont à pourvoir. Il s’agit du SAV, des ingénieurs d’application et des technico-commerciaux.
Conception, modélisation et design
La transformation d’une idée en produit fini se fait en plusieurs étapes dont la première est le design. C’est ce qui explique la multitude d’enseignements disponibles en matière de conception des objets. Innovation et création de produits 3D de très grande qualité, c’est le défi que doivent relever les ingénieurs de conception exerçant dans le domaine médical. Le déficit en personnel qualifié est donc étroitement lié aux curricula de formation des apprenants à date.
Ingénierie d’application
Des évolutions constantes sont notées en matière de fabrication additive. Des technologies innovantes et de nombreuses applications sont régulièrement créées. Cette kyrielle d’applications de grande complexité justifie le besoin des entreprises en personnel qualifié et capable de comprendre les machines pour une utilisation optimale de celles-ci. C’est en tenant compte de cette problématique que le recrutement des ingénieurs d’applications est devenu une préoccupation majeure des entreprises produisant les imprimantes 3D. Leur mission consiste à aider les utilisateurs à comprendre le fonctionnement de ces équipements pour une utilisation optimale.
Si vous souhaitez obtenir des conseils ou une expertise approfondie avant l’achat de votre imprimante 3D, n’hésitez pas à contacter le service client de RS Components. Ces professionnels se feront une joie de vous renseigner et vous fourniront toutes les informations nécessaires en matière de technologie 3D.
