A3DM Magazine N°3 - L`information spécialisée de la Fabrication
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A3DM Magazine N°3 - L`information spécialisée de la Fabrication
Fabrication additive / Impression 3D / Prototypage rapide / Développement produit A 3D M m a g a z ne SOUS-TRAITANCE Dans les industries aérospatiale et aéronautique LES ÉCHOS DE L’AFPR Un institut de la FA, rêve ou nécessité ? PROJET R&D FABRICATION ADDITIVE ET AÉRONAUTIQUE www.a3dm-magazine.fr N°6 Déc. 2016-Janv. 2017 Gratuit Le projet Carnot PROMIS CRÉEZ AVEC NOUS LES INNOVATIONS DE DEMAIN Materialise, leader mondial de l’impression 3D PROTOTYPAGE RAPIDE 25 ans d’expérience La plus importante capacité en Europe Très grand choix de matériaux et de finitions Service en ligne 24h/24h, 7 jours sur 7 L’impression 3D intégrée au concept-car PEUGEOT FRACTAL | crédits : PEUGEOT SERVICES D’INGÉNIERIE Optimisation des données pour le prototypage rapide Conception pour la fabrication additive Application de textures Création des structures allegées Production en série pour l’industrie aéronautique FABRICATION ADDITIVE CERTIFIÉE Machines et ressources dédiées pour les pièces de production Logiciels propriétaires d’automatisation et contrôle Processus de fabrication certifié pour l’aéronautique et le médical ISO 9001 – EN 9100 – EASA Part 21G – ISO 13485 SEIKO Xchanger : une monture personnalisable en polyamide MATERIALISE FRANCE www.materialise.fr St Marcel les Valence (siège social) T +33 4 75 25 99 10 F +33 4 75 58 15 97 E [email protected] Ile de France Stèphane Eeckeman T +33 6 07 21 22 24 Nord Gregory Gesquière T +33 6 50 30 07 93 E E [email protected] [email protected] EOS e-Manufacturing solutions A 3D M m a g a z ne FABRICATION ADDITIVE / IMPRESSION 3D PROTOTYPAGE RAPIDE / DÉVELOPPEMENT PRODUIT Édité par : G+G MEDIA GROUPE SAS SAS au capital de 14 000 € SIRET : 815 083 506 00015 10, rue de Penthièvre 75008 Paris Tél. : 01 60 11 57 46 ISSN 2496-6835 Directeur de la publication – directeur de la publicité Guillaume Mouhat [email protected] Tél. : 01 60 11 57 46 Rédacteur en chef Gaëtan Lefèvre [email protected] Tél. : 06 67 09 01 76 Rédaction Florian Bechmann, Alain Bernard, Nikolas Du Puy Dutour, Oliver Edelmann, E. Eglinger, Joe Hiemenz, Oliver Kaczmarzick, Gaëtan Lefèvre, Giorgio Magistrelli, F. Ternoy, Marc Thomas Correctrice Astrid Rogge [email protected] Tél. : 09 51 45 14 80 Source: EOS, Wittmann, Kuhn-Stoff, FormRise Fabrication Additive EOS : des solutions pour des pièces complexes et légères Direction artistique Melissa Chalot [email protected] Tél. : 06 78 20 89 38 Fabrication Imprimerie ETC-INN 82, rue de Michel-Ange 75016 Paris Tél. : 01 47 43 76 76 Dépôt légal à parution La technologie de Fabrication Additive EOS offre de nombreux avantages pour des applications industrielles : liberté de conception, Conception web 8D Concept - Gautier Mouhat Tél. : 06 60 56 57 88 [email protected] possibilité de produire des pièces hautement complexes et légères, ainsi que Crédits photo Couv. : Airbus Group 2016/P. Pigeyre/master films - 5 : 3D System, F.Hrehorowski/Open Edge - 12 : Airbus SAS 2016/A. Doumenjou / master films - EOS 15 : GE Aviation - 16 : Airbus/C. Brinkmann - GE Aviation 17 : Rolls-Royce - Airbus Group 2016 / P. Pigeyre / master films - 18 : Airbus Group 2016/P. Pigeyre/master films - 20-21 : NASA - 22 : DR - 23 : NASA - 24-29 : NASA - 30 : 3D Systems - 31 : Altair - Sckler - 32 : Big Rep - 34-36 : Hoya Vision Care - 38-40 : Concept Laser - 42 : Philippe Cotin/3D Print 2016 - 43 : CTIF 44-45 : SYOS - Florence Ducommun - 46 : F3DF - 49-49 : Airbus - 50 : ONERA l’intégration de fonctions. Toute reproduction, même partielle, des articles et iconographies publiés dans A3DM Magazine sans l’accord écrit de la société éditrice est interdite, conformément à la loi du 11 mars 1957 sur la propriété littéraire et artistique. Tous droits réservés France et étranger. design des pièces peuvent La rédaction n’est pas responsable de la perte ou de la détérioration des textes ou des photographies non demandés qui nous sont adressés. La fabrication de petites séries à des coûts maitrisés et des ajustements du être facilement implantés. Think the impossible. You can get it. Rejoignez la communauté magazine www.a3dm-magazine.fr www.eos.info Rapide. Fiable. Précis. Impression 3D par 3 technologies avancées : stéréolithographie, frittage sélectif par laser et frittage métal laser. Les technologies d’impression 3D produisent des prototypes de haute précision. Des petites pièces aux géométries complexes aux modèles plus grands, nous fabriquons de 1 à 50 unités sous 7 jours. IMPRESSION 3D | USINAGE CNC | MOULAGE PAR INJECTION Devis interactif en ligne | Analyse de faisabilité offerte Contactez-nous : protolabs.fr + 33 (0)4 27 50 29 47 [email protected] ÉDITO La fabrication additive a pris son envol À l’occasion du salon Aeromart Toulouse 2016, qui a lieu du 29 novembre au 1er décembre, A3DM Magazine a décidé de se pencher sur le secteur de l’aéronautique. Industrie pionnière dans l’utilisation des nouvelles technologies, l’aéronautique est un bon indicateur pour apprécier la place de la fabrication additive. Utilisée dans un premier temps pour le prototypage rapide, cette technologie a depuis pris son envol. Pièce structurelle ou non structurelle, pièce de conception ou de réparation... elles ont embarqué. Supports de charnière, éléments de siège, pièces de moteurs... vous serez surpris du nombre d’éléments conçus par fabrication additive présents à bord des avions. De nombreux avantages ont été apportés par cette technique de production, les mêmes que l’on associe généralement à l’impression 3D : la réalisation de formes complexes et plus légères, la réduction d’utilisation de matière première, la production relocalisée, etc. Mais cette étape ne s’est pas réalisée du jour au lendemain. Dans ce secteur, la certification et les réglementations sont très fortes. En France, une industrie importante, Airbus, a compris les enjeux et bien intégré la fabrication additive. « Fabrication additive et aéronautique », le grand dossier de ce numéro. En 2017, alors que les français se rendront aux urnes pour les élections présidentielles, l’AFPR (Association française du prototypage rapide et de la fabrication additive) fêtera ses vingt-cinq ans. En cette fin d’année 2016, le gouvernement français annonce justement, à travers son secrétaire d’État à l’Industrie, Christophe Sirugue, ses deux plans d’action dédiés au numérique : l’un sur l’Internet des objets et l’autre sur la fabrication additive. Alain Bernard, vice-président de l’AFPR, a pris la plume pour rappeler les engagements de l’association et les propositions soumises depuis de nombreuses années. Parmi celles-ci, la création d’un institut national de la fabrication additive qui devrait permettre de partager les compétences, de fédérer les actions et de mutualiser les moyens. Espérons que cela arrive aux oreilles des décideurs. En attendant, l’AFPR continue de s’engager dans cette avancée. Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef. LA FUSION Nous maîtrisons les technologies innovantes de Fusion Métal pour vos pièces complexes : gain de poids, optimisation et post-process. OPTIMISATION TOPOLOGIQUE ALLIAGES ET METAUX HAUTES PERFORMANCES FABRICATION ADDITIVE FUSION METAL DMLS ® ET EBM ® CONTACTEZ-NOUS Tél. +33 (0)4 50 69 33 73 - E-mail : [email protected] 4, Chemin de Branchy - 74600 Seynod - FRANCE www.INITIAL.FR © Initial #2 Les échos de l’AFPR 08 Retrouvez les dernières news du secteur de la fabrication additive. Dossier 30 Un institut de la fabrication additive, rêve ou nécessité ? En 2017, l’AFPR, l’Association française de prototypage rapide et de la fabrication additive, va fêter ses 25 ans. Vingt-cinq ans, c’est l’âge de la pleine maturité, mais pour une association, c’est aussi le moment de faire le bilan de l’action entreprise au cours de ce quart de siècle passé. 12 Attachez vos ceintures ! Publi-rédactionnel La fabrication additive s’envole L’industrie aéronautique a été un des secteurs pionniers dans l’utilisation de la fabrication additive. Prototypage ou pièce de série, structurelle ou non structurelle, pièce de conception ou de réparation, cette technologie a pris une place importante à bord des avions. 20 Fabrication additive et aéronautique, 34 Yuniku, une révolution dans le secteur de l’optique Un produit innovant peut transformer un modèle économique, un processus opérationnel, l’expérience client... C’est le cas de Yuniku ! Conçue par Hoya, en partenariat avec Materialise, cette innovation révolutionne la lunetterie. de nombreuses applications De la conception à la production, la fabrication additive offre de nombreuses possibilités pour fabriquer des outils personnalisés. Le secteur de l’aéronautique a intégré cete technologie à l’ensemble de ses processus. Exploration au sein des applications aéronautiques. Sous-traitance Industrie 38 La fabrication additive au sein de l’usine du futur L’industrie 4.0 n’est plus un doux rêve mais bien une réalité. L’intégration de la fabrication additive dans la 4e révolution industrielle devient donc un défi à relever. Les questions d’aujourd’hui pour le monde de demain ! Rencontre 39 Les trophées 3D Print A3DM Magazine a rencontré les gagnants des différents trophées remis lors de la 3e édition du salon 3D Print qui se déroulait à Lyon début octobre. Projet R&D 24 Sous-traitance et FA dans les industries aérospatiale et aéronautique Pour évaluer les interactions entre la soustraitance et la fabrication additive, nous devons tenir compte de son impact sur la chaîne de valeur et la chaîne d’approvisionnement. Exemple des industrie aérospatiale et aéronautique. 46 Projet Carnot PROMIS Le projet PROMIS (Procédés de Métallurgie InnovantS) explore la fabrication d’une winglet, ailette marginale de voilure d’une maquette d’avion. Pour la réalisation de cette pièce, l’ONERA s’est tourné vers la possibilité d’utiliser la fabrication additive. SOMMAIRE News NEWS RECHERCHES ET INNOVATIONS Renishaw ouvre un centre de santé La société Renishaw a ouvert un nouveau centre d’excellence en soins de santé sur son site Miskin, près de Cardiff, dans le sud du pays de Galles. Inaugurée le 29 septembre, cette structure sera utilisée pour la fabrication de dispositifs médicaux personnalisés de classe 3, mais également pour l’éducation, la formation et l’organisation d’ateliers et de conférences. Ce centre de santé utilise les dernières machines de fabrication additive métallique de Renishaw pour permettre la production de précision de cadres dentaires, implants cranio-maxillofaciaux pour patients spécifiques, gabarits et guides. Le centre de santé est conforme à la norme de gestion de la qualité ISO 13485. AIRBUS STANDARDISE LES SOLUTIONS DE FABRICATION ADDITIVE La société Stratasys annonçait, courant octobre 2016, que le leader français de la construction aéronautique Airbus avait standardisé l’utilisation de la fabrication additive pour la chaîne d’approvisionnement de l’avion A350 XWB. Certifiée pour répondre aux spécifications Airbus en matière de matériaux et conforme au FST (flammes, fumée et toxicité), la résine ULTEM™ 9085 du fournisseur de solutions de fabrication additive sera utilisée pour la production de ces pièces. La fabrication additive apporte aux chaînes d’approvisionnement de production des niveaux d’efficacité et de flexibilité inédits. Elle permet une production à la demande, au plus près des lignes de montage finales, mais elle améliore également le rapport « buy-to-fly », c’est-à-dire qu’elle diminue la quantité de matériau gaspillé par rapport aux méthodes conventionnelles (voir le dossier « Fabrication additive et aéronautique » dans ce numéro). Une nouvelle filière titane française Safran a signé un contrat de R&D avec la plate-forme de recherche MetaFensch et le groupe de métallurgie Eramet. L’objectif de cet accord est le développement de la filière titane française du futur avec deux priorités : la première vise à mettre au point un procédé de production de poudres de titane, et la seconde concerne le recyclage des poudres de titane inutilisables pour la fabrication directe. 8 A3DM magazine n°6 Honda dévoile son véhicule imprimé en 3D À l’occasion du CEATEC au Japon, Honda et Kabuku Inc. ont dévoilé la « Micro Commuter », une voiture qu’ils ont réalisée par impression 3D. Ce véhicule électrique de faible autonomie sera utilisé par l’entreprise japonaise Toshimaya Corp. pour effectuer les livraisons de son célèbre « sablé Hato » en forme de colombe. NEWS Fabrication additive XL en béton La start-up XtreeE et Dassault Systèmes ont mis au point une technologie pour imprimer du béton à l’aide d’un bras robotisé. Ce système de fabrication additive de béton a pour objectif de diminuer les coûts du BTP en utilisant uniquement la quantité de matière nécessaire et en sélectionnant les structures optimales. Insert en titane pour panneaux composites Les sociétés Materialise, fournisseur de solutions pour la fabrication additive, et Atos, fournisseur de services numériques pour l’ingénierie aérospatiale et la simulation structurelle, ont créé un composant révolutionnaire pour structures spatiales, en impression 3D métallique. Cet insert en titane pour structures spatiales est utilisé comme point de fixation pour soulever et transporter de grandes et lourdes structures. L’optimisation topologique et la fabrication additive ont permis, entre autres, de réduire le poids de l’insert, jusqu’à un tiers de son poids original, tout en conservant l’ensemble de ses propriétés et de ses capacités. Test de turbopropulseur GE (General Electric) Aviation a effectué des tests d’un démonstrateur afin de valider des éléments conçus par fabrication additive. Ceux-ci devront être utilisés sur son futur turbopropulseur ATP, pour le Cessna Denali. Ce turbomoteur comportera environ 35 % de pièces produites par fabrication additive telles que les échangeurs de chaleur, certains carters, les logements de roulements... Ces éléments permettront de réaliser des gains de 5 % de masse et 1 % en consommation spécifique. Plus d’informations sur cette pièce. Inauguration du site LISI Aerospace Additive Manufacturing Le métro de Dubaï exploite la FA Le système de métro de Dubaï, aux Émirats arabes unis, utilise l’impression 3D pour imprimer des pièces pour les sous-systèmes de ses distributeurs automatiques de tickets, de portes de billets et d’autres actifs métropolitains sur le réseau. Face à l’obsolescence des pièces, l’agence ferroviaire RTA, exploitant de ce métro, souhaite utiliser cette technologie pour imprimer les pièces de rechange à la demande et localement. Le groupe LISI et la société Poly-Shape ont inauguré début novembre leur site commun LISI Aerospace Additive Manufacturing (LAAM). Cette filiale est dédiée à la conception et à la réalisation en fabrication additive de pièces en série destinées aux secteurs spatial, de l’aéronautique et de la défense. HP acquiert David Vision Systems HP a acquis la société allemande David Vision Systems, spécialisée dans la numérisation 3D. L’entreprise affirme que cette acquisition permettra de développer son concept Sprout 3D, d’intégrer un scanner 3D de bureau dans un ordinateur pour permettre aux utilisateurs de capturer des images 3D d’objets puis de les imprimer. A3DM magazine n°6 9 NEWS MACHINES ET MATÉRIAUX La Fédération de la Plasturgie et des Composites s’interroge La Fédération de la Plasturgie et des Composites présente les résultats de trois projets issus de son programme « In3D » (Initiative 3D). Elle publie un livre blanc dédié à l’impression 3D et à la propriété industrielle, ainsi que le premier référentiel de compétences du métier de technicien spécialisé en fabrication additive. Elle met également à disposition « Parlons fabrication additive », synthèse des résultats d’une enquête d’envergure menée auprès de 300 industriels par le Centre Technique Industriel IPC (Innovation Plasturgie Composites). On apprend ainsi que plus de la moitié des plasturgistes questionnés pensent que l’impression 3D est une opportunité mais que 45 % d’entre eux affirment qu’elle représente un poste supplémentaire de dépenses, qui ne sont pas prioritaires. Mise à jour du logiciel Cimatron 3D Systems a publié une mise à jour majeure de son logiciel CAO / CAM Cimatron. Utilisé pour la conception de moules, de matrices et d’outils, Cimatron dispose de nouvelles fonctionnalités, notamment une interface redessinée, plus rapide et plus facile à utiliser. Parmi les nouvelles fonctionnalités d’outillage, vous découvrirez une modélisation directe, de nouvelles opérations de maillage avec des capacités de modélisation hybride et des fonctions d’assemblage améliorées. Le livre blanc et les autres projets sont à télécharger sur : www.laplasturgie.fr Nouveau filament Poetry Gum 90 d’Ira3D La société italienne Ira3D a développé une nouvelle gamme de filaments fabriquée en Italie et commercialisée sous la marque Ira Filaments. Celle-ci sera compatible avec toutes les imprimantes FDM de 1,75 mm. Ira3D affirme que ces filaments seront fabriqués avec des matières premières de haute qualité, exemptes d’agents polluants ou de substances cancérogènes. Le premier de cette nouvelle gamme est Poetry Gum 90, un polyuréthane thermoplastique souple ou matériau TPU. Il est disponible au prix de 59 € la bobine de 500 g, dans les coloris suivants : blanc, noir, rouge, jaune, argent, naturel, bleu, orange ou vert. Nouveau filament Pro HT de BigRep La société BigRep a présenté son nouveau filament, Pro HT, comme une alternative à ABS. Celui-ci peut supporter des températures élevées jusqu’à 115 degrés Celsius, dans des imprimantes 3D avec une chambre de construction ouverte et non chauffée comme la BigRep One. De finition noire, ce filament présente un haut degré de résistance aux UV et aux intempéries. Il est également biodégradable. Le prix du Pro HT commence à 129,95 € pour une bobine de 2,5 kg, le filament le plus cher que vend BigRep. 10 A3DM magazine n°6 NEWS La première imprimante 3D russe Nouvelles solutions par photoréticulation En juillet 2016, à l’occasion de l’exposition Innoprom 2016, la société russe Rosatom, Corporation Nationale Russe de l’énergie atomique, a présenté la première imprimante 3D industrielle russe. Cette machine fonctionne avec des poudres métalliques de cuivre, d’aluminium, de fer, de titane par fusion laser sélective (SLM). Elle est équipée d’un laser de 1 000 W et d’un système optique de balayage à trois axes. La vitesse d’impression est de 15 à 70 cm3 par heure. Le dispositif et son logiciel sont un projet entièrement russe. Rosatom prévoit d’appliquer son invention dans le domaine de l’énergie nucléaire, ce qui permettra de réduire les coûts de la construction des centrales. Sartomer, filiale du groupe Arkema, lance deux nouvelles solutions pour les procédés d’impression 3D par photoréticulation : PRO 21904, pour le prototypage, et PRO 21905, pour des applications industrielles nécessitant une meilleure résistance. Ces résines d’acrylate sont commercialisées sous la nouvelle marque NextDimension™. Schulman, nouveau partenaire de Prodways Prodways, filiale de Groupe Gorgé, a annoncé, fin octobre, la signature d’un partenariat stratégique avec A. Schulman, fournisseur international de composés plastiques de haute performance et de matières composites. Ce partenariat a pour objectif de renforcer son offre de frittage de poudre. En associant leurs efforts dans les secteurs R&D, à la fois sur les poudres, les imprimantes 3D et les procédés de fabrication additive, l’objectif de ce partenariat vise à accélérer le développement de nouvelles applications industrielles. Troisième génération d’imprimantes Ultimaker L’Ultimaker 3, présentée courant octobre par la société, est une imprimante FDM qui s’appuie sur la performance de sa petite sœur, l’Ultimaker 2, mais qui possède une nouvelle tête d’impression équipée de deux extrudeurs. Elle peut être chargée avec différents matériaux, ce qui permet la production de pièces plus complexes, l’utilisation de supports solubles ou encore l’impression avec deux couleurs différentes. L’Ultimaker 3 est au prix de 3 594 € TTC et l’Ultimaker 3 Extended à 4 434 € TTC. Les deux machines sont d’ores et déjà disponibles chez les distributeurs de la marque. Nouvelle technologie de tamisage Au Formnext, du 15 au 18 novembre, Farleygreene lancera sa dernière génération de technologie de tamisage, la station SIEVGEN 400-US. Cette machine propose un écran tactile, un contrôle automatisé, un tamisage et un convoyage combinés, tout cela sous une atmosphère inerte afin de maintenir la sécurité du processus. Ce système est conçu pour le tamisage de la poudre vierge avant le chargement ainsi que pour la récupération des poudres post-construction. Découvrez la vidéo de présentation. A3DM magazine n°6 11 DOSSIER ATTACHEZ VOS CEINTURES ! LA FABRICATION ADDITIVE S’ENVOLE L’industrie aéronautique a été un des secteurs pionniers dans l’utilisation de la fabrication additive. Prototypage ou pièce de série, structurelle ou non structurelle, pièce de conception ou de réparation, cette technologie a pris une place importante à bord des avions. Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive, gestionnaire d’entreprise et de projets. T SUPPORT DE CHARNIÈRE Fondée en 1989 et basée en Allemagne, la société EOS fabrique pour Airbus des supports de charnière de nacelle utilisés pour maintenir le capotage de la nacelle du moteur lorsque ce dernier est ouvert. Il s’agit d’un composant structurel – et non critique – en titane. La conception de cette pièce grâce au procédé SLS (frittage sélectif par laser traduit de son nom anglais : Selective Laser Sintering) a permis une réduction des émissions de CO2 sur le cycle de vie des charnières de la nacelle de près de 40 %. Bénéficiant des avantages de l’optimisation topologique, sa géométrie a été optimisée afin de réduire l’utilisation de matières premières et son poids. Toujours selon EOS, un autre résultat serait un gain de poids de 10 kilos par avion. 12 A3DM magazine n°6 rois industries ont été pionnières dans le développement et l’utilisation de la fabrication additive : le secteur aéronautique, l’automobile et l’industrie médicale. Après l’analyse du secteur médical, publiée dans A3DM Magazine n° 4 (et dont vous pouvez retrouver les articles sur www.a3dm-magazine.fr), la rédaction s’attaque aux fortes relations entre la fabrication additive et le secteur aéronautique. Celui-ci utilise depuis plus de trente ans cette technologie, depuis la naissance des technologies SLM en 1983. À la fin des années 1980, la fabrication additive était considérée comme une technologie pour le prototypage avant de, rapidement, décoller vers des applications plus étendues. Selon le cabinet de conseil en stratégie Roland Berger, en comparaison avec d’autres secteurs, l’industrie aéronautique est fortement utilisatrices de la fabrication additive, comme le montre les schémas qui suivent. DOSSIER Prévisions sommaires pour le marché 3DP par l’industrie 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 277,1 325,2 442,4 571,4 702,2 842,9 999,8 1 185,8 1 397,8 1 650,9 1 898,7 410,1 552 785,7 1 054,3 1 325,8 1 589,7 1 945,3 2 390,0 2 926,1 3 585,4 4 311,0 Automobile (millions USD) 194,7 263,9 365,4 482,8 605,6 736,2 871,5 1 037,1 1 239,4 1 502,1 1 817,9 Dentaire (millions USD) 352,9 509,0 721,7 978,0 1 256,6 1 565,5 1 926,5 2 371,5 2 906,9 3 570,8 4 312,9 Médical (millions USD) 362,8 489,1 686,0 928,8 1 199,3 1 475,8 1 798,8 2 172,6 2 594,4 3 088,4 3 571,0 412,7 535,6 723,0 945,7 1 181,8 1 447,9 1 737,6 2 083,9 1 479,5 2 957,2 3 452,0 Autres (millions USD) Individu / Éducation (millions USD) Aérospatiale (millions USD) Source : Smartech Markets Publishing in Forbes (2015) EXEMPLES Niveau de préparation pour la production en série Aérospatiale Outillage Automobile Médical 10 10 10 10 Production à plein rendement 9 9 9 9 Production à faible rendement 8 8 8 8 Capacité de la ligne pilote démontrée 7 7 7 7 Capacité opérationnelle 6 6 6 6 Systèmes produits (environnement simulé) 5 5 5 5 Capacités de base (environnement simulé) 4 4 4 4 Technologies validées en laboratoire 3 3 3 3 Preuve de concept de fabrication développée 2 2 2 2 Concept de fabrication identifié 1 1 1 1 Implications de fabrication de base identifiées Injection de carburant Éléments structurels Pale Outillage inserts Conduits d’air Composants de Formule 1 Couronnes et chapes Prothèses de hanche Instruments médicaux Source : Roland Berger, interviews d’experts A3DM magazine n°6 13 DOSSIER La fabrication additive s’envole Dans ce secteur, la fabrication additive est principalement utilisée afin : • d’imprimer des éléments non structuraux, en utilisant, par exemple, des matériaux polymères comme dans le cas de la collaboration entre l’aviateur Airbus et la société Stratasys (voir l’encadré La chaîne d’approvisionnement de l’avion A350 XWB, en page 18) pour fabriquer des composants utilisés principalement pour l’intérieur de l’avion, comme la cabine ; • d’imprimer des composants de moteurs à réaction tels que dans le cas des sociétés General Electric (GE) et Rolls-Royce (voir encadré) ; • d’imprimer des pièces de structure de l’avion, des composants connexes exigeants, mais aussi des composants structuraux secondaires, comme les crochets d’Airbus (voir ci-dessous). Les avantages de la technologie de fabrication additive, régulièrement présentés dans A3DM Magazine, répondent particulièrement bien aux besoins du secteur aéronautique. L’intégration de formes complexes et la flexibilité pour créer des géométries de pièces uniques sont essentielles pour la consolidation des pièces, l’amélioration de l’innovation et de la créativité. La réduction de la production de déchets, en particulier pour des matériaux chers, est à la fois plus économique et écologique. La production relocalisée diminue les coûts de transport. La fabrication à la demande permet spécifiquement aux aviateurs d’éviter les coûts de stockage. Enfin, grâce au développement de logiciels d’optimisation topologique, la réduction du poids des pièces permet de faire des économies sur la consommation de carburant en conservant les performances des composants. Ainsi, la fabrication additive permet principalement aux industries aéronautiques des économies financières et une approche plus écologique de l’aviation. Ces bénéfices sont, en réalité, connus depuis longtemps. L’industrie aéronautique pourrait économiser 350 milliards de dollars sur les coûts de carburant au cours des trente prochaines années, grâce à l’utilisation de pièces plus légères fabriquées par impression 3D. Cette estimation varie, évidemment, en fonction du prix du pétrole qui est à nouveau à la hausse. Dans la dernière édition du rapport Wohlers, le secteur de l’aérospatiale (comprenant l’aéronautique et la fabrication de véhicules spatiaux) couvre 14,8 % des revenus du marché de l’impression 3D (machines, matériaux et services). Des pièces structurelles et non structurelles imprimées en 3D volent sur des avions, des fusées et des satellites, sous forme de clips, de supports, d’injecteurs de carburant et de conduits d’air. Cette technologie est également utilisée pour la réparation. Depuis bien longtemps, la fabrication additive a pris son envol. Certifications et réglementation De même que pour le secteur médical, l’industrie de l’aviation est strictement réglementée et l’approbation de nouveaux composants et de matériaux nécessite un long processus et prend beaucoup de temps. Selon un récent sondage de Défense IQ, une entreprise du Royaume-Uni, plus de 75 % des sondés ont indiqué que la certification des pièces et des produits finis représente le défi le plus important pour le développement de la fabrication additive, ce qui risque d’entraver son absorption commerciale dans l’avenir. Les autres problématiques liées à l’utilisation de la fabrication additive dans le secteur de la défense et de l’aérospatiale, au cours des dix prochaines années, sont la qualité et la normalisation des intrants matériels (49 %), la qualité inconnue des composants imprimés (35 %) et les questions de réglementation telles que la protection des propriétés intellectuelles (30 %). Enfin, le coût reste également un problème, ainsi que la performance de durabilité à long terme des pièces imprimées. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Certification de la finition de produit Qualité et standardisation de l’apport matériel Qualité douteuse des composants imprimés IP, légal et réglementaire Coût de l’équipement trop élevé Temps d’impression lents Immaturité de la technologie Communication avec les utilisateurs, le gouvernement et les militaires Coût R&D trop élevé Approvisionnement limité en matières premières Manque de formations appropriées Développement de procédés alternatifs 14 A3DM magazine n°6 Source : Defense IQ, 2016 Coût matières premières/production trop important Recherche dupliquée et manque de coopération des parties prenantes DOSSIER SIÈGES D’AVION INNOVANTS Zodiac Seats UK, société spécialisée dans la production de sièges d’avion, est une division du géant de l’aérospatiale français Zodiac Aerospace. À l’aide de l’imprimante 3D Objet500 Connex1 de Stratasys, elle a permis la production interne de prototypes en multimatériaux de sièges d’avion innovants. Les principaux défis pour la production de ces pièces spécifiques sont liés à l’utilisation de matériaux possédant des règles strictes telles que sa taille et son poids. Ces sièges respectent également des critères esthétiques, de confort et des exigences budgétaires imposés par chaque compagnie aérienne. Dans le même temps, la production de masse nécessite une normalisation et des conceptions uniformisées. « Dans notre division Cwmbran, nous nous concentrons sur le développement sur mesure de sièges pour les premières classes, les classes affaires et les classes économies », explique David Hayward, manager chez Zodiac Seats UK. Selon ces produits, la société modifiera son concept. L’imprimante Objet500 Connex1 3D a été choisie en raison des « possibilités uniques de l’impression multimatériaux en 3D permettant d’accroître l’efficacité de notre processus de conception ». Les principaux avantages ont été les suivants : • réduction jusqu’à six semaines, soit 92 % du temps, pour la production de prototypes de pièces par rapport aux méthodes traditionnelles ; • capacité à produire des prototypes combinant des parties dures et molles en une seule impression en utilisant les capacités multimatériaux de l’imprimante Objet500 Connex1 ; • atténuer la pression sur les calendriers de développement sans avoir à attendre les fournisseurs externes ; • accélération, de façon significative, des cycles de conception. Les leaders de l’aviation militaire et civile et de l’aérospatiale Selon le dernier rapport Wohlers, « presque tous les grands constructeurs aéronautiques, dont Airbus, Bell Helicopter, GKN Aerospace, Honeywell, Lockheed Martin, MTU Aero Engines, Northrop Grumman, Pratt & Whitney, Raytheon et RollsRoyce, ont construit des infrastructures au sein de leurs sociétés afin d’évaluer et mettre en œuvre des technologies de fabrication additive ». Et les enjeux dans ce secteur sont grands. L’aérospatiale est une industrie cruciale pour certains pays européens comme la France ou le Royaume-Uni. Elle est la première industrie bénéficiant de la fabrication additive parmi les onze autres secteurs en fonction de la stratégie industrielle du gouvernement2. Des applications spécifiques : de GE à CFM International teur de température d’entrée du compresseur à l’intérieur d’un moteur à réaction ». À côté des procédés de fabrication plus rapides offerts par cette technologie en matière de rapport buy-tofly, il existe bien d’autres avantages comme des conceptions auparavant impossibles, les coûts de fabrication moins élevés et la limitation de production de déchets. Depuis cette annonce, il y a plus de deux ans, GE a prévu de fournir le T25 à 400 moteurs à réaction GE90-94B sur les avions Boeing 777. Boîtier T25, première pièce imprimée en 3D et approuvée par la FAA. 1 Quelques exemples spécifiques de développement industriel dans la FA pour l’aviation permettent de comprendre l’étendue des applications. En 2012, General Electric (GE) a acquis Morris Technologies, le plus grand fournisseur de services de fabrication additive aux États-Unis, pour produire des pièces d’avions. Au cours du second trimestre de 2015, GE Aviation a annoncé avoir imprimé en 3D la première pièce (figure 1) approuvée et certifiée par la Federal Aviation Administration (FAA) pour un moteur à réaction commercial lié à un « T25 ». Il s’agissait d’un « morceau de métal argenté de la taille d’un poing qui loge le capA3DM magazine n°6 15 DOSSIER D’autres parties fabriquées en impression 3D par GE Aviation sont les injecteurs de carburant pour les moteurs GE9X des nouveaux Boeings 777X. Ces moteurs seront « les plus grands moteurs jamais construits », selon la société. Et dans ce cas, la fabrication additive sera utilisée pour la production de grands volumes. GE prévoit de produire plus de 40 000 injecteurs de carburant par an. Autre exemple : le moteur LEAP (« Leading Edge Aviation Propulsion ») intègre des techniques développées par CFM International dans le cadre du programme d’acquisition de la technologie de LEAP56, lancé en 2005. Il s’agit du premier moteur à utiliser des pièces issues de la fabrication additive. Cette technique a été utilisée car elle permet la conception de pièces plus complexes, denses et plus légères. Ses injecteurs de carburant (figure 2) imprimés en superalliage sont 25 % plus légers que les modèles précédents et cinq fois plus durables que les pièces fabriquées avec les méthodes traditionnelles. CFM International est une joint-venture entre GE Aviation, une division de General Electric, et Safran Aircraft Engines (anciennement connue sous le nom de Snecma), une division de la société française Safran. Cette joint-venture a été créé pour construire et développer la série CFM56 du turboréacteur. Les noms de CFM International et la ligne de produits CFM56 sont dérivés des dénominations commerciales des moteurs des deux sociétés mères : CF6 de GE et M56 de Snecma. En juin 2016, le CFM56 possédait plus de 550 opérateurs et, jusqu’en juillet 2016, 30 000 moteurs ont été construits. CFM prévoit de produire 1 700 moteurs en 2016, le taux de production le plus élevé dans l’industrie. Le moteur LEAP a aussi attiré l’attention avec de nombreuses commandes. La Commercial Aircraft Corporation of China (COMAC) a choisi le moteur LEAP pour ses nouveaux avions COMAC C919. 2 16 A3DM magazine n°6 Les moteurs LEAP et Airbus Airbus a reçu ses deux premiers moteurs LEAP-1A (figure 3) pour sa prochaine génération d’avions de ligne Airbus A320neo. Grâce aux nouveaux composants imprimés en 3D, ces avions offrent des niveaux d’émission de CO2 nettement inférieurs à ceux de leurs prédécesseurs. Ils sont 15 % plus efficaces en termes de consommation de carburant et nécessitent moins de maintenance. En juillet 2016, Pegasus Airlines, la première compagnie aérienne low-cost de la Turquie, a reçu le A320neo propulsé par les moteurs LEAP-1A de CFM International, devenant ainsi la première compagnie aérienne à utiliser ces avions. Les essais des moteurs LEAP-1B sont actuellement en cours, menant à un service de transport aérien en 2017. Airbus possède une grande expérience dans l’utilisation de la fabrication additive et dans les composants d’avion imprimés en 3D. L’Airbus A350 XWB contient plus de 1 000 pièces de vol produites par fabrication additive par la société Stratasys, avec la technologie Fused Deposition Modeling (FDM). Offrant une flexibilité accrue de la chaîne d’approvisionnement, cette technologie a permis à Airbus de respecter ses engagements de livraison tout en fournissant des composants plus légers qu’avec les méthodes de production traditionnelles. Ces pièces sont pour la plupart dites « parties non structurelles ». Elles ont été allégées de 30 à 55 % de leur poids, réduisant parfois de 90 % l’utilisation de matière première. Début octobre 2016, la société Airbus a annoncé la certification du matériel d’impression en 3D ULTEM™ 9085 pour la production de pièces de vol, également pour les avions A350 XWB (voir l’encadré La chaîne d’approvisionnement de l’avion A350 XWB, en page 18). 3 DOSSIER LE MOTEUR ROLLS-ROYCE TRENT XWB-97 Rolls-Royce possède des clients dans plus de 120 pays, comprenant plus de 380 compagnies aériennes, 160 forces armées, plus de 4 000 clients maritimes et plus de 5 000 clients dans les secteurs de l’énergie et du nucléaires. En Europe, Rolls-Royce est un des pionniers dans la fabrication additive pour les moteurs d’avions, notamment avec le moteur Trent XWB-97, considéré comme le concurrent britannique de General Electric. Quarante-huit voilures, fabriquées en titane avec le procédé EBM (par fusion de faisceau d’électrons, traduction d’Electron Beam Melting), résultent de la coopération entre Rolls-Royce, l’université de Sheffield et le Manufacturing Technology Centre du Royaume-Uni. Selon la société, « le Trent XWB combine un design innovant avec un service après-vente de classe mondiale offrant la meilleure solution de puissance pour la dernière famille d’avions d’Airbus ». Ce moteur comprend la dernière technologie avec des coûts d’exploitation réduits au minimum, des avantages opérationnels uniques et les plus faibles émissions de CO2 de tous les moteurs de cette gamme. En termes d’application, Airbus va équiper les avions A350-800, -900 et -1000 de moteurs Trent XWB. Boeing, une nouvelle demande La société Boeing a également été pionnière dans l’utilisation des techniques de fabrication additive. Elle a commencé ses recherches sur cette technologie en 1997. En 2015, elle a déposé une demande à l’US Patent and Trademark Office (USPTO) d’imprimer et de vendre ses pièces d’avion. Cette demande de brevet indique les raisons pour lesquelles l’impression 3D est une technologie clé pour l’industrie : « recevoir des pièces demandées par le fabricant de l’avion peut prendre une quantité indésirable de temps [et de ressources] pour un client. La demande de brevet se rapporte à une variété de différents matériaux tels que des polymères, des plâtres, des métaux et des alliages métalliques. L’impression 3D peut permettre la fabrication à la demande des pièces souhaitées. » Celle-ci comprend également une « bibliothèque de composants, une base de données, un système de gestion de pièces et un système d’impression à trois dimensions ». Selon les déclarations officielles de la société, à compter d’août 2016, 50 000 pièces imprimées en 3D seront en vol sur des produits de Boeing commerciaux, spatiaux et militaires. révolutionnaire d’extrusion en FDM qui augmente la productivité et la répétabilité. Elle transforme le concept traditionnel de l’imprimante 3D sur un côté pour réaliser une approche « infinite-build », c’est-à-dire qu’elle peut imprimer sur un plan vertical pour une taille illimitée de la pièce dans le sens de la construction (plus d’informations sur cette machine sur www.a3dm-magazine.fr). Boeing Phantom Works – le bras de prototypage avancé du côté de la Défense et de la Sécurité de la société Boeing – a contribué au développement du Demonstrator en définissant les exigences et les spécifications auxquelles le constructeur est confronté. Nous rapportions récemment dans A3DM Magazine que la société Boeing s’était également associée à Stratasys pour l’utilisation de la machine « Infinite-Build 3D Demonstrator ». Celle-ci a été conçue pour répondre aux exigences de l’aérospatiale, de l’automobile et d’autres industries pour la production de grandes pièces thermoplastiques, légères et avec des propriétés mécaniques reproductibles. Cette machine propose une approche A3DM magazine n°6 17 DOSSIER L’aérospatiale, un secteur clé Les engins spatiaux sont également demandeurs de pièces manufacturées additivement. Ces dernières nécessitent des géométries complexes et des composants résistants, mais elles sont produites en très faible quantité. L’Agence spatiale européenne (ESA) est très active dans le secteur. Constamment à la recherche de nouvelles possibilités d’utiliser ces techniques, elle teste l’utilisation de l’impression 3D pour la construction de bases lunaires. Elle travaille sur différentes structures, des boîtiers multifonctions, des plaques de base optiques, des supports et des injecteurs ainsi que divers outils à la demande. La National Aeronautics and Space Administration (NASA), quant à elle, a fabriqué puis testé avec succès, au Marshall Space Flight Center de la NASA, la construction d’un moteur de fusée dont 75 % sont imprimés en 3D. Dernièrement, la NASA a imprimées en 3D plusieurs pièces pendant le transfert vers Jupiter du vaisseau spatial Juno, ainsi que dans le satellite CubeSat. Ces pièces ont principalement été produites par frittage laser. Le secteur de l’aérospatiale continue d’être le moteur du développement de la technologie de fabrication additive. Il possède une croissance soutenue, forte et régulière. La chaîne d’approvisionnement dans l’espace est particulièrement critique et la fabrication additive dans les vaisseaux ou les stations spatiales pourrait être également bénéfique à l’avenir pour créer des pièces ou des outils de rechange, toujours à la demande. En août 2015, Made in Space et NanoRacks ont signé un accord pour construire et déployer en orbite des satellites imprimés en 3D. Un autre secteur d’application est le marché de la réparation (généralement indiquée avec Maintenance, Repair and Overhaul – MRO), qui couvre une industrie du marché secondaire clé. Par exemple, la société Rolls-Royce utilise depuis cinq ans la fabrication additive pour la réparation. L’industrie aéronautique présente un niveau élevé de demande de pièces de rechange avec plusieurs contraintes telles que la vitesse, l’efficacité, la flexibilité dans la livraison et la réduction des coûts de transport avec la production sur place. Le cabinet Deloitte University Press s’attend au développement des applications actuelles vers des systèmes encore plus vastes et complexes. Notes 1 - http://www.additivemanufacturingsummit.com/ 2 - http://www.amnationalstrategy.uk/wp-content/ uploads/2015/05/AM-Strategy-Positioning-Paper.pdf LA CHAÎNE D’APPROVISIONNEMENT DE L’AVION A350 XWB En octobre 2016, le constructeur d’avions Airbus a normalisé le matériel d’impression ULTEM™ 9085 de Stratasys pour la production de pièces de vol pour ses avions A350 XWB. La résine ULTEM™ 9085 a été certifiée conforme à une spécification des matériaux d’Airbus. Ce matériau a l’avantage du rapport résistance-poids avec FST (la flamme, la fumée et la toxicité) conforme pour les pièces de vol d’aéronefs et permet la production de pièces solides et plus légères tout en réduisant considérablement les coûts de fabrication et le temps de production. « En 2014, Airbus a produit une quantité importante de pièces sur des imprimantes 3D FDM pour une utilisation dans les nouveaux appareils A350 XWB, ce qui a permis à Airbus de respecter ses engagements de livraison. La compagnie aérienne industrialise l’inclusion de pièces imprimées en 3D sur les systèmes de Stratasys dans la chaîne d’approvisionnement de la production de l’A350 XWB, en veillant à ce que les fournisseurs soient en mesure de maintenir les délais de livraison des avions. Nous sommes heureux de soutenir Airbus », explique Andy Middleton, président Stratasys EMEA. La fabrication additive possède un impact positif sur l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement et la flexibilité. Elle facilite la production de pièces à la demande. Elle améliore considérablement le buy-to-fly ratio, car elle diminue la quantité de matière gaspillée par rapport aux méthodes de fabrication classiques et soustractives. M. Middleton a confirmé que « la demande pour les solutions de fabrication additive provient d’industries sensibles au temps de fabrication telles que l’aérospatiale, l’automobile, les industries médicales ou de consommation. En l’intégrant dans la chaîne d’approvisionnement, les entreprises peuvent non seulement améliorer la gestion, respecter le temps des engagements du marché, augmenter l’innovation des produits tout en diminuant les besoins en stocks. » 18 A3DM magazine n°6 DOSSIER FABRICATION ADDITIVE ET AÉRONAUTIQUE, DE NOMBREUSES APPLICATIONS De la conception à la production, la fabrication additive (FA) offre de nombreuses possibilités pour fabriquer des outils personnalisés. Le secteur de l’aéronautique a intégré cette technologie à l’ensemble de ses processus. Exploration au sein des applications aéronautiques. Par Joe Hiemenz, Stratasys, Inc. Aéronautique et fabrication additive L ’aéronautique est le secteur que les autres industries observent pour savoir de quoi l’avenir sera fait. Au cours de l’histoire, ce secteur a joué le rôle de précurseur en matière de recherche et d’innovation. Ce qui s’y faisait il y a des dizaines d’années est devenu aujourd’hui courant, presque banal. Par exemple, le secteur de l’aéronautique a été le premier à adopter la fibre de carbone, puis le premier à intégrer la CAO/ CFAO à ses processus de conception. De nombreux autres exemples montrent que les tendances dans l’aéronautique marquent les évolutions ultérieures de la fabrication, quel que soit le secteur. 20 A3DM magazine n°6 Le secteur de l’aéronautique a intégré la fabrication additive (FA) à l’ensemble de ses processus et de ses fonctions, de la création jusqu’aux réparations précédant la fin de vie. Chaque succès a entraîné une intégration plus poussée de la fabrication additive jusqu’à en faire une technologie extrêmement polyvalente. L’aéronautique continue à explorer de nouvelles applications et à investir dans la recherche pour les rendre possibles. En définitive, les résultats de cette recherche profitent aux utilisateurs de la fabrication additive dans de nombreux domaines et pour une large gamme d’applications. L’aéronautique a ouvert la voie à l’utilisation de la fabrication additive et tous les autres secteurs ont suivi. Il ne s’agit donc pas ici de prédire, mais de rappeler le rôle de cette industrie en tant que marqueur de tendances et l’importance de la fabrication additive. Tout comme la CAO/CFAO, la fabrication additive n’est plus un outil soumis à des justifications financières. Sa valeur est établie. Il s’agit d’un « catalyseur ». La façon dont l’aéronautique utilise aujourd’hui la fabrication additive permet-elle de prédire une utilisation similaire dans le secteur de la fabrication à court terme ? DOSSIER La FA pour le prototypage aéronautique La FA au service de l’outillage SelectTech GeoSpatial, une entreprise de fabrication de pointe pour des applications commerciales et de défense, a produit le premier système aérien sans pilote (UAS : Unmanned Aircraft System) imprimé en 3D, capable de décoller et d’atterrir avec son équipement. Les pièces du fuselage ont été totalement réalisées par fabrication additive. Cette technologie a permis les itérations à volonté. Cette société l’utilise dans le cadre d’une approche par essais et erreurs, visant à éviter les longs délais liés à l’analyse et la simulation. Son processus est simple, direct et efficace : conception, impression, assemblage, vol, apprentissage et répétition. Selon Frank Beafore, directeur technique chez SelectTech, « [Il n’y a eu] aucune erreur, chaque essai nous a permis de progresser ». Advanced Composite Structures (ACS) répare des avions, des hélicoptères et produit des composants en faible volume, au moyen de pièces composites. Ce travail demande des outils d’empilage, des mandrins, des noyaux et des guides forets. Dans le cas d’outils usinés CNC, ACS doit prévoir plusieurs mois et investir des milliers de dollars. Et lorsqu’une modification survient, les coûts grimpent et les délais se prolongent. La solution réside dans la fabrication additive pour la quasi totalité des besoins en matière d’outillages composites. En général, les outils d’empilage ne coûtent que 400 dollars et sont prêts à l’utilisation sous 24 heures, ce qui signifie que les modifications ne constituent plus un problème. La FA teste les véhicules de la NASA Pour la production d’un ensemble de véhicules, hautement personnalisés, et afin de les soumettre à des tests très durs, la NASA a décidé d’utiliser la fabrication additive. Les pièces imprimées en 3D pour le « Mars rover » comprenaient des éléments tels que des ventilations et des boîtiers ignifuges, des fixations pour caméras et de grandes portes de capsules. La fabrication additive offre la souplesse de conception et la rapidité d’exécution nécessaires à la fabrication des boîtiers personnalisés. Par exemple, un boîtier extérieur, en forme d’oreille, est profond et sinueux, ce qui le rend impossible ou tout au moins très difficile à usiner. Au total, la NASA a produit 70 pièces par fabrication additive pour ses véhicules d’essais. La résolution des problèmes préalablement à l’achat d’outillage très onéreux permet de garantir des pièces parfaitement conçues pour le rover. « Tout le monde doit s’adapter à un budget, c’est aussi valable pour nous », déclare Chris Chapman, ingénieur chargé des essais à la NASA. La fabrication additive est vraiment idéale pour des pièces creuses en matériau composite, comme une capsule pour un véhicule piloté à distance. En enveloppant des matériaux composites autour d’un noyau soluble réalisé par fabrication additive, on élimine les outils onéreux et constitués de deux sections. « Pour les réparations et les travaux de production en petit volume dans lesquels nous sommes spécialisés, l’outillage représente souvent la plus grande part du coût total. En passant des méthodes traditionnelles à la production d’outillage composite au moyen de la modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM), nous avons pu optimiser notre compétitivité », affirme Bruce Anning, fondateurs d’ACS. Connecticut Corsair est une organisation à but non lucratif qui se consacre à la restauration de l’avion historique du même nom. Pour chaque projet, le défi consiste à remplacer les pièces d’origine. Celles-ci sont difficiles à trouver et très difficiles à reproduire, car la plupart ne correspondent pas aux dessins techniques conservés. Un autre défi réside dans le faible volume de pièces. Le coût de chaque matrice pouvant s’élever à plusieurs milliers de dollars, cette organisation à but non lucratif s’efforce de trouver des fonds lui permettant de reproduire les pièces nécessaires. Cela peut sembler absurde, mais les outils en plastique, réalisés par fabrication additive, peuvent être utilisés dans des procédés d’hydroformage à haute pression pour réaliser des pièces en tôle. Craig McBurney, le fondateur de l’organisation et directeur du projet, nous explique que « une fois le fichier disponible, nous imprimons les segments et obtenons les pièces en tôles hydroformées. Nous n’avions jamais vu cela dans notre secteur : travailler si vite et avec une telle précision ». A3DM magazine n°6 21 DOSSIER La société Piper Aircraft utilise également l’hydroformage, mais son application est destinée à des centaines de pièces structurelles en aluminium pour un nouvel avion. Par le passé, la société utilisait des outils usinés pour l’emboutissage. Piper Aircraft a constaté que les outils en polycarbonate étaient capables de supporter des pressions d’hydroformage entre 3 000 et 6 000 psi ; ils conviennent donc au formage de toutes les pièces structurelles. Selon Jacob Allenbaugh, ingénieur de fabrication chez Piper Aircraft, « je peux programmer une pièce FDM en 10 minutes, alors que j’aurais passé quatre heures à écrire un programme CNC ordinaire ». « La machine FDM peut être beaucoup plus rapide qu’une CNC et travailler sans surveillance ». Un autre avantage de la fabrication additive : « Les pertes en termes de matériau sont beaucoup plus réduites avec la technologie FDM qu’avec l’usinage CNC, car le matériau de support FDM constitue souvent moins de 20 % du total », nous explique Jacob Allenbaugh. Pour Piper Aircraft, la prochaine phase liée aux outils de formage en plastique par fabrication additive sera axée sur la production d’avions plus efficaces, grâce à la réalisation de pièces plus complexes et de forme organique. Celles-ci sont rendues possibles par la fabrication additive. Cet instrument contient un logement toroïdal, produit par fabrication additive. La FA réalise des produits finis La frontière ultime est la production, c’est à dire réaliser des produits finis. Selon Jeff DeGrange, vice-président de la fabrication numérique directe chez Stratasys, « actuellement, l’acceptation est de plus en plus précoce dans le secteur de l’aviation commerciale, lequel présente certaines des normes de rendement les plus exigeantes. Cela inclut les bouches d’aération, les volets des panneaux et d’autres pièces intérieures. L’enveloppe externe d’un avion cache des conduites en HVAC, des panneaux de distribution de la puissance et de nombreux matériaux de montage et de fixation, tous fabriqués par fabrication additive ». 22 A3DM magazine n°6 Il insiste sur le fait que ces pièces sont destinées tant aux avions neufs qu’à ceux déjà en service. Jeff DeGrange met l’accent sur le secteur des avions d’affaire où « des sociétés construisent 500 avions pour 50 clients, chaque appareil présentant des spécificités propres. La fabrication additive leur permet de réaliser des économies d’échelle et leur offre la souplesse nécessaire pour répondre aux besoins d’une production très diversifiée ». Taylor-Deal Automation est l’une de ces sociétés. Elle utilise la fabrication additive du prototypage à la production pour l’ingénierie et la modification de pièces spéciales pour les fluides et la climatisation. « La fabrication additive nous offre une souplesse au niveau du design, une réduction des coûts, des gains de poids et des délais de livraison optimisés », déclare Brian Taylor, président de la société, « le tout pour une production en petite quantité ». Le matériau choisi par Brian Taylor est l’ULTEM® 9085, conforme aux normes FAA. Nous pouvons ainsi réduire le temps d’ingénierie et fabriquer une pièce moins onéreuse ». La souplesse en matière de conception et de fabrication permet d’obtenir un appareil plus efficace. Les pièces réalisées par fabrication additive contiennent moins de matériau, ce qui réduit leur poids d’environ un tiers (ou moins) par rapport aux pièces en métal qu’elles remplacent. Kelly Manufacturing Co. (KMC), le plus grand fabricant au monde d’instruments de vol, réalise la ligne d’instruments de vol R.C. Allen. L’une des applications par fabrication additive produite est un logement toroïdal pour un indicateur de virage et d’inclinaison. Auparavant, les pièces étaient réalisées en uréthane moulé dans un outil souple (caoutchouc). Ce processus était idéal pour la production en petit volume, car il était beaucoup moins cher et plus rapide qu’un empilage composite. Mais la fabrication additive a remplacé le moulage caoutchouc, car elle réduit encore plus les coûts et les délais. Le logement toroïdal, moulé dans un moule en caoutchouc, aurait demandé entre trois et quatre semaines pour une commande de 500 pièces. À présent, grâce à son système FDM, KMC produit 500 logements toroïdaux du jour au lendemain. Justin Kelley, président de KMC, déclare : « De la commande à la livraison, trois jours nous suffisent pour disposer de pièces certifiées ». « La production de drones est un segment à croissance rapide pour la fabrication additive, en raison des systèmes complexes, des itérations rapides, du faible volume, de la complexité structurelle et de l’absence de normes de sécurité qui entravent le déploiement », déclare Jeff DeGrange. Aurora Flight Sciences, une société qui conçoit et fabrique des drones de pointe et des véhicules aéronautiques, a fabriqué et fait voler un avion d’une envergure de 62 pouces – l’aile étant entièrement constituée de composants réalisés DOSSIER par fabrication additive. Cette approche de la fabrication réduit les contraintes liées à la conception auxquelles sont confrontés les ingénieurs avec les techniques de fabrication traditionnelles. La conception de la structure de l’aile a été optimisée pour réduire le poids sans diminuer sa résistance. « Le succès de cette aile a montré que l’impression 3D peut être utilisée pour fabriquer rapidement la structure d’un avion de petite taille », déclare Dan Campbell, ingénieur en recherche sur les structures pour Aurora. « Si une aile doit être remplacée, il nous suffit de cliquer sur “imprimer” et en deux jours, nous disposons d’une aile neuve, prête à voler ». Aurora attire également l’attention à propos d’une nouvelle application : les « pièces intelligentes », des pièces hybrides incluant des structures imprimées en 3D et de l’électronique également imprimée. La société a travaillé avec Stratasys et Optomec pour combiner l’impression FDM et l’impression d’électronique Aerosol Jet afin de fabriquer des ailes avec de l’électronique intégrée. Selon Jeff DeGrange, « l’alliance de l’impression 3D et des circuits électroniques imprimés va changer les règles du jeu de la conception et de la fabrication. Cette méthode a le potentiel de rationaliser totalement la production, car elle nécessite moins de matériaux et réduit les étapes pour la mise sur le marché d’un produit ». « La capacité de fabriquer des éléments électroniques opérationnels dans le cadre de structures complexes au moyen de la fabrication additive peut nous permettre de réaliser des drones plus rapidement, plus personnalisés, mieux adaptés au domaine auquel ils sont destinés. Tous ces avantages devraient permettre de produire des appareils moins chers et plus efficaces », ajoute Dan Campbell. Les pièces intelligentes améliorent les performances et le fonctionnement de deux façons. Les imprimantes 3D permettent de réaliser des structures mécaniques plus légères. L’électronique adéquate imprimée directement sur la structure libère de l’espace pour une charge utile supplémentaire. La société Leptron fabrique des hélicoptères pilotés à distance. Pour son projet RDASS 4, la fabrication additive lui a permis de réaliser 200 modifications au niveau de la conception (chaque composant a subi au moins quatre modifications) sans souffrir de pénalités en termes de coût ou de délais. Dès que la conception a pu être lancée, Leptron a disposé des pièces prêtes à l’utilisation en moins de 48 heures, tout cela grâce à la fabrication additive. De plus, ce projet comprenait plusieurs conceptions pour des applications spécifiques, notamment huit variations pour les composants d’imbrication du fuselage intégré. Si la société avait utilisé le moulage par injection, comme elle le faisait par le passé, les coûts en termes d’outils auraient été supérieurs à 250 000 dollars et les pièces pour la production seraient arrivées six mois plus tard. Cette entreprise de taille moyenne incarne la tendance dans l’aéronautique : pas d’atelier, mais une machine de fabrication additive utilisée pour le prototypage pendant la production. Dans le secteur de l’aéronautique, la fabrication additive est devenue un outil pour la conception, les tests, l’outillage et la production qui va bien au-delà des avions fabriqués par ce secteur. Les sociétés font également confiance à ces applications de fabrication additive pour leurs systèmes d’assistance au sol et les entrepôts de réparation. Cependant, selon Jeff DeGrange, « nous n’avons pas encore couvert tous les domaines dans lesquels la fabrication additive peut être utilisée. Là réside tout son intérêt. La technologie est extrêmement polyvalente », dit-il. « Une semaine, elle est utilisée pour des prototypes d’ingénierie, la suivante pour réaliser des outils destinés aux processus de fabrication et la suivante pour la production de produits finis. Sa polyvalence est réellement incroyable ». Cette polyvalence est la tendance dans l’aéronautique qu’il faut observer, suivre et mettre en œuvre. A3DM magazine n°6 23 SOUS-TRAITANCE SOUS-TRAITANCE ET FABRICATION ADDITIVE DANS LES INDUSTRIES AÉROSPATIALE ET AÉRONAUTIQUE Pour évaluer les interactions entre la sous-traitance et la fabrication additive (FA), nous devons tenir compte de l’impact de cette technologie sur la chaîne de valeur et la chaîne d’approvisionnement. Dans cet article, A3DM Magazine a pris l’exemple des industries aérospatiale et aéronautique. Par Giorgio Magistrelli, expert en fabrication additive, gestionnaire d’entreprise et de projets. L e processus de la fabrication additive est généralement indiqué en cinq grandes étapes, comme décrit sur la figure 1 : à partir d’un modèle 3D, il est généré un fichier, généralement .STL ou .AMF, sur lequel sont calculées des coupes perpendiculaires au sens de fabrication (le processus de « tranchage »), la fabrication elle-même et le traitement final de la pièce. Cette technologie modifie l’échange entre le producteur et le consommateur. Les systèmes de production locaux peuvent se situer dans les locaux du consommateur. Les designers, quant à eux, peuvent indifféremment être situés dans les mêmes locaux ou travailler à distance. Enchaînement des processus de fabrication additive 1 Source : Deloitte University Press 24 A3DM magazine n°6 SOUS-TRAITANCE Les impacts positifs de la fabrication additive sur la chaîne d’approvisionnement sont les suivants : • la réduction des cycles de production ; • la réduction des coûts de transport ; • une meilleure protection de la confidentialité de la conception, des secrets commerciaux ou industriels et des informations commerciales ; Pièces de rechange et inventaire Moyennes : 2,6 milliards de dollars/transporteurs aériens ; 296 milliards de dollars/compagnies aériennes Moteurs : 46 % Rotables : 37 % Autres : 17 % • la personnalisation ; • l’approvisionnement centralisé ; • la diminution de production de déchets ; • la réduction de l’impact financier des stocks ; • des pièces de rechange disponibles en permanence et instantanément. Les avantages spécifiques L’aérospatiale et l’aéronautique sont des secteurs pionniers dans le développement et l’utilisation de la fabrication additive. Et les raisons en sont nombreuses. Ces secteurs sont parfaitement adaptés à cette technologie. Contrairement aux entreprises de production de masse, ils sont en grande partie basés sur des volumes de production limités et des petits lots de pièces de rechange. Le dernier rapport concernant les coûts de maintenance des compagnies aériennes, présenté par la Maintenance Cost Task Force de l’Association internationale du transport aérien (International Air Transport Association – IATA), en décembre 2015, et sur la base des données fournies par 51 compagnies aériennes, indique qu’en 2014, la flotte mondiale comptait 24 597 avions dont 76 % fabriqués par les sociétés Boeing ou Airbus. Globalement, les compagnies aériennes ont dépensé 62,1 milliards de dollars en entretien, réparation et révision (Maintenance, Repair and Overhaul – MRO), soit 9 % des dépenses totales. Parmi cellesci, 23 %, soit 14,41 milliards de dollars, étaient liés aux coûts directs de maintenance (Direct Maintenance Costs – DMC). Les pièces de rechange et les stocks représentent le plus fort impact, avec un total de 10,66 milliards de dollars. Il est particulièrement pertinent de considérer que pour chaque dollar dépensé pour l’entretien, 1,1 dollars est verrouillé pour les pièces détachées ! Dépenses des compagnies aériennes : 62,1 milliards de dollars (FY 2014) Carburant 32 % Coût des opérations 25 % A/C Propriété 11 % Charges 9 % Entretien 9 % Distribution 7 % Services pax 5 % Autres 2 % Inventaire en milliard de dollars/transporteurs aériens $M5,3 $M4,6 $M3,9 $M2,6 $M1,3 $M0,8 MENA ASPAC AFI LATAM EUR NAM $M0,6 $M0,6 CIS NASIA Source : IATA Economics (juin 2015) La production par fabrication additive est encore plus efficace pour réduire les délais et les coûts lorsqu’elle est liée à des opérations spatiales. Actuellement, les composants, les pièces de rechange et les outils sont envoyés de la Terre par une fusée. Grâce à la fabrication additive, ils pourraient être produits directement dans la station spatiale. Selon la NASA (National Aeronautics and Space Admi nistration), une livre de charge utile dans l’orbite terrestre coûte, aujourd’hui, 10 000 dollars. Son objectif est donc de « réduire ce coût à quelques centaines de dollars par livre d’ici 25 ans et quelques dizaines de dollars par livre d’ici 40 ans », annonce la NASA sur son site. En 2014, l’administration aéronautique et spatiale américaine, en collaboration avec Made In Space Inc., a conçu le premier objet imprimé par fabrication additive dans l’espace. Le processus de fabrication additive fonctionne en microgravité comme sur la Terre. L’imprimante 3D utilisée fonctionne avec du plastique chauffé. Il serait donc A3DM magazine n°6 25 SOUS-TRAITANCE possible de créer un « atelier d’usinage » dans l’espace, en réduisant ainsi les coûts et le risque d’envoi de matériels sur la station et, permettant de développer une chaîne sur demande pour les outils et pièces requis dans l’atmosphère. Cette réussite ouvre la voie à de futures expéditions spatiales d’expérimentation. Plus récemment, le 2 février 2016, Craig Auletti, ingénieur à la NASA, a déclaré que suite au succès de la mission ICESat (Ice, Cloud and land Elevation Satellite), la NASA prévoit le lancement en 2018 de la mission ICESat-2. Ce dernier portera également une partie imprimée en 3D en PEKK, un thermoplastique semi-cristallin à haute résistance à la chaleur, avec endurance chimique, résistance à une charge mécanique élevée, un retardateur de flamme, une faible génération de fumée et une faible toxicité. La chaîne de valeur pour l’aérospatiale Afin d’identifier les principaux acteurs et fournisseurs, il est utile d’examiner brièvement les procédés utilisés dans ce secteur. Les composants sont généralement fabriqués grâce à des technologies à base de poudre telles que la fusion sélective par laser (Selective Laser Melting – SLM), la fusion de faisceau d’électrons (Electron Beam Melting – EBM) ainsi que le frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering – SLS). De nombreuses pièces sont cependant produites à base de polymère avec l’impression 3D par dépôt de matière fondue, plus connue sous le nom de Fused Deposition Modeling (FDM). Les techniques à laser sont utilisées pour les petits composants alors que le dépôt de matière fondue est plus adapté à la fabrication de composants plus grands. Une récente étude1 décrit les principaux segments de la chaîne de valeur de la fabrication additive pour la manufacture des pièces structurelles d’aéronefs (figure 2). Une des particularités de celle-ci est que les intégrateurs (les sociétés apportant des sous-systèmes, des composants et assurant que ces derniers fonctionnent) et les fabricants d’équipements d’origine (Original Equipement Manufacturer – OEM), au niveau d’approvisionnement 1 (Niveau 1), se déplacent aussi dans la chaîne de valeur, comme ceux impliqués dans les matières premières telles que GKN pour Hoeganaes ou Airbus avec son Scalmalloy. Un autre exemple est celui de General Electric (GE) qui a acquis, en 2013, deux sociétés de fabrication additive – Morris Technologies et Rapid Quality Manufacturing (RQM) – et qui a présenté une offre, il y a peu de temps, pour l’acquisition de SLM Solutions et d’Arcam. Les fournisseurs des niveaux 1 et 2 offrent principalement des composants et des sous-systèmes à intégrer dans les systèmes finaux. Ces entreprises, souvent de grands acteurs internationaux, sont à la fois fournisseurs d’intrants et de services. La gamme d’équipements et de composants produits par les fabricants d’équipements d’origine est assez grande. Par exemple, GE Avio Aero, située en Italie, se concentre sur les transmissions mécaniques, les machines turbo, les combustions, les montures et les étuis, la fabrication additive, la maintenance et les réparations (Maintenance Repair and Overhaul – MRO & Component Repair and Overhaul – CRO) ainsi que le moulage en sable. Aujourd’hui, la société dispose d’une usine dédiée à la fabrication additive où plus de vingt imprimantes EBM fonctionnent avec des machines laser. On retrouve également d’autres sociétés actives dans les niveaux 1 et 2 comme SAFRAN et Zodiac Aerospace. Les entreprises telles que Finmeccanica (qui collabore avec les fabricants d’avions civils sur les pièces structurelles) ou la branche Airbus Aviospace intégreront bientôt la fabrication additive dans leur chaîne de valeur. Nous décrivons dans l’article sur l’industrie aéronatique (page 12) la joint-venture GE / SNECMA pour produire le moteur LEAP et l’accord Airbus / Stratasys pour fabriquer au moins 1 000 parties non structurelles de vol de l’avion A350 XWB avec FDM. 2 Organismes de recherche et de technologie effectuant des travaux sur des segments particuliers à tous les niveaux de la chaîne de valeur (matériaux, procédés...) Fournisseurs niveau 3 Fourniture de matières premières Fournisseurs niveaux 1 & 2 Fabrication d’imprimantes 3D Logiciels Intégrateurs Fournisseurs de services de FA Autres chaînes de valeur (aérospatiale, défense, automobile) 26 A3DM magazine n°6 SOUS-TRAITANCE Les principaux acteurs Les systèmes d’injection des satellites, les antennes, les supports pour les antennes, les mécanismes de libération et de déploiement, les supports pour la structure, des caloducs et des boucles de chaleur, les lanceurs, les supports et systèmes de propulsion sont les principales pièces conçues par fabrication additive, dans le secteur aérospatial. Les principaux acteurs, quant à eux, sont : • Thales Alenia Space, Airbus Defense & Space et sa branche Aviospace, Honeywell Aerospace, GE, OHB, Mecachrome, SNECMA, Prima Industrie ; • Materialise, LayerWise, Poly-Shape (avec Thales Alenia Space), Initial (appartenant maintenant au groupe Gorgé), Poutre-IT, Prisma, Fusia ; • Arkema, Stratasys et 3D Systems ; • les centres techniques tels que SIRRIS en Belgique, le CETIM en France et le LZN en Allemagne ; • les institutions publiques majeures telles que l’ONERA, le CNES, le NLR aux Pays-Bas, le DLR en Allemagne et l’ESA ; • les organisations intermédiaires (AFNOR, GIFAS, Cluster ASTECH Compétitivité en France) ; • universités et autres RTO tels que TNO (PaysBas), KUL (Belgique), IRT Saint Exupéry (France), Scatech (Espagne), TWI (UK), Cotech (Australie), Fraunhofer (Allemagne) et l’Institut Tallin of Technology (Estonie). Principaux concurrents • Autodesk (US) • Stratasys (US) Dassault, Materialise, Netfabb, Simpleware, Altair Logiciel • NSPI (US) EOS, SLM Solutions et Concept Laser, Renishaw, Arcam, Voxeljet et ExOne Principaux concurrents Fabrication d’imprimantes 3D • Stratasys (US) • 3D Systems (US) • EBAM (US) Fourniture de matières premières Principaux concurrents • Carpenter (US) • Equi-Sphere (CA) • Valimet (US) • Kymek (US) • APNC (CA) RTOs • Google (US) • ATI (US) • AMPS (Australia) Principaux concurrents • Stratasys (US) Principaux concurrents • Avio Aero (GE, US) L’université Sheffield, l’ université Cranfield, Politecnico di Milano, Laser Zentrum Nord GmbH, TWI, TNO, Direct Manufacturing Research center, CTIF, CETIM, UNIBO, Mines de Paris, INSA, UTC ou UTMB Airpro, Poly-Sshape, 3A, FUSIA, Spartacus 3D, Sokaris, Prismadd, Mecachrome, Altair Fournisseurs de services d’impression 3D GKN, Safran/Snecma, Zodiac Aerospace, Finmeccanica, Aviospace Fournisseurs de niveaux 1 & 2 Principaux concurrents • Boeing (US) Eurasteel EU ou MetalloChimique N.V., TLS, LPW, Constellium, Sandvik, H.C. Starck, NMD, ECKA Granules, Aubert et Duval, Evonik Airbus, Safran Intégrateurs • Bombardier (CA) Compagnies aériennes A3DM magazine n°6 27 SOUS-TRAITANCE Fournisseurs et matière première Les fournisseurs de services de fabrication additive ont un rôle différent dans la chaîne de valeur. IIs aident les grands fabricants dans le développement des applications, fournissant les OEM spécifiquement avec des supports et des pièces structurelles. Les fournisseurs de services sont principalement situés en France : Airpro, Poly-Shape, 3A (qui a remporté un prix AFPR pour la production en EBM de pièces en alliage de titane pour Dassault), Fusia, Spartacus 3D (ancien groupe de fonderie Faramir) et des sociétés d’ingénierie qui se concentrent sur les développements de la fabrication additive comme Sokaris, Prismadd, Poly-Shape (qui a fait équipe avec LISI) et Mecachrome. L’aluminure de titane est utilisée pour les pales du moteur car elle possède un niveau de résistance supérieure à celle du titane classique, 800 °C au lieu de 500 °C. Elle est, par exemple, utilisée par Avio Aero, en Italie, pour ses moteurs. Tandis que le titane est plus adapté à des composants structuraux, car il n’a pas besoin de résistance à haute température. Le britannique GKN est un des plus importants fournisseurs de l’industrie mondiale de l’aviation. Il est également impliqué dans la recherche et le développement de poudre à travers sa division de métallurgie des poudres. Cette division participe au projet collaboratif TiPOW, d’une valeur de 3,1 milliards de livres (£), soutenu par le gouvernement britannique, visant au développement de la « poudre de titane spécialement formulée et mélangée pour répondre aux besoins de la fabrication additive de composants aérospatiaux ». En 2013, les ventes de la division de métallurgie des poudres (12 % des ventes totales) ont atteint 932 millions de livres, alors que 2 243 milliards ont été générés par la division aéronautique. Airbus envisage également des activités similaires. Les principales caractéristiques de ce segment de la chaîne de valeur sont les matériaux utilisés : les métaux. L’industrie européenne semble plus forte, dans ce secteur, par rapport à la concurrence dans le monde entier2. Les principaux acteurs sont les allemands EOS, SLM Solutions et Concept Laser qui dominent le marché, suivis par leur homologue britannique Renishaw et le suédois Arcam AB. Le titane est spécifiquement utilisé par des sociétés comme Arcam et Evonik (Allemagne) tandis que l’aluminium est un domaine couvert par SLM Solutions, EOS et Concept Laser. Dans une autre perspective, des sociétés comme Voxeljet et ExOne se trouvent indirectement impliquées dans cette chaîne de valeur car elles produisent des imprimantes 3D utilisées pour l’outillage et l’impression des inserts de moules utilisés pour le prototypage rapide ou pour la production de composants. Les poudres métalliques, pour la fabrication de pièces structurelles métalliques, sont généralement fournies par des entreprises comme Eurasteel UE ou Metallo-Chimique NV en Belgique, TLS en Allemagne, LPW en Grande-Bretagne, Constellium en Hollande, ATI aux États-Unis, AMPS en Australie, Sandvik en Suède ou encore les entreprises : allemande HC Starck, américaine Carpenter et canadienne Equi-Sphere. Les entreprises fournisseuses d’aluminium sont Valimet (US), TLS (Allemagne), NMD (Allemagne) et ECKA Granules (Allemagne). Aubert et Duval, en France, est fournisseur de fer. LA BIÉRE VOLANTE EST IMPRIMÉE EN 3D Sur la compagnie KLM, le premier chariot imprimé en 3D a été embarqué. Il s’agit d’une pompe à bière. Ce projet de chariot aéroporté utilise le CO2 pour fournir la pression nécessaire pour obtenir la bière. Ce gaz est généralement pompé dans le fût de bière à partir d’une boîte, mais les règles de sécurité de vol indiquent qu’il est trop dangereux d’amener ce gaz à bord d’un avion. KLM, conjointement avec la société Heineken, a trouvé une solution en créant un nouveau fût « BrewLock ». La technologie « BrewLock » utilise la pression de l’air pour apporter la pression du fût au niveau souhaité et ainsi compenser la pression négative à bord. Ce système permet de générer une pression suffisante du robinet pour le service. Ce service de bière fraîche ne sera pas disponible sur tous les vols, en grande partie parce que le processus de l’impression 3D du système et de mise sous pression de l’air est compliqué et coûteux. Comme tous les avantages de vol, le projet de la bière en vol ne sera disponible que pour les voyageurs en World Business Class, et uniquement sur certains vols spéciaux. Source https://blog.klm.com/worlds-first-perfect-draught-beer-aboard-a-plane/ 28 A3DM magazine n°6 Les fabricants d’imprimantes 3D et de logiciels SOUS-TRAITANCE Il existe deux types de logiciels. Tout d’abord, les logiciels d’exploitation (au niveau de l’interface du système) tels que 3-matic ou Magics de Materialise. Ceux-ci sont nécessaires pour faire fonctionner des imprimantes telles que celles d’EOS. De la même manière, SolidView de Stratasys et d’autres, comme Netfabb, sont essentiels. Ensuite, les logiciels de conception sont utilisés pour générer des modèles et des fichiers à imprimer. Il s’agit de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). Les principaux dans le secteur de l’aérospatiale sont : Simpleware (UK), les logiciels de Materialise, Within Labs (basé au Royaume-Uni mais appartenant à Autodesk, US), NSPI (US), HyperWorks et OptiStruct (Allemagne). Les logiciels de CAO qui dominent toujours le marché sont : OptiStruct et PolyWorks, mais aussi SolidWorks et Catia de Dassault (France) ou AutoCAD d’Autodesk. Autodesk est particulièrement dépendante de la connaissance des intégrateurs et des fournisseurs de niveaux 1 et 2, comme les professionnels de la conception. SLM SOLUTIONS ET LE SECTEUR AÉROSPATIAL SLM Solutions, récemment acquis par le groupe GE, a participé au Google Lunar XPRIZE relatif à une première mission privée sur la Lune, et comprenant la fabrication d’un véhicule capable de fonctionner sur la surface lunaire et d’envoyer des images à haute résolution et des données vers la Terre. Les pièces du véhicule d’essai et le prototype rover Asimov R3C (roues et adaptateur de caméra) ont été produits par SLM. Le concepteur doit généralement avoir une connaissance détaillée des composants. Ainsi, la phase de conception est la plus susceptible de se produire au niveau des intégrateurs. Ces derniers envoient le fichier .STL ou .AMF résultant d’un fournisseur de services de fabrication additive ou d’un processus à l’impression en interne. Bien que l’environnement de CAO reste dominé par les principales entreprises, de nouveaux développements semblent être en cours. De nouveaux développeurs de conception et de logiciels ont tendance à entrer dans l’arène concurrentielle. Par exemple, de nombreuses entreprises, fabricants de machines mais aussi fournisseurs de services, essayent de développer leurs propres solutions logicielles – sur le système ou en ce qui concerne certains aspects de la conception ou de l’interface (comme en ce qui concerne le positionnement des composants dans la chambre). Notes 1 - “Identifying current and future application areas, existing industrial value chains and missing competences in the EU, in the area of additive manufacturing (3D-printing)”, IDEA Project pour EC EASME, participé par l’auteur de cet article comme expert. 2 - Les principaux acteurs dans la fabrication additive métallique sont : EOS, Concept Laser, Arcam, Phenix Systems (maintenant 3DS), MTT Technologies, Trumpf, Realizer, SLM Solutions et Renishaw (source : SIRRIS, 2014). A3DM magazine n°6 29 LES ÉCHOS DE L’AFPR UN INSTITUT DE LA FABRICATION ADDITIVE, RÊVE OU NÉCESSITÉ ? En 2017, l’AFPR, l’Association française de prototypage rapide et de la fabrication additive, va fêter ses 25 ans. Vingt-cinq ans, c’est l’âge de la pleine maturité, mais pour une association, c’est aussi le moment de faire le bilan de l’action entreprise au cours de ce quart de siècle passé. Par Alain Bernard, Professeur des Universités à l’École centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR. V ingt-cinq ans que l’AFPR existe. Vingt-cinq ans que l’association survit grâce à l’action de ses bénévoles. Le bénévolat est un concept important qui a aujourd’hui atteint, dans ce cas, ses limites. Le volume d’activité ne cesse de croître et l’éco système aspire à des services toujours plus importants en termes d’information et de formation. Au cours de ces vingt dernières années, l’AFPR a été un des acteurs majeurs de la dynamique de développement de la fabrication additive sous toutes ses formes, directe et indirecte, pour les pièces et les outillages. Acteur majeur aussi sur la dynamique internationale avec l’accompagnement de la création de la GARPA (Global Alliance of Rapid Prototyping Associations) et, avec elle, de l’émergence de nouvelles associations dans des pays sur les cinq continents. L’AFPR a aussi été motrice dans la signature d’accords internationaux avec différents pays, en particulier le Canada et l’Inde. Elle a été un des acteurs fondateurs des actions en faveur de la normalisation pour la fabrication additive, tant au plan national, international, qu’européen. Elle a également permis l’émergence de grands projets nationaux, de projets européens majeurs, de succès technologiques et de premières mondiales par ses acteurs de grand talent et représentant un potentiel national inestimable. Elle a incité la mise en synergie de compétences scientifiques complémentaires essentielles pour la 30 A3DM magazine n°6 LES ÉCHOS DE L’AFPR fabrication additive : mathématiciens, chimistes, physiciens, mécaniciens, concepteurs, informaticiens, métallurgistes, spécialistes de fluidique, de thermique, de simulation, technologues dans de très nombreux domaines de la fabrication, automaticiens, métrologues, producticiens, spécialistes de génie industriel et de systèmes d’information, d’intégration, de traçabilité, de traitement de données et bien d’autres ! Mais aujourd’hui, l’association a besoin de faire perdurer ses actions avec une structure pérenne disposant de moyens suffisants. Le relais de ses actions par ses membres en termes d’information et de formation n’est plus suffisant. Information et formation L’AFPR est visible et disponible pour ceux qui cherchent une information objective, pour ceux qui cherchent des partenaires scientifiques et technologiques, pour ceux qui développent une activité ou cherchent à la développer et pour ceux qui souhaitent des conseils sur l’opportunité d’une activité. Trop d’acteurs, d’actions, d’initiatives importantes et nécessaires restent sans relais d’information du fait d’un manque de centralisation de cette information. Cette information va de pair avec un développement intense et effectif sur une chaîne de valeur complète. Quels apprentissages sont nécessaires et indispensables à la formation de personnels qualifiés, depuis les opérateurs machine jusqu’aux spécialistes qualité en passant par les préparateurs ou les responsables hygiène et sécurité ? Ce chantier, l’AFPR l’a initié au travers de groupes de réflexion. Elle a accompagné une initiative plus large émanant de groupements professionnels en attente de personnels formés pour leurs entreprises. Grâce au dynamisme de nombreux acteurs, ces démarches ont abouti à la définition de blocs de compétences à insérer au sein des formations, depuis le baccalauréat professionnel jusqu’aux écoles thématiques doctorales. Quels sont maintenant les grands enjeux ? La maturité technologique de la fabrication additive est acquise. Mais la chaîne de valeur n’est pas toujours aussi robuste que souhaitée pour accompagner des mutations technologiques irréversibles. Et ceci est un problème car cette technologie intéresse potentiellement tous les secteurs économiques, mais pas seulement. Elle est aussi un ensemble de moyens pour pousser l’innovation, depuis l’émergence de concepts et de produits jusqu’à leur mise sur le marché dans des conditions de profit acceptables. Elle permet également la généralisation de preuves de concepts, de grands principes de mise en œuvre, l’ouverture vers la combinaison de matériaux, vers le développement d’objets dotés de moyens autonomes de mesure et de communication dont la fabrication est assurée par des technologies combinant fabrication additive et d’autres méthodes venant de l’électronique, de la robotique, des composites, etc. Cependant, cela ne sera possible que si les concepteurs et les fabricants sont dotés d’outils leur permettant de préparer les informations numériques utiles pour la mise en œuvre de ces nouvelles unités de fabrication combinant de multiples procédés et matériaux. Les plates-formes de conception et de préparation de processus sont en cours de développement. Leur avènement est indispensable pour que les produits et leurs stratégies de fabrication fassent un usage le plus efficace et le plus robuste possible du potentiel de la fabrication additive et des autres technologies qui lui sont combinées. A3DM magazine n°6 31 LES ÉCHOS DE L’AFPR Quelles devraient être les décisions à court et moyen termes ? Un tel développement technologique s’accompagne de mutations sociétales importantes. Par l’association de compétences nouvelles et la revalorisation de pans technologiques quelque peu laissés pour compte. La fabrication additive représente un champ de développement économique dont les limites sont celles des réalités économiques et de l’imagination humaine. Des décisions s’imposent afin de pérenniser les savoirs et savoir-faire dont la France est dotée, et afin de les rendre compétitifs sur le plan économique dans un marché européen voire mondial. Les acteurs se multiplient. Les logistiques physiques se transforment en logistiques numériques avec des points relais de fabrication qui décuplent. Des paliers sont en train d’être franchis et de nouvelles prospectives technologiques se développent. Mais trop d’énergie et de temps sont perdus. Un institut national de la fabrication additive Une première décision serait de créer ce que l’AFPR appelle de ses vœux depuis plus de trois ans : un Institut national de la fabrication additive, doté de moyens nécessaires aux missions d’information et de formation, en appui sur les membres de cet institut et sur les nombreuses plates-formes technologiques existantes. Qui seraient les membres ? Tous les acteurs qui ont quelque chose à apporter à l’écosystème de la fabrication additive ou qui sont en attente de cet écosystème. Qui en seraient les pilotes ? Des représentants de toutes les catégories d’acteurs, avec une organisation souple ainsi qu’une communication dynamique et actualisée par les membres eux-mêmes. Une vitrine scientifique et technologique du potentiel français que certains voudraient sous-estimer, mais, serait une des toutes premières au monde, qui de par son expérience, son expertise et sa diversité. 32 A3DM magazine n°6 Une deuxième décision serait de fédérer les initiatives autour de cet institut afin de valoriser les platesformes et les actions régionales. Beaucoup d’acteurs sont impliqués et réalisent, créent, conçoivent, imaginent... Faisons en sorte que ce travail soit visible et durable, au travers d’un acteur unique, un institut. Chacun aurait une place active. Chacun aurait la possibilité de proposer ses atouts et ses talents. Chacun pourrait recevoir des autres membres. Une synergie des actions et des compétences permettrait de mieux avancer. Une mutualisation des compétences et des moyens permettrait de mieux progresser et de gérer un calendrier de formations ouvertes aux acteurs de l’écosystème national. L’AFPR continue à avancer et à agir dans ce sens en faisant de nombreuses propositions. Espérons que l’avenir permettra de voir l’avènement de cet institut qui deviendrait le support d’une marque nationale de compétences, d’expertise et de puissance économique autour d’une organisation concertée au service du développement économique national. PUBLI-RÉDACTIONNEL YUNIKU, UNE RÉVOLUTION DANS LE SECTEUR DE L’OPTIQUE Qu’est-ce qui rend une innovation révolutionnaire ? La manière dont elle révolutionne un produit ou transforme un modèle économique ? La manière dont elle transforme un processus opérationnel ou l’expérience client ? Parfois, un produit innovant peut répondre à tous ces critères. C’est le cas de Yuniku. Conçue par Hoya, en partenariat avec Materialise, cette innovation est sur le point de révolutionner l’industrie de la lunetterie. Par Nikolas Du Puy Dutour, directeur général chez Materialise France. All images courtesy of Hoya Vision Care L ’impression 3D associée aux bonnes applications et aux bons partenaires a le potentiel de transformer tout un secteur. La société Materialise en a fait l’expérience lorsqu’elle a appliqué cette technologie à la fabrication de prothèses auditives. Cette dernière, grâce aux logiciels sur mesure de Materialise, est passée d’un total de 20 % à près de 100 % en seulement deux ans. Aujourd’hui, le secteur de la lunetterie est sur le point de connaître un tournant tout aussi historique grâce à un système permettant aux opticiens de proposer à leurs clients des montures entièrement personnalisées, fabriquées dans l’une des usines de fabrication additive les plus avancées au monde. Il s’agit de Yuniku, les premières lunettes 3D sur mesure offrant une vision optimale et une plate-forme numérique ouverte permettant à toutes les marques de lunettes d’en faire autant. 34 A3DM magazine n°6 L’optimisation de la vision et son importance La conception classique de lunettes commence par la monture. Lorsqu’un client choisit une monture chez un opticien, ce dernier sélectionne et installe des verres optiques adaptés aux besoins du client. Cependant, l’installation des verres sur la monture choisie peut avoir des conséquences négatives sur l’alignement des verres ; les performances sont ainsi loin d’être optimales. Alors, comment créer des lunettes qui offrent au porteur une expérience visuelle optimale ? PUBLI-RÉDACTIONNEL Co-création d’une chaîne d’approvisionnement entièrement numérique Yuniku utilise la numérisation 3D, l’automatisation de la conception paramétrique et l’impression 3D pour créer la monture choisie par un client en fonction des verres optiques sélectionnés par l’opticien. « Étant donné que la position des verres est conservée, ce concept garantit l’orientation idéale des verres sur les lunettes finales, ce qui garantit, à leur tour, des performances visuelles optimales », explique Felix España, responsable monde des nouveaux médias pour Hoya Vision Care. De plus, l’impression 3D permet de personnaliser entièrement les montures en fonction des caractéristiques anatomiques du client et de ses préférences esthétiques. Le bureau Hoet, partenaire de conception de la collection de montures de base qui sera utilisée par Yuniku, possède déjà une vaste expérience dans le secteur des lunettes imprimées en 3D. Pour Bieke Hoet, Yuniku est l’occasion de proposer des lunettes de luxe très performantes aux opticiens classiques. « En tant que créateur de lunettes », explique Bieke, « je sais déjà comment l’impression 3D peut révolutionner ce secteur. Et avec Yuniku, nous pouvons désormais partager ce potentiel avec le monde ». « Lorsque nous avons entamé notre collaboration avec Materialise, en 2014, dans le cadre de la conception du Hoy Vision Simulator et de l’EyeGenius, nous avons commencé à réfléchir aux grandes avancées telles que la mise en commun de nos connaissances et à ce qu’elles pourraient nous permettre de réaliser », se rappelle Felix España. « Nous recherchions non seulement un partenaire de fabrication, mais aussi un collaborateur complet capable d’intervenir à chaque étape. » Pour commencer, lors du processus de co-création, les services de conception et d’ingénierie de Materialise ont entrepris d’adapter leur technologie de numérisation 3D pour obtenir une numérisation très détaillée des traits du visage du client, et répondre ainsi aux besoins de l’équipe des nouveaux médias de Hoya. Pendant ce temps, l’équipe R&D de Materialise collaborait avec Hoya pour développer le logiciel Yuniku. Celui-ci permet à l’opticien de faire vivre à ses clients une expérience passionnante. Une fois la numérisation terminée, le logiciel avancé utilise les données faciales et visuelles pour déterminer la position idéale des verres par rapport aux yeux et communique ces informations au logiciel de Materialise qui adapte ensuite la monture aux verres en fonction des traits uniques du porteur. A3DM magazine n°6 35 PUBLI-RÉDACTIONNEL L’expérience Yuniku, une plate-forme ouverte La conception, la couleur et la finition de la monture peuvent être ajustées selon le choix personnel du client, guidé par l’expertise de l’opticien. Les solutions logicielles intégrées fonctionnent en arrière-plan pour s’assurer que le positionnement et l’ajustement idéals des verres sont conservés. Lorsque les lunettes 3D sur mesure sont créées, un système de commande back-end envoie les données nécessaires à la production des verres à Hoya et les données nécessaires à la fabrication des montures à Materialise. Chez Materialise, les montures sont fabriquées en faisant appel à la technologie de frittage laser dédiée aux lunettes. Elles sont ajustées en fonction de paramètres extrêmement précis à l’aide de la Materialise Control Platform, qui permet d’accéder à des réglages matériels nuancés. Enfin, les montures sont soumises au processus Materialise Luxura1, un traitement de postproduction en plusieurs étapes. Chaque monture issue de ce processus de fabrication est totalement unique et permet d’assurer une authentification individuelle pour chaque client. « Les innovations réalisées par Materialise permettent depuis longtemps de développer des solutions complètes pour améliorer les mécanismes d’interaction entre les clients et les professionnels, ouvrant ainsi la voie aux nouvelles expériences et à l’innovation dans le développement de produits », explique Alireza Parandian, spécialiste des équipements imprimés en 3D chez Materialise. « Mais Hoya Yuniku va plus loin en lançant un système ouvert qui va au-delà d’une simple marque ». Notes 1 - http://manufacturing.materialise.com/Luxura 36 A3DM magazine n°6 Même si l’expérience sera sans nul doute unique pour tout porteur de lunettes, la plate-forme Yuniku est un système ouvert qui peut être mis en œuvre dans un nombre illimité de magasins et avec un grand nombre de marques. Yuniku a été lancé avec une collection de base, créée par le bureau de conception Hoet, et devrait s’élargir pour inclure des montures d’autres créateurs. Pour les porteurs de lunettes, Yuniku représente un futur où les verres et les montures se complètent au lieu de se nuire. Un avenir où leurs besoins optiques et leurs préférences esthétiques sont réunis dans une seule paire de lunettes. Pour les opticiens, le système Yuniku permet de mettre à profit leurs connaissances et de faire vivre à leurs clients une expérience innovante et passionnante. Yuniku n’est pas seulement un système de conception automatisée, mais constitue un tremplin pour l’innovation. S U P P L I E R S F O R U M F O R T H E A E R O S PAC E I N D U S T R Y 5 TH EDITION PALAIS DES CONGRÈS - APRIL 4-6, 2017 I O N E - T O - O N E M E E T I N G S I A E R O M A RT S U M M I T I G R E E N AV I AT I O N V I L L A G E I CONTACTS US: Thomas GAYRAUD tgayraud @advbe.com T. +33 1 41 86 49 18 www.bciaerospace.com/montreal 2015 INDUSTRIAL PARTNERS INDUSTRIE LA FABRICATION ADDITIVE AU SEIN DE L’USINE DU FUTUR L’industrie 4.0 n’est plus un doux rêve mais bien une réalité. L’intégration de la fabrication additive dans la 4e révolution industrielle devient donc un défi à relever. Les questions d’aujourd’hui pour le monde de demain ! Par Oliver Edelmann, le docteur Florian Bechmann et Oliver Kaczmarzik de Concept Laser. D’une tendance à un boom B ien que la fabrication d’additive ne représente que 0,03 % du marché mondial de la production avec une valeur de dix trillions de dollars américains, elle est passée de la phase d’expérimentation à une activité florissante. En 2016, les ventes dans le monde ont augmenté d’environ 30 % à plus de 7 milliards de dollars. C’est la conclusion d’une étude menée par le cabinet international de conseil en gestion Bain & Company1. Et ce n’est que le début ! Bain & Company estime que des taux de croissance annuels de plus de 30 % continueront d’être atteints et que le marché parviendra à 12 milliards de dollars d’ici 2018. Selon l’évaluation du cabinet, l’impression 3D est sur le point d’atteindre une production de masse. Le rapport d’experts EFI 20152 prévoit un volume du marché mondial de la fabrication d’additive d’environ 21 milliards de dollars d’ici 2020. 38 A3DM magazine n°6 La fabrication additive (FA) a atteint le stade de la production industrielle de masse. Elle est depuis longtemps passée de la phase de prototypage à celle de production. L’industrie 4.0, aussi nommée « 4e révolution industrielle », est le nouveau grand défi auquel réfléchissent tous les acteurs de la FA. Selon Peter Sander, responsable des technologies et concepts émergents chez Airbus, d’ici 2018, la compagnie aérienne prévoit d’utiliser, par fabrication additive, du titane, de l’acier inoxydable et de l’aluminium en série. Les utilisateurs de l’industrie aéronautique américaine ont déclaré, quant à eux, que cette technologie doit être au cœur de leur stratégie de développement. Les défis de la production économique en série se déroulent à trois niveaux : la numérisation, l’automatisation et la mise en réseau des machines jusqu’à la création d’une usine « intelligente ». Mais pour l’« industrie 4.0 », les solutions doivent être plus efficaces et plus économiques. Un certain nombre de secteurs ont défini la fusion laser de métaux comme représentant leur direction stratégique. Les exemples sont nombreux dans le secteur aérospatial, l’aéronautique (voir le dossier dans ce numéro d’A3DM Magazine) ainsi que le dentaire et le médical. D’autres secteurs importants tels que celui de l’automobile l’ont également intégrée. Là aussi, l’impression 3D semble offrir une gamme prometteuse de solutions pour le futur. INDUSTRIE Comment le marché évolue-t-il ? État actuel de la technologie Au cours des trois ou quatre dernières années, de nombreuses industries se sont lancées dans la phase « exploratoire » de l’impression 3D. Les pionniers, c’est-à-dire les innovateurs, analysent toutes les structures antérieures produites par l’usinage ou le moulage pour établir si cellesci peuvent être remplacées par la fabrication additive. Ils sont passés à une phase d’adaptation des procédés de fabrication additive. Nous considérons cela comme la première étape vers la production en série industrielle. Cette phase nécessite de nouvelles réponses de l’industrie des machines et de l’ingénierie des installations. La liberté de conception et le potentiel de construction, l’intégration fonctionnelle, la production à la demande, les économies de temps et de coûts ainsi que les considérations relatives à l’économie de ressources et à la production durable jouent ici un rôle important. Les premiers concepts de la machine d’impression 3D étaient axés sur les vitesses de fabrication, la taille de fabrication et les aspects qualitatifs. Les objectifs énoncés étaient largement respectés du côté des fournisseurs. L’impression 3D pouvait donc être utilisée pour le prototypage et la fabrication de petits lots. Mais les attentes à l’égard de cette technologie ont continué d’augmenter. Et les fournisseurs se sont adaptés. Comment une approche additive modifie-t-elle l’esprit de conception ? Les avantages de cette technologie n’ont pas été complètement exploités. Aujourd’hui, les concepteurs adoptent une approche plus systématique. Les paramètres de performance sont définis et des « solutions adaptées au processus » sont développées à partir de ceux-ci. La pièce peut être repensée pour convenir à la fabrication additive. Cela ne produit pas seulement un résultat visuel. Les composants de conception bionique peuvent être jusqu’à 20-30 % plus légers que les composants usinés ou coulés. Dans certains cas, la réduction de poids potentielle peut atteindre 60-80 %, par exemple si un bloc métallique rectangulaire est réduit à sa fonction réelle. Il est aussi important d’enregistrer les propriétés thermiques et mécaniques pour déterminer les exigences des pièces et les livrer avec un design, délibérément adapté au processus. Concrètement, cela signifie que les pièces ne sont pas seulement plus performantes, mais qu’elles sont également plus légères et possèdent une géométrie différente. En fin de compte, chaque gramme de poids économisé signifie une augmentation de l’efficacité économique de la fabrication additive. Des plateaux de fabrication plus grandes sont concevables, mais elles engendrent des contraintes plus élevées. Et l’on ne sait pas si une telle machine peut être exploitée de manière économique. En outre, des techniques intelligentes d’assemblage sont également disponibles. Il y a en outre une anticipation concernant des sources laser plus puissantes, mais cette voie seule ne sera pas forcément la plus intéressante. Il y a aussi le concept clé de technologie multilaser. Cependant, de multiples sources laser doivent être validées pour s’assurer qu’il n’y ait pas de restrictions à la qualité des pièces, avec des zones de chevauchement et le développement de dépôts de suie. Quelles sont les exigences de la production en série ? Les machines et les installations actuelles sont des « solutions d’îlots ». Elles fonctionnent comme des solutions « autonomes » sans véritablement s’intégrer dans l’environnement de fabrication opérationnel. Ces machines ne sont pas interconnectées entre elles, ni avec les procédés de fabrication en amont et en aval. Elles ne peuvent « communiquer » que dans une certaine mesure au sein de la chaîne de traitement numérique allant de la conception à la fabrication. Elles ne sont donc pas, A3DM magazine n°6 39 INDUSTRIE encore, adaptées à la production industrielle en série « du futur ». L’automatisation constante des processus manuels est toujours manquante. La séquence de tâches d’installation et de production de pièces dans une machine nécessite des « temps d’arrêt » inutilisés, ce qui entraîne une perte de temps pour l’opérateur. Actuellement, l’interconnexion des machines entre elles et avec des périphériques n’est pas encore assurée. Ces points critiques montrent que nous avons encore du chemin à parcourir pour atteindre les objectifs de « l’industrie 4.0 » sous le couvert d’une usine « intelligente ». Cependant, cette approche s’associe au nombre croissant de machines utilisées. Mais si de nombreuses machines fonctionnent, la quantité d’espace nécessaire pour les solutions « autonomes » augmente énormément. L’usine du futur Des solutions commencent à être proposées. De nouvelles architectures de machines permettent de relier ces dernières de manière flexible. La station de traitement et la station de manutention peuvent être combinées selon les besoins, mais aussi exploitées séparément les une des autre. Des réseaux de machines qui « communiquent » non seulement entre eux mais également avec des dispositifs périphériques correspondants. En plus de la liaison, l’automatisation est le deuxième élément clé. Les processus manuels précédents, tels que la fourniture de poudre métallique neuve ou le retraitement de pièces, ainsi que les temps d’arrêt de la machine résultants, sont réduits au minimum. Les modules qui, par exemple, fournissent du nouveau matériel aux machines ou effectuent des travaux de construction, sont automatiquement déplacés à la position requise. Il en résulte des économies de temps et de coûts considérables qui assurent le niveau nécessaire d’efficacité économique dans la production en série. Le but principal de cette approche n’est pas d’accroître encore le nombre de sources laser ou encore la puissance de celles-ci, mais plutôt d’aborder l’automatisation et l’interconnexion de machines qui manquaient auparavant. Notes 1 - Pierluigi Serlenga and François Montaville (Bain & Company) – « Five questions to shape a winning 3-D printing strategy » (étude septembre 2015) 2 - EFI Expert Report 2015 (Expert Commission on Research and Innovation) – February 2015 3D Print RENCONTRE Les trophées À l’occasion de la 3e édition du salon 3D Print à Lyon, début octobre 2016, des concours ont été organisés. Pour la seconde année, les organisateurs ont délivré le trophée 3D Print, récompensant la meilleure démarche industrielle en fabrication additive. Le jury a attribué ce trophée au CTIF (Centre technique des industries de la fonderie), qui était associé à la société Spartacus3D, pour la conception de sa pince de robot de forge LETo. Parallèlement, et afin de donner sa chance à un jeune projet, il a été accordé un second prix : le « coup de cœur ». Celui-ci a été remporté par la start-up Syos pour la fabrication par impression 3D de bec de saxophone sur mesure. Durant ce salon, était également organisée et animée par F3DF la première édition du « Designathon ». Des participants se sont ainsi lancés dans la conception d’un modèle 3D sur le thème de la lumière. Rencontre avec les gagnants des différents trophées. Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef A3DM magazine n°6 41 RENCONTRE Camille Ollivier CTIF Le CTIF est le centre technique industriel de référence en métallurgie et transformation des métaux. Il a pour objectif de promouvoir l’innovation et d’aider au développement technique industriel en développant des projets R&D et en accompagnant les industriels à travers des prestations privées. La fabrication de sa pince de robot de forge LETo a remporté le trophée 3D Print, qui récompense la meilleure démarche industrielle en fabrication additive. Camille Ollivier, ingénieur, nous présente ce projet. Camille Ollivier est ingénieur en conception et fabrication additive au sein du Pôle Études et Méthodes. En tant que chef de projet fabrication additive, elle est amenée à gérer des projets de conception et de calcul avec le bureau d’études, des prestations d’études et de caractérisations des matériaux avec le laboratoire. Pouvez-vous présenter la pince LETo ? La pince LETo est un outillage de forge (pince de robot) développé par le CTIF et Spartacus3D pour l’entreprise Setforge, du groupe Farinia. Elle transporte des lopins métalliques de 7 kg à 1 100 °C, pour les présenter à un laminoir, à une cadence de 200 pièces par heure. Elle subit de très fortes sollicitations thermomécaniques, ce qui provoque la rupture prématurée de certains outillages. La maintenance doit régulièrement intervenir pour changer des éléments de la pince (fond de pince, garnitures, circuit de refroidissement) ou la pince elle-même, générant des arrêts préjudiciables et une baisse de la productivité. En plus de la difficulté de l’intervention, le délai d’approvisionnement des pièces est très long, environ 15 semaines. Quel matériau et quel procédé avez-vous utilisés ? Pour être certains d’obtenir la solution optimale en réponse à la problématique décrite précédemment, plusieurs procédés de fabrication ont été investigués au préalable : le mécano-soudé, la fonderie cire perdue, la fabrication additive métallique et le taillé masse, ce dernier étant le procédé de fabrication actuel. Un comparatif technico-économique a mis en évidence l’intérêt de la fabrication additive par rapport 42 A3DM magazine n°6 aux autres procédés alternatifs. Le choix du matériau est basé sur un critère besoin-procédé. En effet, les matériaux disponibles sont encore limités en fabrication additive métallique, avec des solutions telles que l’acier inoxydable 316L, le titane ou l’Inconel® 718. Les besoins fonctionnels de tenue mécanique à haute température (> 400 °C), de bonne conductivité thermique et de faible dilatation thermique, ont abouti au choix de l’Inconel® 718. De plus, les garnitures de la pince étant en Inconel® 718, le choix d’un matériau unique supprime les éventuels problèmes de compatibilité chimique ou de dilatation différentielle entre matériaux. Avez-vous réalisé une optimisation topologique ? L’objectif premier du développement n’était pas d’alléger la masse de la pince LETo mais d’améliorer la durée de vie de la pince, de réduire le nombre d’interventions de maintenance et de se focaliser sur les parties fonctionnelles de la pince. Une étude topologique a tout de même été menée pour limiter l’impact du coût, le prix des matériaux étant élevé, et réduire ainsi la quantité de matière utilisée. De plus, l’optimisation topologique a permis d’ajourer le volume des demi-pinces, ce qui permet d’augmenter, un peu, la surface d’échange thermique de la pince avec son environnement. Quels en sont les avantages et désavantages ? Conscients des possibilités offertes par la fabrication additive métallique, notre objectif a été de démontrer que cette technologie peut également s’adresser à des secteurs industriels autres que l’aéronautique, le spatial ou le médical, qui produisent des pièces à forte RENCONTRE valeur ajoutée. Nous avons donc cherché à contourner ses limites, comme le prix des matériaux ou encore le coût de fabrication et de parachèvement, par la mise en place d’une conception produit-process optimisée. Nous avons contourné la problématique du prix du matériau (Inconel® 718) en n’utilisant la matière que là où elle est nécessaire fonctionnellement, en ayant recours à l’optimisation topologique. Pour réduire les coûts de parachèvement, nous avons fait en sorte que la géométrie soit simple d’un point de vue de l’impression, c’està-dire que la pièce soit autoporteuse lors de la construction et qu’il y ait peu de supports à enlever. Enfin, nous avons conçu un système « tolérant » d’un point de vue dimensionnel. C’est pourquoi la pince nécessite peu d’usinage : seules les zones de liaisons (montage d’une bague autolubrifiante) ont dû être usinées. partenaires industriels et académiques en fabrication additive qui nous donnent accès aux technologies SLM, EBM, DMD… La société Spartacus3D dispose de moyens et de compétences en fabrication additive métallique complémentaires aux nôtres, ce qui en fait un partenaire naturel. De plus, de par ses gènes puisque issue d’un groupe industriel spécialiste de la transformation des matériaux (groupe Farinia), cette société est résolument tournée vers les problématiques de la métallurgie dans un contexte industriel. En associant nos forces, nous sommes capables d’apporter une offre différenciante en fabrication additive métallique SLM. Pourquoi avez-vous sollicité la société Spartacus3D ? La fabrication additive métallique est un procédé de mise en forme des métaux récent dont les technologies sont nombreuses et en constante évolution. En tant que centre technique industriel, nous nous devons de travailler sur l’ensemble des technologies pertinentes, ce qui est inatteignable sans moyens financiers colossaux. C’est pourquoi nous avons plusieurs LeaderenFabrica*onAddi*ve pourl’industrie… PRODUCTION - Duprototypeàlasérie - Piècesfonc*onnellesenmétal,plas*queetcomposite - Post-traitementetfini*on INGENIERIE -Concep*ondédiéeàlafabrica*onaddi*ve -Réduc*ondemasse&op*misa*ondesperformances -Largegammedematériaux QUALITE - Cer*fica*on - Tracablité - Contrôle RENCONTRE Pauline Eveno SYOS La start-up SYOS, qui signifie « Shape Your Own Sound », réalise des instruments sur mesure pour les musiciens. Leur premier produit, le bec de saxophone personnalisé, a remporté le prix « coup de cœur » au 3D Print Lyon 2016. Rencontre avec Pauline Eveno, présidente et fondatrice. Pauline Eveno est ingénieur et docteur en acoustique. Thésarde à l’IRCAM en acoustique des instruments de musique, elle a donné naissance à la start-up Syos au Canada, lors de son doctorat. Elle se sert de l’impression 3D pour imprimer des becs de saxophone « tests ». De retour en France, elle intègre un fablab pour imprimer ses becs « à commercialiser ». Un produit original qui met en avant tout l’intérêt de la fabrication additive pour concevoir, imaginer et produire. Comment est né SYOS ? L’idée de SYOS m’est venue lorsque je faisais mon doctorat au Canada. Mon sujet de recherche était le bec de saxophone. J’étudiais l’influence de la géométrie sur le son en réalisant des simulations acoustiques. J’ai commencé à comparer les résultats avec les ressentis des musiciens. J’ai dû faire le lien entre le vocabulaire qu’utilise le musicien pour déduire le son de ses lèvres et la géométrie du bec. Afin de tester nos becs, nous les avons imprimés en 3D. Au Canada, nous possédions au laboratoire une imprimante 3D, mais qui ne fonctionnait pas très bien. Nous sommes donc passés par des sous-traitants. Les musiciens ont été emballés par l’idée. Puis, lorsque je suis rentrée en France, j’ai commencé à imprimer dans des fablabs, au FabClub à Paris. Aujourd’hui, j’ai acheté une machine. Pouvez-vous nous présenter votre travail ? Nous cherchons à comprendre quelle est l’influence de tous les paramètres géométriques sur le son : la courbure, la forme de la chambre, la taille. Pour chaque paramètre, quelle est son influence sur le son ? Nous 44 A3DM magazine n°6 cherchons également à comprendre le ressenti du musicien. Comment le musicien va-t-il décrire cela dans ses propres termes ? Et comment allons-nous traduire les demandes de ces derniers, par exemple un son mat et puissant, en géométrie ? Dans un premier temps, nous sommes en phase de recherche permanente. Tous les jours, nous imprimons une dizaine de becs pour la recherche. Des musiciens viennent dans nos bureaux pour les tester. Cela nous permet de posséder une grande base de données de tests et de résultats. Ensuite, nos clients ont à remplir un questionnaire, directement sur notre site. À partir de leurs réponses, nous allons leur proposer une géométrie de bec de saxophone qui va être adaptée à ce qu’ils recherchent. Nous le leur envoyons afin qu’il puisse le tester et nous faire un retour : ce qu’ils ont aimé ou pas. Ensuite, nous allons travailler ensemble sur de nouvelles géométries. Nous ne leur vendons pas uniquement un bec, mais tout un service d’accompagnement vers le bec final de leurs rêves. Et concernant le procédé et les matériaux. Pour l’instant, nous travaillons uniquement sur des procédés FDM et des matériaux plastique ABS. Cependant, nous testons d’autres matériaux et d’autres techniques, pour avoir une finition plus belle par exemple. Avec les instruments à vent, c’est l’air qui vibre à l’intérieur des instruments. C’est donc la géométrie de l’instrument qui va avoir une influence sur le son. Mais l’état de surface peut avoir un petit effet, et contrairement à ce que l’on pense, ce n’est pas le plus lisse qui fonctionne le mieux. RENCONTRE Quel est le prix pour la réalisation et l’achat d’un bec ? On vend tout le forfait d’accompagnement jusqu’au bec final, qui convient parfaitement, pour 299 €. Quels sont les projets futurs de SYOS ? La société travaille sur des becs de clarinette et les développe déjà. Puis on devrait travailler sur les embouts de trompette, etc. Avec quels musiciens travaillez-vous ? Des amateurs aux professionnels. Les musiciens doivent cependant avoir au moins trois ou quatre ans de pratique. Chaque musicien demande-t-il sa propre géométrie ou certaines formes reviennent-elles ? Globalement, chaque musicien souhaite une géométrie particulière. Mais dans notre démarche, nous proposons dans un premier temps de tester des géométries identiques, que nous avons en stock. Cependant, pour aller au bout des choses, nous devons toujours apporter quelques modifications, quelques personnifications. Il suffit de changer un centième de millimètre pour ressentir des sensations différentes. Repensez la conception Support mécanique pour satellite spatial produit sur une AM250 Renishaw. Explorez le potentiel de la fabrication additive Les systèmes de fabrication additive de Renishaw utilisent la technologie de fusion laser sur lit de poudre pour produire des pièces métalliques complexes, entièrement denses directement à partir de CAO 3D. Souvent appelée impression 3D, cette technologie n’est pas bridée par les règles de conception de la fabrication traditionnelle. Elle crée des géométries complexes comme les canaux de refroidissement conformes pour les moules d’injection, réduit le poids des composants en ne plaçant de la matière que là où cela est nécessaire, optimise l’assemblage en limitant le nombre de composants. La fabrication additive est aussi complémentaire aux technologies d’usinage conventionnelles et contribue directement à réduire les délais, les coûts d’outillages et les déchets matière. Pour plus d’informations, visitez www.renishaw.com/additive Renishaw S.A.S. 15 rue Albert Einstein, Champs sur Marne, 77447, Marne la Vallee, Cedex 2, France T +33 1 64 61 84 84 F +33 1 64 61 65 26 E [email protected] www.renishaw.fr RENCONTRE Philippe Vincent Vainqueur du Designathon Pendant le salon, grâce à un partenariat exclusif avec les organisateurs, quelques compétiteurs passionnés de 3D ont pu concourir au premier Designathon lyonnais. Il s’agissait d’un concours en live, organisé par F3DF et Autodesk France, dans un espace dédié et relayé par les partenaires et membres du jury : Kreos, Volumic, Sculpteo, Cults et nous-mêmes, A3DM Magazine. L’objectif de ce concours était de créer un modèle 3D sur le thème de la lumière. Le jour J, les participants ont reçu le brief avec les dimensions de l’ampoule et du panneau solaire à intégrer à la création. Ce concours a été remporté par Philippe Vincent. Philippe Vincent est développeur web indépendant. Il travaille en partenariat avec quelques sociétés. Il réalise, par exemple, le design des boîtier pour la phase test d’une jeune start-up. Il est également passionné d’impression 3D. Il possède d’ailleurs plusieurs machines. Pourquoi avez-vous participé au Designathon ? Je trouvais cela marrant. J’ai déjà créé le design de plusieurs lampes. Mais aussi, car le premier prix était une CNC (fraiseuse transportable iModela) et que je n’en ai pas. Je me suis alors dit « pourquoi pas ». Aviez-vous déjà utilisé le logiciel Autodesk Fusion 360 ? Oui, depuis à peu près six mois. Pouvez-vous m’expliquer le choix de votre design ? Un design efficace n’est pas forcément compliqué. Au contraire, c’est souvent quelque chose de simple. Je suis allé voir sur Google quel était l’angle d’inclinaison optimale pour les panneaux solaires. J’ai trouvé 37 degrés. Le panneau placé dans cette inclinaison, j’ai pensé à une forme de pyramide. La forme était pertinente car on peut poser la lampe ou la suspendre, mais on peut également la placer sur le côté que l’on souhaite. Aviez-vous réfléchi à sa fabrication sur une imprimante 3D ? Oui, étant donné que tout ce que je design, je l’imprime. Pour l’impression, je suis fan du PLA imitation bois. Je me suis dit que cela rendrait bien. 46 A3DM magazine n°6 toulouse.bciaerospace.com #AeromartTLS PARTI C CONVENTION D’AFFAIRES INTERNATIONALE DES INDUSTRIES AÉRONAUTIQUE ET SPATIALE IP E Z AU X 20 ANS D’AEROMART TOULOUSE 29 NOVEMBRE 1er DÉCEMBRE 2016 RENSEIGNEMENTS [email protected] ou +33 1 41 86 49 18 Organisé et financé par : Avec le support financier de : Commissariat général : Un événement : PROJET R&D PROJET CARNOT PROMIS Le projet Carnot PROMIS (Procédés de Métallurgie InnovantS) explore la fabrication d’une « winglet », ailette marginale de voilure d’une maquette d’avion destinée aux essais en soufflerie. Pour la réalisation de pièces complexes, l’ONERA s’est tourné vers la possibilité d’utiliser la fabrication additive. Présentation et explication. Par M. Thomas, ingénieur chef de projet à l’ONERA, E. Eglinger et F. Ternoy. Ailette en acier maraging L es avancées technologiques acquises dans le domaine de la fabrication additive suscitent un fort intérêt de la part de l’ONERA, le centre français de recherche aérospatiale et de défense, avec notamment une réduction significative des coûts et des temps de réalisation d’éléments de maquettes grâce à la suppression d’outillage et à la simplification de la conception. C’est ainsi que pour certaines pièces métalliques de géométrie très complexe et fortement équipées en prises de pression, la technique SLM (Fusion sélective par laser, traduction de Selective Laser Melting), ou LBM (Laser Beam Melting) s’avère parfaitement adaptée. Ce gain doit cependant rester compatible avec les principales contraintes liées à l’utilisation de ces maquettes, à savoir : • la précision géométrique ; • la tenue aux efforts aérodynamiques ; • la compatibilité avec des conditions d’essai parfois sévères (vibrations, températures, pression…). 48 A3DM magazine n°6 Dans le cadre du projet PROMIS mené par l’ONERA, les activités ont porté sur la faisabilité d’obtention d’une pièce de démonstration en acier maraging par fabrication additive pour applications cryogéniques. La pièce « test » sur laquelle se base la présente étude est une « winglet » (ailette marginale située en extrémité de voilure) fortement équipée en prises de pression. La répartition de pression sur la surface externe d’un aéronef est une mesure largement utilisée lors d’essais en soufflerie. Pour cela, le client définit un certain nombre de points situés sur la surface de la maquette et au niveau desquels la pression statique est mesurée de manière ponctuelle. En chacun de ces points, un perçage de quelques dixièmes de millimètre de diamètre est réalisé. Ce PROJET R&D perçage est relié à un canal, généralement percé dans la masse de la pièce équipée. Lorsque le volume disponible le permet, ce perçage est prolongé par un tube en inox qui chemine dans la maquette jusqu’à un multicapteur situé en général dans le fuselage lorsqu’il s’agit d’une maquette complète ou à la paroi de la soufflerie dans le cas d’une demi-maquette. Le multicapteur traduit l’information de pression physique ainsi transmise par les canaux en une information électrique qui sera ensuite traitée par la chaîne de mesure. L’acier maraging a été sélectionné en raison des fortes sollicitations en soufflerie, de manière générale, et à sa compatibilité avec des conditions d’essais cryogéniques. De plus, cet acier est parfaitement adapté pour la fabrication additive car il se caractérise par une faible dilatation pour des écarts de température importants. Des méthodes traditionnelles non fonctionnelles Les moyens de production dits « conventionnels » de ce type de pièce se basent essentiellement sur les techniques de réalisation par enlèvement de matière. Dans ce cas précis, la winglet est composée d’un corps principal dans lequel sont usinés des canaux rectilignes obtenus par perçage au foret ou par électroérosion. Ces canaux débouchent dans les prises de pression réalisées par perçage également à la surface de la pièce. De nombreux points de mesure sont situés dans des zones relativement peu accessibles telles que le bord de fuite ou le bord d’attaque en extrémité de pièce, ce qui rend particulièrement délicate la réalisation de ces canaux. D’autre part, étant donnée la forme courbée de la pièce, on comprend aisément qu’il n’est pas envisageable de se limiter à un simple perçage pour réaliser le canal de chaque prise de pression. Il est en effet nécessaire d’aménager de larges poches dans lesquelles seront connectés des tubes inox aux canaux ainsi réalisés. Cette méthode qui permet de réaliser l’équipement en prise de pression sur la plupart des maquettes implique des temps de cycles relativement longs à toutes les étapes du processus d’élaboration de la maquette, depuis sa conception jusqu’aux opérations d’équipement. La fabrication additive comme solution Dans le cas d’une solution basée sur la technologie de fabrication additive, les canaux sont directement réalisés dans la masse de la winglet : il n’est, dans ce cas, plus nécessaire d’avoir recours à des tubes pour connecter le canal de prise de pression situé à proximité de la surface et à l’emplanture de la pièce. Les rainures et les capots dédiés à cet équipement ne sont par conséquent plus nécessaires. La définition du brut qui sera réalisé par fabrication additive est obtenue de la manière suivante : • des pavés de matières nécessaires au maintien de la pièce pour les opérations de finition sont ajoutés ; • une surépaisseur est ajoutée au niveau de la forme aérodynamique et des interfaces de la winglet afin de réaliser une opération d’usinage de finition qui assurera la précision géométrique de la pièce. En résumé, pour les pièces présentant une forte densité d’équipement en prises de pression, en comparaison avec une solution dite « conventionnelle », la solution par fabrication additive permet : • une réduction significative du temps de conception ; • une réduction du temps de calcul et une meilleure précision des résultats ; • une réduction du temps de fabrication. A3DM magazine n°6 49 PROJET R&D Le choix des poudres Traitements thermiques La réussite d’une telle réalisation repose non seulement sur la qualité du brut réalisé par fabrication additive mais aussi sur la précision des contrôles et des usinages effectués (conception, méthode de réalisation, processus d’usinage, détermination des références géométriques de la pièce réelle, précision des usinages). La fabrication de la pièce de démonstration a nécessité au préalable la réalisation d’éprouvettes technologiques pour valider les étapes de fabrication. Un protocole a été mis en place au Département Matériaux et Structures Métalliques (DMSM) pour identifier les différences entre deux lots de poudre d’acier maraging de provenance EOS et TLS : Une étude de traitements thermiques a été également entreprise afin de choisir les meilleures conditions pour à la fois : relaxer les contraintes – respecter les tolérances dimensionnelles en effectuant le traitement thermique sur plateau avant de détacher – et optimiser les propriétés mécaniques (en fonction du cahier des charges). Un sur-revenu (6 h / 560 °C) s’est avéré présenter l’avantage d’adoucir très légèrement l’acier maraging tout en permettant une relaxation des contraintes résiduelles. • des mesures de densité (mesure de densité tassée ou vibrée) ; Les résultats des essais de traction sont influencés par trois paramètres : la provenance de la poudre, l’orientation des éprouvettes et les conditions opératoires. • la répartition de tailles de poudres (mesure du spectre granulométrique par tamisage successif) ; • une statistique de la morphologie des poudres (analyse d’image) ; • une analyse chimique des grains de poudres (spectrométrie à plasma à couplage inductif - ICP). La poudre EOS apparaît ainsi plus fine que la poudre TLS, avec un Fmédian ~ 25 mm pour EOS contre 32 mm pour TLS. Concernant les particules très fines (0-20 mm), elles représentent ~ 33 % de la poudre EOS contre 19 % de la poudre TLS. Inversement, les grosses particules (>40 mm) sont plus fréquentes sur la poudre TLS avec ~ 35 % contre 15 % pour la poudre EOS. En microscopie électronique à balayage, il n’apparaît pas de différences morphologiques très marquées entre les deux poudres. Au niveau des analyses chimiques, la poudre EOS présente une quantité d’éléments mineurs inférieure à celle de la poudre TLS. D’autre part, si l’on compare les analyses obtenues entre la poudre et les copeaux après SLM, il n’y a pas de différence significative. Résultats de traction à 20 °C R0,2 Rm A% 1600 – 120 – 110 1400 – 100 – 90 1200 – 80 – 70 – 60 800 – 50 600 – 40 – 30 400 – 20 200 – 10 –0 0 EOS 50 A3DM magazine n°6 TLS X Z Normal Rapide A. [%] Résistance [MPa] 1000