magaz ne - L`information spécialisée de la Fabrication Additive

Fabrication additive / Impression 3D / Prototypage rapide / Développement produit
A 3D M
OUTILLAGE
Fabrication en
thermoplastique
ANALYSE
Le rêve américain
m a g a z ne
PROJET R&D
Le projet OptiFabAdd
ÉVÉNEMENT
FABRICATION ADDITIVE
QUELS IMPACTS SUR LA CHAÎNE LOGISTIQUE ?
www.a3dm-magazine.fr
N°2 Mars-Avril 2016 Gratuit
Assises européennes de la FA
Le Lieu du Design
A 3D M
m a g a z ne
FABRICATION ADDITIVE / IMPRESSION 3D
PROTOTYPAGE RAPIDE / DÉVELOPPEMENT PRODUIT
Bring Your
Design to Life
avec On Demand Parts
Édité par :
G+G MÉDIA 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
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
Alain Bernard, Éric Bredin, John Downing, Nicolas Gardan,
Gaëtan Lefèvre, Giorgio Magistrelli, Stephen Warde
Correctrice
Astrid Rogge [email protected]
Tél. : 09 51 45 14 80
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
Conception web
8D Concept Gautier Mouhat
Tél. : 06 60 56 57 88
[email protected]
Crédits photo
Couv. : Gilles Azzaro - 5 : 3D System, F.Hrehorowski/Open Edge - 12 : Space/
NASA - 14 : Airbus Group 2016/Jean-Vincent Reymondon - 15 : Gamma/
NASA - 17 : NASA, NASA/courtesy of ASI - 18 : NASA/MSFC/David Olive - 20-21 :
Granta - 22 : Renishaw - 23 : équipe WAAMMAt/Université de Cranfield - 24-26 :
Stratasys - 28 : Concept Laser GmbH, courtoisie Dassault Aviation - 29 : courtoisie
3A - 32 : NASA - 33 : Gilles Azzaro - 34 : Digital Program Office/Smithsonian
Institution - 36-37 : Kenyon Manchego - 37 : White House - 39 : Catherine
Lubineau - 40 : Concept Laser GmbH - 44 : Philippe Bertrand - 45 : 3D Systems - 46 :
Groupe AFNOR - 46-47 : Sculpteo - 48 : Airbus - 49 : courtoisie Galopoli - 50 :
MICADO
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.
La rédaction n’est pas responsable de la perte ou de
la détérioration des textes ou des photographies non
demandés qui nous sont adressés.
Remerciements tout particuliers à Grégory Breton et Djamil
Lounes de la société abe (advanced business events).
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ÉDITO
Les enjeux
d’aujourd’hui et de demain
Pour ce deuxième numéro d’A3DM Magazine, nous continuons à avancer
pas à pas dans l’univers de la fabrication additive. Le développement
de cette technologie n’est pas anodin. Celle-ci bouleverse de nombreux
secteurs et activités. Les chaînes logistiques, les lignes de production et de
distribution ainsi que la gestion des stocks… sont directement impactées
par l’arrivée de la fabrication additive, comme nous l’abordons dans
le « Dossier ». L’approcher et l’adopter n’est pas aussi simple qu’il n’y
paraît. Nous avons, dans le premier numéro d’A3DM Magazine, traité
les solutions qui s’offraient aux entreprises, les nouveaux défis que
cette technologie impose, et notamment les enjeux de formation des
nouveaux acteurs, le besoin d’une connaissance exacte des matériaux,
etc. Le développement et l’utilisation de cette technologie nécessitent
également la gestion des informations, par exemple sur les matériaux.
Si l’on entend régulièrement parler de production métallique, les
polymères répondent pareillement à de nombreux besoins et ce
matériau s’adapte très bien à la fabrication additive.
Le déploiement de la fabrication additive passera par ailleurs par la
normalisation. Fabriquer des pièces est une chose, mais il faudra également les garantir dans le temps et certifier leur fiabilité. Des normes
commencent à exister. A3DM Magazine a rencontré différents acteurs
pour comprendre les enjeux de la normalisation et les travaux en cours.
Actuellement, l’élaboration des normes se joue au niveau international.
Les organismes français, l’AFNOR (Association française de normalisation) et l’UNM (Union de normalisation de la mécanique), travaillent en
collaboration avec l’ISO (Organisation internationale de normalisation)
et l’ASTM (organisme américain de normalisation dans le domaine des
matériaux). Les Américains, qui ont pris la tête dans la course à la fabrication additive, ont également été les premiers rentrés sur le terrain de
la normalisation. La France et l’Europe ont su réagir, mais elles devront
continuer à assurer leur présence pour conserver la maîtrise de cette
technologie et demeurer des acteurs influents.
Pour conclure, l’équipe d’A3DM Magazine remercie les différentes personnes qui collaborent à la rédaction du magazine, les professionnels qui
prennent le temps de répondre à nos questions ainsi que toutes celles
et ceux qui participent de près ou de loin à l’élaboration de cette revue.
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
La prochaine révolution industrielle est enclenchée
La fabrication additive est en train de complètement changer les procédés de production.
Au-delà des avantages de l’impression 3D pour la conception et le prototypage, la fabrication additive est aujourd’hui la technologie qui
permet également de créer de nouveaux produits complexes avec des propriétés entièrement nouvelles - plus légers, plus solides, et sans
gaspillage.
Venez à Additive Manufacturing Europe 2016, au RAI d’Amsterdam, pour y voir les dernières avancées
technologiques: systèmes d’impression en 3D complets, solutions logicielles, numérisation et
équipement d’imagerie, solutions de finition, et innovations des matières. Tout l’écosystème de la
conception et de la fabrication de pointe sera réuni en un seul endroit!
Découvrez comment, même de petits changements peuvent avoir un impact sur les délais de mise
en œuvre de vos processus de fabrication et venez écouter des études de cas issus des secteurs de
l’aérospatiale, de l’automobile et de la santé.
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Événement
30 La première exposition dédiée
à la fabrication additive
08 Retrouvez les dernières news du secteur
Du 1er avril au 9 juillet 2016, Le Lieu du Design,
espace de 240 m2 de promotion du design
industriel et de l’éco-design au cœur de Paris,
présente la première exposition dédiée
à la fabrication additive, « Impression 3D,
l’usine du futur ».
de la fabrication additive.
Analyse
Dossier
32 Le rêve américain – Comment les États12 Les impacts durables de la fabrication
additive sur la gestion de la chaîne
logistique
La fabrication additive offre une série d’avantages
tout au long de la chaîne de valeur. L’impact
sur la chaîne d’approvisionnement est l’un
des facteurs clés que les sociétés doivent prendre
en compte, en plus des lignes de production
et de distribution.
Unis ont-ils pris la tête dans la course
à la fabrication additive ?
Depuis les premiers brevets déposés en 1984,
les États-Unis mènent la danse concernant
le secteur de la fabrication additive. Analyse
d’une prise de dominance dans ce secteur.
Rencontres
Publi-rédactionnel
20 Gestion de données « matériaux »
pour la fabrication additive
Découvrez la technologie de gestion de données
« matériaux » pour la fabrication additive.
Outillage
24 Fabrication additive – Les outillages
en thermoplastiques hautes
performances
Comment réaliser une économie de temps
et d’argent en produisant des outils
de fabrication personnalisés au moyen
du procédé FDM d’impression 3D.
38 Normalisation – Définitions, acteurs,
objectifs et intérêts
A3DM Magazine est parti à la rencontre
d’acteurs qui aident à définir les normes :
Catherine Lubineau, directeur technique
de l’UNM, Philippe Bertrand, directeur
des études à l’École nationale d’ingénieurs
de Saint-Étienne et animateur du groupe
de travail international ISO/TC 261, ainsi
qu’Olivier Peyrat, directeur général d’AFNOR.
Projet R&D
48 Projet OptiFabAdd – L’optimisation
Les échos de l’AFPR
28 Assises européennes de la fabrication
additive
Les Assises européennes de la fabrication
additive, organisées par l’AFPR, vont être cette
année encore accueillies par CentraleSupélec
sur le site de Châtenay-Malabry, près de Paris.
topologique au service de la fabrication
additive
OptiFabAdd est un projet de R&D dont l’objectif
est de coupler l’optimisation topologique
à la fabrication additive, de développer
un système intégré qui permettra d’optimiser
une pièce et ses éventuels supports dans
le contexte de la fabrication additive.
SOMMAIRE
News
NEWS
MACHINES
ET MATÉRIAUX
Une nouvelle résine en céramique
Aux États-Unis, des chercheurs du laboratoire
HRL ont inventé une nouvelle résine céramique
pour l’impression 3D par stéréolithographie.
D’une grande résistance, le matériau peut
supporter des températures très élevées, audelà de 1 700 °C. Sa résistance est dix fois plus
importante que celle de matériaux similaires.
Les céramiques sont des matériaux beaucoup
plus difficiles à traiter que des polymères ou des
métaux, car ils ne peuvent être coulés ou usinés
facilement. Traditionnellement, les pièces en
céramique sont consolidées à partir de poudres
par frittage. Cependant, cette technique laisse
une surface poreuse.
Cette étude a été publiée dans la revue
scientifique Nature Biotechnology.
Impression et greffe de tissus et d’organes
Aux États-Unis, une équipe de scientifiques du centre médical Wake
Forest Baptist, sous la direction du docteur Anthony Atala, a mis au
point un outil de bio-impression 3D pour concevoir des os, du cartilage
et des tissus musculaires. Ce « système intégré d’impression de tissus et
d’organes » (Integrated Tissue-Organ Printing System) imprime à la fois
une structure solide et des cellules vivantes englobées dans un gel à base
d’eau. Une fois l’organe implanté, le moule externe se décompose afin
que l’organe prenne sa place et se vascularise.
Pour tester la greffe, les chercheurs ont implanté, avec réussite, des
oreilles sous la peau de souris et de rats. Les structures de ces oreilles ont
été remplacées par un tissu cartilagineux vascularisé. Des microcanaux
ont été prévus dans la structure pour faciliter la vascularisation des tissus.
Une impression 3D à partir de métal d’astéroïdes
La société d’exploitation minière spatiale Planetary
Resources, en collaboration avec son partenaire 3D Systems,
a mis au point la première impression 3D de poudres
métalliques d’astéroïdes. Cette technologie a été dévoilée
lors du Consumer Electronics Show 2016 (CES) à Las Vegas.
La pièce imprimée en 3D est un élément du module spatial
Arkyd. Pour la concevoir, Planetary Resources a utilisé un
morceau d’astéroïdes provenant de Campo del Cielo, un
groupe de météorites trouvées en Argentine. L’astéroïde,
composé de fer, de nickel et de cobalt, a été pulvérisé,
transformé en poudre puis imprimé par 3D Systems sur sa
machine ProX DMP 320.
8
A3DM magazine
n°2
Regardez la vidéo
de présentation.
NEWS
Mcor ARKe, lauréat des CES 2016 Best of Innovation Awards
La société Mcor a remporté le prix CES 2016 de la meilleure
innovation dans la catégorie des produits d’impression 3D avec
son imprimante 3D Mcor ARKe. Cette dernière est une machine de
bureau en quadrichromie. Utilisant une tête d’impression intégrée,
elle fonctionne avec un nouveau procédé de dépôt adhésif qui
réduit le temps de construction et permet l’impression de modèles
plus complexes.
XJet lève 25 millions de $
La société XJet, basée à Rehovot en Israël, a clôturé
un financement de 25 millions de $ auprès d’Autodesk
et du fond d’investissement Catalyst CEL. Cette levée de
fonds permettra de développer et de commercialiser
un nouveau procédé d’impression 3D, « NanoParticle
Jetting », reposant sur la déposition de fines particules
de métal.
La catégorie « innovation » est sélectionnée en fonction des qualités
d’ingénierie, d’esthétique et de conception des produits, ainsi
que de leurs fonctions et de leurs valeurs. Le titre de « Meilleure
innovation » reflète une conception et une ingénierie novatrices
parmi des produits et services technologiques les plus à la pointe
arrivant sur le marché. Le prix a été décerné par un jury composé
de designers industriels, d’ingénieurs et de membres des médias
spécialisés.
Regardez la vidéo
de présentation.
Eratum – Machine EOS
Dans le premier numéro d’A3DM Magazine,
dans l’article « Fabrication additive, quelles
solutions pour les entreprises ? », nous donnions
des ordres de grandeur pour les prix de machines
parmi les plus remarquées en 2013. Ce tableau
était issu du rapport Wohlers de 2013. Une
erreur de prix s’est glissée pour l’imprimante
EOSINT P395 : son prix était alors de 240 K € et
non de 230 K €.
Cette imprimante n’est plus au catalogue de la
société EOS. Elle est remplacée par la machine
plastique EOS P396 (photo ci-dessous), dont le
budget est compris entre 340 et 420 K € suivants
les équipements périphériques, les logiciels et
les services.
TPU, le matériau ultra-souple
Sculpteo a présenté, au CES de Las Vegas, son plastique polyuréthane
(TPU) ultra-souple. Ce nouveau matériau, développé exclusivement pour
l’impression 3D par frittage laser, est inédit pour le procédé. Il permet
de réaliser des objets fonctionnels avec un shore de 65A ainsi que des
complexités mécaniques. Ses applications sont multiples. Sculpteo a
présenté ses possibilités d’usage dans trois secteurs : la santé, les biens de
consommation et le textile (photos ci-dessous).
« Avec ce nouveau type de matériau, l’impression 3D égale les moyens
de production traditionnels en permettant, enfin, de réaliser des
objets mous et souples, qui sont fonctionnels, et non plus seulement
des prototypes. [...] Du médical au monde du textile, nous souhaitons
accompagner les leaders d’aujourd’hui et de demain », explique Clément
Moreau, cofondateur de Sculpteo.
Découvrez des applications de ce matériau
sur le site d’A3DM Magazine.
A3DM magazine
n°2 9
NEWS
RECHERCHE
ET INNOVATIONS
Premium Aerotec passe à la fabrication additive
La société Premium Aerotec a ouvert sa première usine de
production par fabrication additive, à Varel, en Basse-Saxe, en
Allemagne. Elle utilise cette technologie pour produire des
composants d’avions en titane, notamment des pièces complexes
pour des avions de transport militaire A400M d’Airbus.
Pour développer la technologie de fabrication additive, la société
Premium Aerotec a entrepris une vaste modernisation d’une de ses
usines de production existantes. Rapidement, elle a commencé la
production en série d’un coude à double paroi d’un système de
carburant pour l’A400M. Ces pièces, anciennement fabriquées par
soudage de plusieurs éléments, pourront être fournies à Airbus
Defence and Space après certification.
Un nouveau partenaire pour la division
aéronautique et spatiale de Prodways
La société Prodways, filiale du Groupe Gorgé, a
annoncé la signature d’un partenariat stratégique
pour sa division aéronautique et spatiale avec Nexteam
Group. Cette association a pour but de développer
une activité de fabrication additive métallique de
pièces de série embarquées et appliquées au secteur
de l’aéronautique et du spatial.
« En nous associant à Nexteam Group, qui nous
apportera son savoir-faire dans les prestations d’usinage
et de parachèvement, nous sommes sûrs de porter
nos procédés de fabrication à une échelle industrielle
compatible avec les exigences techniques des grands
acteurs du marché de l’aéronautique et du spatial »,
explique Philippe Laude, directeur général délégué de
Prodways Group.
Attention aux particules fines
Une étude franco-américaine, publiée dans la
revue Environmental Science & Technology,
démontre l’importance des émissions de
particules fines et de composés organiques
volatiles, potentiellement dangereux pour la
santé, lors de l’utilisation d’imprimantes 3D.
Airbus Ventures, un fond de capital-risque
et un centre d’innovation
Airbus a annoncé l’ouverture d’un fond de capital-risque baptisé « Airbus
Group Ventures » ainsi que d’un centre d’innovation technologique et
commerciale, dans la Silicon Valley. Ces deux structures ont pour objectif
de renforcer la présence internationale du groupe ainsi que d’identifier
et d’investir dans les technologies du futur.
Possédant actuellement une enveloppe d’investissement de 150 millions
de dollars américains octroyée par le groupe Airbus, le fond vient de
réaliser son premier investissement auprès de la société Local Motors,
dans l’Arizona, afin de développer cette société. Il investit aussi en
Allemagne pour créer des micro-usines et des laboratoires spécialisés
dans l’aérospatial.
Retrouvez plus d’informations
sur les investissements d’Airbus Ventures.
10
A3DM magazine
n°2
Ces chercheurs de l’Institut de technologies
de l’Illinois, de l’université du Texas et de
l’École des ingénieurs de la ville de Paris ont
comparé les émissions de nanoparticules et de
composés organiques volatils (COV) dans l’air,
en utilisant 5 imprimantes 3D différentes, et
jusqu’à 9 types de filaments différents comme
l’ABS ou le PLA, en blanc ou en couleur, ainsi
que des filaments plus originaux comme du
nylon semi-transparent, de l’imitation bois, de
l’imitation brique ou encore de l’imitation de
verre. Leurs résultats montrent une variation
conséquente d’émissions en fonction de
l’imprimante et surtout du type de filaments
choisi. Les COV émis en plus grande quantité
comprenaient notamment du styrène présent
dans les plastiques ABS, alors que ce composé
est considéré comme un possible cancérigène
par le Centre international de la recherche sur
le cancer.
Ces chercheurs concluent que ces
doivent être améliorées pour
des utilisateurs, en mettant par
systématiquement des parois pour
diffusion des particules.
machines
la santé
exemple
limiter la
NEWS
Pose d’une prothèse de cheville grâce à la fabrication additive
Une équipe du service de chirurgie orthopédique et traumatologie
des Hôpitaux universitaires de Genève (HUG), en Suisse, a réalisé la
pose d’une prothèse de la cheville grâce à l’imagerie et la fabrication
additive.
Des objets conçus par FA dans l’espace
En coopération avec Thales Alenia Space et l’Institut
Italien de Technologie (IIT), la société Altran a réalisé
des objets par fabrication additive dans l’espace. Ces
derniers ont été produits à l’aide de l’imprimante
3D « Portable Onboard Printer 3D ». Coordonnés par
l’Agence spatiale italienne, ces objets ont été produits
à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS).
La méthode de chirurgie a consisté à réaliser, après un scanner de
l’articulation, une reproduction des os du patient par fabrication
additive. Cette technologie a
permis de simuler l’emplacement
idéal de la prothèse. Des
guides de positionnement et
de coupe (image ci-dessous)
ont été produits à l’aide d’une
imprimante 3D. « Ces guides,
précis au millimètre près, ont été
utilisés et placés directement sur
le tibia et le talus, ce qui permet
de passer à la coupe osseuse
très rapidement », explique le
docteur Victor Dubois-Ferrière.
Pendant près d’une heure, de
petits objets ont été imprimés
en PLA (acide polylactique). Ils
ont ensuite été comparés avec
des pièces géométriquement
identiques imprimées, sur Terre,
au Center for Space Human
Robotics de l’Institut Italien de
Rechnologie (CSHR-IIT).
Développement d’implants rachidiens
La société LDR, spécialiste de dispositifs médicaux,
s’est associée à Poly-Shape afin d’utiliser la
fabrication additive pour le développement
d’implants rachidiens. Christophe Lavigne,
président de LDR, soutient l’importance d’utiliser
les technologies de pointe « afin d’apporter des
implants et des instruments pour la colonne
vertébrale de haute qualité ». Cet accord a été
signé à la fin de l’année 2015.
Irepa Laser renforce son attractivité grâce à la fabrication additive
La société Irepa Laser a validé, au mois de décembre 2015, le lancement
d’un plan de développement industriel Alsace 3D, comprenant le
programme Usine du Futur « Fabrication Additive Métallique Laser »
(FAML 2020). Ce dernier vise le développement de solutions pour
la fabrication de pièces techniques à moindre coût, en combinant
des matériaux et/ou en associant au procédé de fabrication additive
Construction Laser Additive Directe, CLAD®, d’autres procédés comme le
SLM (Selective Laser Melting).
Ce programme, s’étalant sur quatre ans, est cofinancé par la région
ACAL, l’Eurométropole de Strasbourg et l’État, à hauteur de 1,5 M € pour
un budget total de 4,5 M €. Outre l’acquisition de matériels innovants
(machines de grosse capacité, outils de parachèvement...), le projet
prévoit l’agrandissement des locaux techniques d’Irepa Laser.
« Les clients de la société pourront accéder à ces outils », a affirmé JeanPaul Gaufillet, directeur d’Irepa Laser.
A3DM magazine
n°2 11
DOSSIER
Ice House, l’habitat créé par
Search/Clouds Architecture Office
a remporté le concours 3D Printed
Habitat Challenge lancé par
la NASA et America Makes.
LES IMPACTS DURABLES
DE LA FABRICATION ADDITIVE
SUR LA GESTION DE LA CHAÎNE LOGISTIQUE
La fabrication additive impacte et modifie les chaînes de logistiques
traditionnelles. Les sociétés doivent, dès aujourd’hui, prendre en compte
cette technologie et réfléchir à leur modèle de production de demain.
Par Giorgio Magistrelli, expert fabrication additive, gestionnaire d’entreprises et de projets.
L
a fabrication additive part de l’utilisation
de dessins numérisés en trois dimensions
(3D), d’un produit réalisé par conception
assistée par ordinateur (CAO). Elle passe ensuite
par un stade de fabrication par processus additif
de couches successives de matériau sous contrôle
informatique. La conception d’un nouveau produit par fabrication additive a donc des impacts
directs sur les chaînes logistiques traditionnelles.
Le producteur, le consommateur
et le « prosommateur »
Le processus de fabrication additive est généralement indiqué en cinq grandes étapes (figure 1) : à
12
A3DM magazine
n°2
partir d’un modèle 3D, il est généré un fichier .STL
ou .AMF sur lequel sont calculées des coupes perpendiculairement au sens de fabrication (le processus de « tranchage »), la fabrication elle-même
et le traitement final de la pièce. La fabrication
additive modifie l’échange traditionnel entre le
producteur et le consommateur. Par exemple,
les systèmes de production peuvent se situer
dans les locaux du consommateur. L’utilisateur
devient donc à la fois producteur et consommateur, soit « prosommateur » (= producteur/professionnel et consommateur). Les designers, quant à
eux, peuvent indifféremment travailler dans les
mêmes locaux ou travailler à distance.
DOSSIER
1
Source : Deloitte University Press
Enchaînement des processus de fabrication additive
Les impacts sur la chaîne logistique
La fabrication additive présente de nombreux avantages, dont
la plupart sont strictement liés à des effets positifs sur la gestion
de la chaîne logistique, tout en réduisant fortement le temps de
développement des produits et des coûts. Étant une technologie
liée au numérique, elle permet d’augmenter la qualité du design,
tout en réduisant le temps de mise sur le marché, notamment en
diminuant les transports entre les différentes phases de fabrication.
Le schéma, ci-dessous, montre bien les principaux avantages de la
fabrication additive. Les flèches indiquent les transports de moules
et de produits qui pourraient être évités ou réduits en utilisant ces
techniques, en supposant évidemment que le fabricant possède les
matériaux nécessaires.
Réduction des cycles de production
L’impact de la fabrication additive sur les chaînes logistiques traditionnelles pourrait être énorme. La réduction des cycles et des coûts
de développement de produits peuvent être réalisés en même temps
que les cycles d’innovation rapides. La fabrication additive a été utilisée, dans un premier temps, en tant que prototypage rapide pour
l’examen de designs et la validation concernant le développement
de nouveaux produits. Elle offre également la possibilité de créer un
nombre limité d’essais et de modèles. À l’inverse, avec les technolo-
Fabrication traditionelle
Design
Moulage
Fabrication
Stockage
Utilisateur final
Stockage
Utilisateur final
Fabrication additive
Design
Moulage
Fabrication
gies traditionnelles, créer des versions pilotes de
produits est un processus coûteux et long.
De Paris à Pékin, le coût pour la distribution d’un
fichier numérique est universel. Il ne représente
rien en comparaison de l’expédition physique
d’un produit. Peu importe où vous vous trouvez
dans le monde, les produits distribués numériquement peuvent être téléchargés à un coût minime.
Secrets industriels
Un aspect souvent sous-estimé et spécifiquement lié à l’impact de la fabrication additive sur
la chaîne logistique est la protection renforcée
de la confidentialité du design industriel et des
secrets et informations commerciaux. Bien que de
nombreux États européens – comme la France –
prévoient des sanctions pour les entreprises en
matière de responsabilité pénale1 et civile2 pour
la violation des secrets commerciaux commise
au nom ou pour le compte d’une société, il est
toujours conseillé de se protéger et de prévenir,
plutôt que d’obtenir une compensation après une
infraction. Dans les chaînes de fabrication additive,
la proximité des designers en CAO avec les services
de fabrication limite le partage de fichiers, repoussant ainsi la protection du secret industriel au plus
haut niveau. Lorsque les multinationales utilisant
des systèmes de fabrication additive sont situées à
distance des centres de R&D, la sécurité porte sur la
cybersécurité, les systèmes de technologies de l’information et de la communication (TIC) ainsi que
la protection des infrastructures. Bien que limitées
dans la transmission des fichiers et des TIC, des
mesures de protection doivent être mises en place
afin de se protéger de cyber-attaques.
A3DM magazine
n°2 13
DOSSIER
Fabrication finale, distribution instantanée
et mondiale
Le temps de production réduit et la personnalisation des produits
sont des impacts directs de la fabrication additive. Chaque produit
peut être fabriqué sans machine d’usinage ou nouvelle ligne d’assemblage. Les coûts de production sont donc considérablement réduits. Cette technologie s’intègre parfaitement au monde moderne
qui exige des produits « à la demande » et personnalisés. Les gains
de coûts et de temps sont directement liés à la substitution du transfert physique de marchandises ou d’outils par un simple envoi de
fichiers numériques. En revanche, les entreprises doivent prendre en
compte les matériaux nécessaires à la production. Dans certains cas
particuliers, les compagnies pourront même produire leur matériau,
par exemple atomiser dans le cas du titane, et donc s’adapter en
interne.
Approvisionnement
Dans la fabrication traditionnelle, l’approvisionnement centralisé
peut avoir des effets négatifs sur l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement, en particulier pour les multinationales. L’utilisation de
la fabrication additive modifie grandement les chaînes d’approvisionnement et de fabrication, notamment en relocalisant en Europe
la production anciennement externalisée. Même si, pour de nombreux produits standardisés, la production traditionnelle de masse
reste toujours l’option la plus avantageuse, les techniques de fabrication additive représentent une grande opportunité. L’exemple le
plus représentatif porte sur la conception et la fabrication de pièces
complexes. Pour répondre à cette demande, certains fournisseurs
peuvent être substitués par des sous-traitants rodés à la fabrication
additive et produisant sur place (voir l’article « Quelles solutions
pour les entreprises ? » paru dans le premier numéro d’A3DM Magazine ou sur le site Internet).
Consommation de matériau
Un autre impact direct sur les marchés, portant
particulièrement sur la réduction des coûts, est la
possibilité de réduire la consommation de matériaux, de diminuer la production de déchets et de
limiter, voire supprimer totalement, la surproduction. Comme les exigences de nouveaux matériaux
continuent d’évoluer, les défis pour les achats
sont liés à l’identification de fournisseurs compétents et au travail commun. Les matériaux pour
la fabrication additive restent encore chers pour
une production de grande quantité (voir l’article
« Les Matériaux – chiffres, descriptif et standardisation » dans le premier numéro d’A3DM Magazine ou sur le site Internet). Une analyse des coûts
et des avantages des pièces pourrait également
être réalisée en interne. Il faudra tenir compte
de facteurs tel que la nature exclusive de certains
designs ainsi que la commodité en matière de
timing et de coût de fabrication par rapport aux
techniques de soustraction.
Pièces de rechange disponibles
en permanence et instantanément
Au cours du processus de fabrication traditionnelle, la production nécessite des stocks de pièces
de rechange pour pouvoir réparer les produits et
les outils dans le cas où ceux-ci se cassent ou sont
endommagés. Le coût de production, de stockage
et de distribution de ces pièces de rechange est
important. Avec la fabrication additive, les pièces
de rechange peuvent être fabriquées sur place
et à la demande. Leur coût ainsi que le temps de
fabrication et de livraison sont donc considérablement réduits. Et la production porte uniquement
sur les pièces nécessaires.
Le délai de mise sur le marché et la production
de pièces de rechange sur place et à la demande
sont des avantages importants de la fabrication
additive dans la chaîne d’approvisionnement.
Généralement, lorsqu’une pièce est cassée ou
détériorée, il faut attendre plusieurs jours, voire
plusieurs semaines, pour pouvoir recevoir la pièce
de rechange. Ce processus est long et coûteux. En
cas de pièces ou de systèmes dont la production a
été arrêtée, la situation peut devenir encore plus
complexe. Lorsque les produits ont été numérisés,
les pièces de rechange peuvent toujours être téléchargées et les besoins de stockage sont faibles.
La fabrication additive permet de simplement
télécharger et imprimer la pièce demandée, à
condition, bien sûr, qu’il y ait un accès à des imprimantes sur place ou à proximité.
14
A3DM magazine
n°2
DOSSIER
L’habitat de
l’équipe Gamma
a terminé à la
seconde place
du concours de
conception d’un
habitat approprié
sur Mars, 3D
Printed Challenge,
organisé par la
NASA et America
Makes.
Le secteur aéronautique
Différents secteurs peuvent bénéficier de ces
avantages liés à la fabrication additive. L’industrie
aéronautique en est un bon exemple. Contrairement aux entreprises de production de masse, elle
est en grande partie basée sur des volumes limités
et une faible production de pièces de rechange.
Le dernier rapport portant sur 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, sur la base des données fournies par 51
compagnies aériennes, a indiqué 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,
cette même année, 62,1 milliards de $ en entretien, réparation et révision (MRO-Maintenance,
Repairs and Overhaul), soit 9 % des dépenses
totales. Parmi celles-ci, 23 %, soit 14,41 milliards
de $, étaient liés aux coûts directs de maintenance
(Direct Maintenance Costs-DMC). Les pièces de
rechange et les stocks, quant à eux, représentent
un total de 10,66 milliards de $. Il est particulièrement pertinent de considérer que pour chaque $
dépensé pour l’entretien, 1,1 $ est verrouillé pour
les pièces détachées !
Dépenses des compagnies aériennes : 62,1 milliards de $ (FY2014)
Carburant 32 %
Coût des opérations 25 %
A/C Propriété 11 %
Charges 9 %
Entretien 9 %
Distribution 7 %
Services pax 5 %
Autres 2 %
Source : IATA Economics (Juin 2015)
A3DM magazine
n°2 15
DOSSIER
Pièces de rechange et inventaire
Inventaire milliard de $/transporteurs aériens
Moyennes : 2,6 milliards de $/transporteurs aériens ; 296 milliards de $/compagnies aériennes
$M5,3
$M4,6
$M3,9
$M2,6
$M1,3
$M0,8
MENA
ASPAC
AFI
LATAM
EUR
NAM
$M0,6
$M0,6
CIS
NASIA
Moteurs $ : 46 %
Rotables $ : 37 %
Autres $ : 17 %
Le secteur aérospatial
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, ces pièces pourraient être produites directement dans la
station spatiale. Selon la NASA (National Aeronautics and Space Administration), une livre de charge utile dans l’orbite terrestre coûte,
aujourd’hui, 10 000 $. 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 ».
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. Cet
objet a été conçu en plastique chauffé. Il serait donc 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 les pièces
requis dans l’espace. 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. Cette dernière
sera équipée d’une partie imprimée en 3D en PEKK3, 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 fumées et une faible toxicité
16
A3DM magazine
n°2
Source : IATA Economics (juin 2015)
LES PRINCIPAUX IMPACTS DE LA FA
SUR LA GESTION DE LA CHAÎNE LOGISTIQUE
• Processus rapide, moins cher et plus flexible.
• Cycle de développement de nouveaux
produits accéléré.
• Cycle de fabrication plus rapide et basé
sur l’envoi des fichiers numériques.
• Diminution des coûts de gestion des stocks.
• Baisse du travail à fournir.
• Réduction des délais de commercialisation.
• Procédés de fabrication plus simples
et polyvalents.
• Suppression d’étapes, et donc des coûts,
d’assemblage.
• Possibilité de personnalisation des produits.
• Réduction de l’outillage.
• Diminution de la production de déchets
dans les étapes de production.
• Diminution du poids des pièces finies grâce
à l’optimisation topologique.
• Production relocalisée.
DOSSIER
Réduire l’impact financier des stocks
Les coûts de stockage de pièces des rechange peuvent sérieusement
affecter les entreprises des secteurs de l’aéronautique et de l’aérospatiale. Afin d’éviter des avions bloqués au sol, de nombreuses
pièces ont depuis longtemps été stockées dans des entrepôts, malgré le fait que ces dernières soient produites à faible quantité, complexes et retirées de la production ou nécessaires dans des endroits
éloignés. De nombreuses pièces de rechange restent donc inutilisées
jusqu’à ce qu’elles deviennent obsolètes. Limiter ou même supprimer la nécessité d’un stock de pièces et d’outils entraîne une baisse
des coûts importante. Or la fabrication additive permet de réduire
ce stockage. Cependant, les pièces de rechange et les stocks qu’une
compagnie aérienne conserve génèrent également un impact positif sur ses opérations en matière de disponibilité des avions et de
ponctualité. Des solutions d’optimisation des stocks pourraient permettre aux entreprises de mieux rentabiliser leur chaîne d’approvisionnement, tout en intervenant sur l’offre et la demande à chaque
étape du réseau. En gardant toujours en tête que la gestion précise
de la demande est à la base d’une optimisation des stocks.
La diminution des stocks impacte également la réduction des actifs à
court terme. Elle implique des rendements plus élevés des actifs, tout
en réduisant les fonds de roulement qui représentent la différence
entre l’actif et le passif à court terme. Elle se traduit également par
des frais d’intérêt sur les emprunts inférieurs, généralement utilisés
pour financer le fonds de roulement. Gérer efficacement les stocks à
travers une chaîne d’approvisionnement bien organisée et efficace
peut avoir un impact financier positif4.
• En affectant la rentabilité des actifs (Return On Assets – ROA) utilisés pour générer des profits. Le ROA est calculé comme le bénéfice net divisé par l’actif total de l’entreprise. Lorsque les stocks
sont réduits, l’actif total de l’entreprise est également diminué, ce
qui augmente le rendement.
• En incisant sur le cycle de conversion de trésorerie. Le temps que
l’entreprise met à convertir son investissement en retour est mesuré en jour comme la somme des jours de stocks (jours de stocks
en circulation) et des comptes débiteurs (ou de délai de recouvrement), moins les comptes créditeurs (ou payables en circulation).
La diminution de l’inventaire réduit les jours de stocks en circulation tout en raccourcissant le cycle de conversion de trésorerie.
• En réduisant le besoin de fonds de roulement. Le maintien des
stocks dans la chaîne d’approvisionnement réduit les frais d’intérêts d’une société, conduisant à un bénéfice net plus élevé, car
l’intérêt est déduit du bénéfice avant intérêts, impôts, dépréciation et amortissement (EBITDA, Earnings Before Interest, Taxes,
Depreciation and Amortisation). À une moindre mesure, le besoin
en fonds de roulement conduit également à une baisse de la dette
à court terme. Un plus faible niveau d’endettement améliore le
ratio de ce dernier d’une entreprise et, en même temps, le ratio
dette-capital propre.
• La réduction des stocks augmente aussi la rotation de ceux-ci,
c’est-à-dire le nombre de fois que la société est capable de vendre
et remplacer son inventaire sur une période donnée. Cette rotation est calculée par le coût des marchandises vendues divisé par
la moyenne des stocks évalués. Un ratio plus élevé de rotation des
stocks représente de fortes ventes soutenues d’une planification
des stocks et d’un réapprovisionnement efficaces.
Machines et essais
d’impression 3D dans
l’espace par la nasa
(en haut).
Imprimante 3D « Portable
onboard Printer 3D »
utilisée à bord de
la station spatiale
internationale (en bas).
A3DM magazine
n°2 17
DOSSIER
L’impact sur l’environnement et la durabilité
À l’heure où la Commission européenne se concentre sur l’importance de l’économie circulaire, la technologie de fabrication additive
apporte une série d’impacts positifs sur les aspects environnementaux
de la chaîne d’approvisionnement et sur le développement durable.
• Réduction des déchets de production
L’une des caractéristiques spécifiques de la fabrication additive est
d’utiliser uniquement les matériaux nécessaires. Le passage à cette
technologie permettrait de réduire les déchets issus des méthodes
de fabrication traditionnelle. Il diminuerait ainsi la consommation
de matières premières, les coûts associés et rendrait quasi nuls les
coûts de transport des déchets.
• Réduction des emballages
La dématérialisation d’une pièce en fichier numérique et sa production sur place éliminent la nécessité d’un emballage et la production de produits associés : manuels d’instruction en papier,
inserts en plastique, etc. Même si de nombreuses entreprises utilisent actuellement des emballages recyclés pour leurs produits,
l’ensemble de ce processus de recyclage, ainsi que les transports
des colis, pourraient être évités.
• Prise en charge de la fabrication verte
La fabrication additive rationalise les méthodes de fabrication
et de production traditionnelle en ayant notamment un impact
significatif sur l’empreinte environnementale. Premièrement, la
fabrication additive fonctionne à partir d’électricité, dont une
quantité relativement faible suffit pour une production. À cela
s’ajoute l’absence de production de déchets, ou à faible quantité.
Certains matériaux comme les polymères peuvent également être
recyclables. Enfin, l’optimisation topologique intervient sur l’utilisation de matériaux et donc le poids de la pièce, entraînant ainsi
une consommation de carburant plus faible, par exemple pour
l’aérospatiale ou l’aéronautique.
La fabrication additive offre une série d’avantages tout au long de la chaîne de valeur. L’impact sur la chaîne d’approvisionnement est l’un
des facteurs clés que les sociétés doivent prendre
en compte, en plus des lignes de production et de
distribution.
Notes
1 - Exemple : abus de confiance (article 314-1 du Code
pénal) ; contrefaçon de droits d’auteur (articles L335-1
et suivants du Code de propriété intellectuelle) ;
divulgation de secret de fabrication (L1227-1 du Code
du travail) ; recel (article 321-1 du Code pénal) ;
vol de matériels informatiques (article 311-1 et suivants
du Code pénal) ; délit d’initiés (L465-1 du Code monétaire
et financier) ; atteinte au secret des correspondances
(226-15 du Code pénal) ; violation du secret professionnel
(226-13 du Code pénal) ; divulgation de données
à caractère personnel (226-21 du Code pénal).
2 - Dans le Code civil, les articles 1382 (« Tout fait
quelconque de l’homme, qui cause à autrui un dommage,
oblige celui par la faute duquel il est arrivé, à le réparer »)
et 1383 (« Chacun est responsable du dommage
qu’il a causé non seulement par son fait, mais encore
par sa négligence ou par son imprudence. ») couvrent
les engagements personnels et les sanctions prévues
en cas de violations contractuelles de confidentialité
qui pourraient avoir pour conséquence la résiliation
du contrat et le paiement de dommages et intérêts.
3 - PEKK est l’acronyme de Polyetherketoneketone.
Les spécifications de ce matériau, spécialement utilisé
dans le secteur médical, sont illustrées dans la lien
suivant : http: // www.astm.org/Standards/F2820.htm.
4 - Supply Chain as Strategic Asset : The Key to Reaching
Business Goals de Vivek Sehgal, Wiley 2010.
Attention, cependant, aux émissions de particules fines et de
composés organiques volatiles (COV) dans l’air, potentiellement
dangereux pour la santé.
Essai d’un moteur de fusée
dont 75 % des pièces ont été
imprimées en 3D.
18
A3DM magazine
n°2
PUBLI-RÉDACTIONNEL
GESTION DE DONNÉES
« MATÉRIAUX »
POUR LA FABRICATION ADDITIVE
Pour réussir dans la fabrication additive, il faut pouvoir appréhender
les matériaux, leurs relations avec le procédé de fabrication
et leurs implications sur les propriétés de la pièce produite.
Les sociétés utilisant la fabrication additive savent que la gestion
de données « matériaux » est un point critique pour garantir
leur succès dans ce domaine. Elles cherchent à gérer au mieux
ces informations pour en comprendre leurs impacts.
Quelles technologies permettent de capturer les données issues
de l’impression 3D pour les exploiter via des outils de comparaison,
d’exploration et d’intégration aux modèles de simulation ?
Par John Downing et Stephen Warde, Granta Design.
T
out lecteur de ce magazine comprend les
enjeux et les atouts de la fabrication additive comme la production de pièces spécifiques dont les caractéristiques ne peuvent être
obtenues par la fabrication traditionnelle. Cette
méthode ouvre de nouvelles possibilités pour la
réalisation de pièces plus légères, plus résistantes
et, souvent, à moindre coût dans des secteurs
variés comme le médical, l’automobile ou l’aéronautique. Mais pour réussir dans ce domaine, il est
primordial de pouvoir comprendre et contrôler
le procédé afin de garantir l’obtention des propriétés « matériaux » recherchées pour les pièces
20
A3DM magazine
n°2
ciblées. Ce travail demande une compréhension
détaillée de la matière, des procédés et de leurs
effets sur les propriétés de la pièce. La relation
matériau-procédé-pièce est cruciale comme c’est
le cas dans l’élaboration de composites. L’accès et
le contrôle des paramètres matériaux sont la clé
du succès.
Les chercheurs et les équipes de développement
ont besoin de ces données pour analyser les performances, appréhender les relations de cause à effet
et prendre les décisions adéquates. La certification
des pièces demande, par ailleurs, une maîtrise totale
de la traçabilité - c’est-à-dire la capacité de rendre
PUBLI-RÉDACTIONNEL
compte des paramètres retenus pour l’élaboration
d’une pièce ou d’un composant. Capturer, gérer et
utiliser les informations nécessaires est extrêmement
complexe. Le volume d’informations mais également les relations entre les données rendent cette
tâche particulièrement ardue. Il faut être en mesure
de collecter des données depuis différentes sources
sous des formats divers, de pouvoir les analyser pour
générer une information utile et d’effectuer les
changements après chaque série de tests.
Expert reconnu dans le domaine de la gestion de
données « matériaux », la société Granta a construit
son expertise depuis de nombreuses années autour
de la résolution de problématiques complexes tels
que les matériaux composites. Nous avons identifié
trois points clés : capturer et structurer les informations liées à la fabrication additive ; supporter les
équipes de simulation en intégrant des données
validées et permettre le partage des connaissances
pour monter en compétence.
Capturer et structurer les informations
liées à la fabrication additive
Les programmes de recherche sur la fabrication
additive génèrent des quantités impressionnantes
d’informations, que ce soient sur les matériaux, les
caractéristiques des procédés, les tests, la simulation
ou la qualification des pièces. Il n’est pas évident de
mettre en relations ces données, souvent issues de
machines spécifiques. Il est, également, compliqué
d’identifier les paramètres à capturer. Les industriels
doivent donc :
• définir des protocoles pour la gestion des données et disposer d’outils logiciels permettant la
structuration de ces connaissances ;
• et se procurer des outils pour faciliter la capture
et l’analyse de celles-ci.
Récemment, deux projets collaboratifs se sont
concentrés sur ces objectifs : AMAZE, un projet Européen FP7 sur la fabrication additive, et le Materials
Data Management Consortium (MDMC). Nous aborderons le projet AMAZE un peu plus loin dans l’article. Le projet MDMC, quant à lui, regroupe depuis
plus de 15 ans des entreprises leaders de leurs domaines (Boeing, Lockheed Martin, Honeywell, Nasa)
qui travaillent à développer les meilleures technologies de gestion de données « matériaux » pour
optimiser la valeur de l’ingénierie des matériaux. Ce
groupe porte un intérêt particulier à la fabrication
additive et aide la société Granta au développement
de la plateforme GRANTA MI pour l’impression 3D.
Suite à ces travaux, la plateforme GRANTA MI propose un schéma type de base de données dédié à la
fabrication additive. Ce schéma est associé à des outils permettant d’adapter la structure de la base aux
besoins spécifiques de chaque entreprise. Le schéma
s’accompagne de modalités d’import et d’export
permettant la capture automatisée et l’analyse de
ces données. À terme, l’entreprise pourra capitaliser
l’expérience acquise en impression 3D dans un système construit pour faciliter la recherche, l’analyse
et l’exploitation des informations ainsi que l’identification des paramètres impactant.
Supporter les équipes de simulation
en intégrant des données validées
La simulation est un élément clé pour comprendre
et prédire les paramètres optimaux de fabrication.
Plusieurs projets et institutions de recherche se
concentrent sur ces thématiques comme le laboratoire de recherche américain Lawrence Livermore
National qui a présenté une prédiction précise de
la porosité de pièces basée sur une compréhension
améliorée des comportements de déformations à
température et validée ses résultats par la littérature.
Page d’accueil de la base
de données Granta MI montrant
un schéma pour aider les
utilisateurs à localiser
les données dont ils ont
besoin.
A3DM magazine
n°2 21
PUBLI-RÉDACTIONNEL
Quelle que soit la méthode, la justesse d’une simulation dépendra toujours de la précision des données
(matériau et procédé) sur lesquelles elle repose. Les
résultats doivent également être validés par des tests
physiques sur les pièces concernées. Ce cycle de validation doit s’appuyer sur une gestion de données
structurée permettant le nivellement des informations, depuis les données d’essai brutes jusqu’à celles
consolidées et validées pour la simulation. Granta
soutient cette approche en permettant l’interfaçage
de données contrôlées dans GRANTA MI avec les
outils de simulation et d’éléments finis.
Partage de l’expertise
Les projets de développement visent à établir l’impression 3D comme procédé de fabrication robuste
et certifié. Atteindre cet objectif demande des
efforts de recherche et, souvent, une collaboration
entre des sociétés mais il nécessite, également, la
participation aux projets des industries, des universités et des gouvernements. Le partage d’informations est alors critique au succès de ces projets. Il
s’agit non seulement de faciliter ce dernier entre les
partenaires mais aussi de contrôler et de protéger
les informations partagées afin de respecter les problématiques de propriété intellectuelle comme cela
a été le cas pour le projet AMAZE.
L’objectif du projet AMAZE est de réduire dramatiquement le coût de production de pièces métalliques et d’éliminer le rebut lors de la fabrication.
Ce groupe de 28 partenaires, incluant entre autres
Airbus Defence and Space, BAE Systems, European
Space Agency et Renishaw, est le plus large et le plus
ambitieux dans ce domaine. AMAZE vise à produire,
rapidement, sans défaut et sans rebut en impression
3D des composants de grandes tailles pouvant aller
jusqu’à 2 m et susceptible d’être utilisés dans l’aéronautique, l’aérospatial, l’automobile et le nucléaire.
Quatre usines pilotes ont été construites pour donner aux industriels européens une position de leader
dans ce domaine dès 2016. Granta fournit aux partenaires un système de gestion d’informations matériaux basé sur la plateforme GRANTA MI ; créant
ainsi une source unique de connaissance sur les matériaux, les procédés, et leurs propriétés. Cette base
soutient au mieux le raffinement et l’extension de
l’expertise ainsi que le partage d’informations. Elle
permet la capture de toutes les informations depuis
l’achat de matières, les critères de fabrication, l’inspection et les tests.
Une solution basée sur les bonnes
pratiques pour la fabrication additive
AMAZE démontre comment les technologies
peuvent aider un projet complexe, multipartenaire et multinational avec un meilleur usage de la
connaissance « matériaux » dans un domaine por-
22
A3DM magazine
n°2
teur d’innovations. Le logiciel GRANTA MI, réputé et
reconnu pour la gestion de données « matériaux »
(métaux, composites, plastiques, etc.), a pu être optimisé pour répondre aux challenges de la fabrication
additive via son module GRANTA MI : Additive Manufacturing™. Ce dernier propose :
• un schéma robuste validé pour la gestion de
données d’impression 3D, avec plus de 800
attributs pré-renseignés (informations « matériaux », détails de calibration, détails de fabrication...) et en évolution constante ;
Pièce construite par fabrication additive
sur un substrat (en haut).
Imprimante 3D Renishaw AM250 RGB (en bas).
PUBLI-RÉDACTIONNEL
• des interfaces pour capturer les données efficacement et calibrées pour accepter des données
machines de divers fabricants (par exemple les
sociétés Renishaw ou EOS) ;
• des instruments pour explorer les données et les
exporter vers d’autres outils d’analyse comme
Excel ou MatLab ;
• la possibilité d’intégrer et d’échanger des données avec les outils de simulation, depuis les
données d’entrée nécessaires jusqu’aux résultats liés à celles-ci.
Le but de cette solution est d’aider à réduire les
temps de développements, minimiser les coûts de
production et promouvoir l’innovation.
Pour tout renseignement contacter l’équipe française de Granta : www.grantadesign.com/FR/index.
htm.
Train d’atterrissage en titane
conçu par farication additive à
l’université Cranfield, l’un des
partenaire du projet AMAZE.
Image fournie par l’équipe
WAAMMAt, de l’université de
Cranfield.
Gérer les données critiques pour la fabrication additive.
Granta Design développe dans le programme européen AMAZE un logiciel sans équivalent pour
la gestion et l’exploration de données matériaux pour la fabrication additive:
Capturer et corréler les données matériaux
et celles des machines
Permettre la caractérisation
Supporter les outils de simulation
Identifier et comprendre les paramètres
impactant
Construire et structurer son savoir
Plus d’informations:
www.grantadesign.com/fr
OUTILLAGE
FABRICATION ADDITIVE
LES OUTILLAGES EN THERMOPLASTIQUES
HAUTES PERFORMANCES
Comment réaliser une économie de temps et d’argent en produisant
des outils de fabrication personnalisés, au moyen du procédé
de modélisation par dépôt de fil en fusion (Fused Deposition
Modeling, FDM). A3DM Magazine vous guide dans cette démarche.
Par Éric Bredin, directeur marketing EMEA de Stratasys.
L
es objectifs essentiels de la fabrication – à savoir améliorer la qualité, réduire
les délais et les coûts – sont les raisons principales de l’utilisation répandue
des gabarits et des fixations. Que les opérations soient entièrement automatisées ou totalement manuelles, ces derniers sont utilisés tout au long du processus
de fabrication, avec pour objectif de réduire les coûts tout en accélérant la production. Au-delà des gabarits et des fixations, il est possible d’inclure tous les outils de
fabrication d’assistance opérationnelle, ceux-ci étant plus répandus. Cela comprend
les rangements pour l’organisation et les supports d’outils pour 5S (une méthodologie
d’organisation du lieu de travail), les modèles, les guides et les calibres, mais également les organes terminaux de robots (outils de préhension) et les plateaux, caisses et
trieuses destinés au transport. Quels que soient le nom, la description ou l’application,
les outils de fabrication augmentent le profit et l’efficacité, tout en maintenant un
niveau de qualité élevé.
Bien que ces outils de fabrication soient largement répandus, de nombreux sites ne les
utilisent pas à leur pleine mesure. Les fabriquer demande du temps, de l’énergie et de
l’argent. Pour tirer parti de ressources limitées, il existe une solution : l’impression 3D.
Celle-ci est simple et automatisée, rapide et peu onéreuse. Elle permet de déployer un
plus grand nombre d’outils de fabrication et d’optimiser leur performance.
24
A3DM magazine
n°2
OUTILLAGE
Abaisser le seuil de rentabilité
En substituant, simplement, l’impression 3D à des méthodes actuelles
de fabrication de gabarits et de fixations, il est possible de réduire
les coûts et d’accélérer la production. Ces seuls avantages justifient
aisément l’utilisation de systèmes de fabrication additive, notamment grâce à la rapidité d’approvisionnements. Mais c’est ignorer
l’impact important sur toute l’activité : l’impression 3D abaisse le
seuil auquel un nouvel outil se justifie, ce qui permet de répondre à
des besoins non satisfaits tout au long du processus de production :
• réduction des rebuts et du ré-usinage ;
• réduction de la main-d’œuvre nécessaire ;
1
• optimisation des procédés ;
• amélioration du contrôle et de la répétabilité d’un processus.
Comment expliquer que les outils de fabrication ne sont pas utilisés
actuellement dans toutes ces opérations, puisqu’ils sont si précieux ?
La réponse la plus probable est que, jusqu’à aujourd’hui, ils n’étaient
pas justifiés. Malgré l’avantage de disposer du gabarit ou de la fixation, le retour sur investissement calculé n’était pas suffisant. Le
temps et l’argent étant toujours limités, la décision de concevoir un
outil de fabrication repose en priorité sur :
• les processus impossibles sans gabarit ou fixation ;
• les besoins les plus urgents ;
• les risques les plus importants et les problèmes les plus probables ;
• la rapidité de mise en œuvre et de résultats ;
• et la facilité de mise en œuvre.
Décider de quand et où utiliser un gabarit ou une fixation ne diffère pas des autres décisions prises au quotidien. Le choix est réalisé
lorsque les bénéfices surpassent l’investissement et/ou lorsque l’exécution est simple. L’impression 3D abaisse le seuil de justification en
augmentant le retour sur investissement et en réduisant les obstacles
entre l’idée et la solution. Cette technologie simplifie le processus,
réduit le coût et diminue les délais. Par exemple, avec la technologie
de modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM, Fused Deposition
Modeling) comme approche de fabrication additive de gabarits et de
fixations, le processus ne compte que trois étapes : préparation du
fichier CAO, fabrication de l’outil et post-traitement de la pièce. À
la différence de la fabrication classique, la technologie FDM ne requiert que peu d’expérience et une main d’œuvre minimale. Dans de
nombreux cas, les gabarits et fixations ne demandent pas plus de 15
minutes de travail. Selon Natalie Williams, responsable qualité chez
Thogus Products, société de moulage par injection spécialisée dans la
fabrication en petits volumes et en matériaux hautement techniques :
« il est plus simple de modéliser une fixation et de l’imprimer soimême que de la concevoir et l’exécuter dans un atelier extérieur. Le
délai pour une fixation usinée à 12 cavités externalisée était de 7 à 10
jours. Je l’ai construite en une nuit », conclue-t-elle.
Les imprimantes 3D FDM permettent une réduction des délais de fabrication de l’ordre de 40 à 90 %. L’impression 3D peut également
augmenter sensiblement le retour sur investissement en réduisant le
coût d’un gabarit ou d’une fixation. Les sociétés réalisent généralement des économies de 70 % à 90 % par rapport aux fixations usinées
ou fabriquées en externe. Pour la fixation à 12 cavités de Thogus, les
économies se sont montées à 87 %. « L’atelier d’usinage demandait
1 500 $ pour la fixation. J’ai pu la fabriquer pour moins de 200 $ de
matériaux », nous a déclaré Natalie Williams.
2
3
1. Pistolet doo de Thermal Dynamics.
2. Support de protection de sécurité Thogus.
3. Organe de préhension comportant des canaux
sous vide internes sans tuyau externe.
A3DM magazine
n°2 25
OUTILLAGE
Alors que les fixations usinées coûtaient 12 000 $ et demandaient un
délai de sept jours, Thermal Dynamics a choisi de les fabriquer avec
la technologie FDM et économise ainsi 10 000 $ et plusieurs jours de
fabrication. Un autre exemple est celui de Joe Gibbs Racing, membre
de l’association NASCAR, qui utilise la technologie FDM pour fabriquer des fixations, dont certaines ont été en service pendant plus de
deux ans et ont permis de réduire les délais et les dépenses de 70
% en moyenne. En rendant le processus de fabrication d’outils plus
rapide et plus abordable, l’impression 3D augmente le nombre de gabarits, fixations et autres outils de fabrication et améliore donc toute
la chaîne.
4
Optimiser la performance des outils de fabrication
L’impression 3D peut également optimiser la performance des outils
de fabrication. Avant l’impression 3D, les conceptions suffisantes
pour remplir leur office étaient acceptables pour les gabarits et les
fixations. En raison des coûts et du travail nécessaires pour les redessiner et les fabriquer de nouveau, les révisions étaient exclusivement
réservées à ceux qui ne fonctionnaient pas suivant les spécifications.
L’impression 3D modifie cet état d’esprit. Pour quelques euros de
plus, elle permet de produire l’outil de fabrication de la nouvelle
génération à temps et prêt à être utilisé. Pour une pièce qui présente
des performances moyennes, un peu de temps et quelques initiatives suffisent à redessiner une pièce. Le temps gagné sur une opération de montage est faible, mais ces secondes s’accumulent. Si la
fabrication est de 500 fixations par jour et par ouvrier, une économie
de deux secondes réduit la main d’œuvre de 70 heures par personne
et par an. Pour la même pièce, une réduction de 1 % des rebuts fait
économiser 1 250 pièces par an.
Genesis Systems Group s’est orienté vers la FDM pour fabriquer plus
rapidement des EOAT (End-of-Arm Tooling) plus légers et moins
chers, remplaçant les outils de préhension métalliques construits de
façon conventionnelle. Pour Doug Huston, conseillé technique chez
Genesis Systems Group, la production « prendrait des semaines pour
fabriquer des outils de préhension traditionnels. Avec les outils de
préhension FDM, vous pouvez finaliser et équiper une nouvelle extrémité d’outil robotique en un jour ». De plus, l’outil nouvellement
conçu, réalisé en plastique FDM léger, réduit également le poids des
EOAT, passant ainsi de 16 kg à seulement 1,3 kg. Huston a souligné
que la réduction de poids permettait d’utiliser des robots plus petits
et moins chers. L’impression 3D abaisse le seuil de justification, ainsi
les utilisateurs peuvent mettre en service plus de gabarits et de fixations optimisés, et devenir plus compétitifs.
Mise en œuvre d’une approche d’impression 3D
Avant de créer votre premier modèle CAO en 3D et de charger un
système de production 3D, il faut tenir compte des matériaux et
de la tolérance de dimensions. L’impression 3D est idéale pour de
nombreux outils de fabrication, mais elle n’est pas adaptée à tous.
La principale considération relative aux matériaux est de savoir si
le plastique suffira. Les gabarits et les fixations sont traditionnellement fabriqués en métal. Pour certains, le métal peut être indispensable. Pour d’autres, il peut n’être qu’une option pratique puisqu’il
est propice au fraisage, au tournage, au pliage et à la fabrication.
Dans ce cas, l’impression 3D peut être une des options. Parmi cellesci, la gamme de matériaux FDM disponibles offre des propriétés
de résistance aux produits chimiques (pétrole, solvants), de résis-
26
A3DM magazine
n°2
BMW imprime des outils plus légers
et plus faciles à manipuler, mais
aussi certains outils impossibles
à concevoir en fabrication
traditionnelle.
tance thermique (jusqu’à 200 °C) et de résistance
mécanique. Les outils de fabrication en plastique
peuvent également apporter des avantages inattendus. Par exemple, la société Thogus utilise des
fixations pour robots, fabriquées par modélisation
par dépôt de fil en fusion, qui absorbent les chocs.
Si le bras du robot s’écrase contre un obstacle, la
pièce FDM est capable d’éviter les détériorations
sur le bras, supprimant ainsi des réparations et
une immobilisation coûteuse des machines. Autre
exemple, la société BMW utilise des outils portables en plastique, car ils sont plus légers et plus
faciles à manipuler, réduisant ainsi la fatigue des
ouvriers.
La conception
Les règles de conception pour la faisabilité (DFM)
ne s’appliquent plus avec l’impression 3D. Elles
n’ont pas de conséquence sur le temps, les coûts, la
qualité, la performance ni la valeur concrète. Dans
certains cas, le respect des anciennes règles DFM
peut même avoir l’effet opposé. Il faut donc oublier ces règles et reprendre à zéro avec une nou-
OUTILLAGE
velle conception. La nature additive du processus
offre une liberté de conception sans pareille. L’impossible devient réalisable et même raisonnable.
Les outils de fabrication peuvent présenter des
configurations complexes, de nombreuses caractéristiques et des formes libres, sans nécessiter plus
de temps et d’argent. En fait, la plus grande complexité peut même réduire les coûts et les délais.
Par exemple, les poches, les trous et les canaux réduisent la consommation de matériaux et le temps
de fabrication. Grâce à la technologie FDM, BMW
imprime des gabarits et des fixations impossibles à
fabriquer avec l’usinage et la fabrication classiques.
L’impression 3D les rend plus simples à utiliser et
plus fonctionnels. La liberté de conception permet
à des ouvriers sur une ligne de montage de disposer d’un outil qui atteint le dessous, l’arrière et
l’intérieur d’un pare-chocs. Les ingénieurs se sont
consacrés entièrement à cette fonction, ce qui a
permis de concevoir un outil pour pare-chocs de
forme organique (figure 4).
La liberté de conception peut également améliorer l’ergonomie des outils de fabrication. Le poids,
l’équilibre et la position de l’outil ont un impact
direct sur le confort du technicien, la durée du
processus et la simplicité d’accès et de stockage.
Pour atteindre une ergonomie optimale, il suffit
de l’intégrer dans la conception des outils. Par
exemple, BMW a redessiné une fixation d’alignement d’insignes afin d’améliorer l’équilibre et de
diminuer le poids. Cela a réduit la charge sur les
ouvriers et amélioré les délais de fabrication de la
fixation d’insignes.
Une manière très simple de tirer profit de la liberté de conception consiste à consolider les assemblages en pièces simples. Souvent, les gabarits et
les fixations sont composés de plusieurs pièces.
L’impression 3D supprime ce besoin. La division en
plusieurs pièces ne doit se faire que lorsque cela
présente un avantage pour le fonctionnement
du gabarit ou de la fixation. En effet, intégrer les
pièces en un unique composant présente de nombreux avantages.
Simplifier la gestion des outils de fabrication
Les gabarits, les fixations et les autres outils de fabrication ne
doivent plus être considérés comme des actifs, mais plutôt comme
des dépenses et des éléments jetables. En tant qu’actifs, les gabarits
et les fixations sont stockés (à l’inventaire) entre leurs utilisations.
Ils restent en stock jusqu’à ce que la ligne de produits soit obsolète
ou jusqu’à ce qu’ils ne soient plus réparables. En raison du temps,
de l’argent et du travail consacrés à la fabrication d’outils au moyen
des méthodes classiques, ceux-ci sont trop précieux pour être écartés comme des articles jetables. Toutefois, cette approche entraîne
de nombreux coûts indirects : le coût de l’espace d’entreposage, le
coût de gestion et de suivi des stocks ainsi que le coût de localisation
d’un gabarit ou d’une fixation nécessaire. Pour les outils utilisés de
manière sporadique, ces coûts peuvent être importants. De plus, le
travail de stockage des gabarits et des fixations est parfois supérieur
à celui de la fabrication. Les sociétés adoptent donc une approche de
gestion numérique, où seul le fichier numérique est stocké. Il peut
sembler impensable de mettre au rebut un outil de fabrication en
parfait état, mais pour ceux qui ne sont pas souvent utilisés, cette
approche réduit les coûts et la charge de travail. Cette approche
d’impression à la demande est également pratique lorsque qu’il est
nécessaire de remplacer un outil cassé ou de posséder des doubles
pour augmenter la production et répondre à une augmentation
inattendue des ventes.
Conclusion
L’impression 3D peut entraîner de grands changements permettant de maximiser les profits en supprimant des gâchis de temps et
d’argent lors du processus de fabrication. S’il n’est pas aisé d’oublier
des approches de conception établies de longue date, il est possible
de commencer par remplacer simplement les processus de fabrication habituels par l’impression 3D. Quoi qu’il en soit, les économies
sur la chaîne de production et sur la fabrication de gabarits et de
fixations seront importantes.
En disposant d’un dessin CAO en 3D et d’un accès à une machine de
fabrication additive, la production d’outils de fabrication nécessitera
seulement 15 minutes de travail pratique. En combinant la simplicité
à des réductions de temps et de coûts de l’ordre de 40 % à 90 %, on
comprend mieux pourquoi l’impression 3D incite les sociétés à fabriquer plus de gabarits, de fixations et d’autres outils de fabrication.
• Éliminer les problèmes de tolérance. Si deux
pièces correspondantes sont combinées en une
seule, les coûts et les problèmes posés par le
contrôle des tolérances des deux pièces sont
supprimés.
• Éliminer la durée de l’assemblage. L’assemblage
nécessite du temps, en particulier pour les produits uniques comme les gabarits et les fixations,
et les ajustements parfaits ne sont pas garantis.
• Minimiser la documentation et les coûts généraux. Consolider les pièces réduit les coûts des
actions comme la conception, la documentation,
les devis, les commandes et la gestion des stocks.
A3DM magazine
n°2 27
LES ÉCHOS DE L’AFPR
ASSISES
EUROPÉENNES
DE LA FABRICATION ADDITIVE
Les Assises européennes
de la fabrication additive (AEFA),
organisées par l’Association française
du prototypage rapide et de la fabrication
additive (AFPR), vont être, cette année
encore, accueillies par CentraleSupélec
sur le site de Châtenay-Malabry, près
de Paris, du 21 au 23 juin 2016.
Par Alain Bernard, Professeur des Universités à
l’École centrale de Nantes, vice-président de l’AFPR.
C
ette manifestation annuelle est un événement incontournable pour la communauté
internationale de la fabrication additive. Il
y a quatre ans, l’AFPR fêtait ses 20 ans en présence
de nombreux spécialistes internationaux de la
GARPA (Global Alliance of Rapid Prototyping Associations). Cette année encore, les nombreuses
interventions seront de qualité tout à fait exceptionnelle parce que délivrées par de grands spécialistes nationaux et internationaux du domaine.
Chaque présentation sera proposée à l’ensemble
des participants simultanément en français et en
anglais. Beaucoup d’acteurs clefs participant à la
dynamique du développement de la fabrication
additive viendront évoquer les tendances technologiques. Ils expliqueront en quoi la fabrication
additive est au cœur de la chaîne numérique et
comment elle apporte des possibilités uniques de
diversité et de complexité de formes et de propriétés des objets fabriqués.
encore montreront à quel point les applications concernent des
domaines toujours plus nombreux et en quoi la fabrication additive
impacte les pratiques et les chaînes de valeur. Une session apportera des réponses sur les avancées dans le domaine de la santé au
sens le plus large du terme. Différents acteurs de l’association Ars
Mathematica apporteront, comme chaque année, leur éclairage de
la création artistique en appui sur la fabrication additive. Enfin, la
démocratisation de la fabrication additive sera illustrée au travers
d’exemples divers touchant au quotidien. Dans de nombreux cas,
il sera montré combien cette technologie apporte des avantages
concurrentiels, parfois avec un risque industriel maîtrisé et une volonté de produire à la demande et localement.
Démonstration
En parallèle des conférences, les participants pourront découvrir,
dans un vaste espace de démonstration en accès libre, de nombreuses pièces et quelques-unes des dernières générations de machines de fabrication additive, dont certaines seront pour la première fois en France. À leurs côtés, des utilisateurs, des sociétés de
Conférences
Une session sera dédiée à la chaîne numérique et,
plus particulièrement, à la conception des objets
et de leur matériau, en appui sur des outils de
génération topologique et de simulation toujours
plus pertinents. Concevoir un objet par fabrication additive demande des principes nouveaux au
service d’une diversité maîtrisée des produits et
de leurs propriétés. D’autres conférences offriront
des présentations relatives aux dernières avancées des technologies et des matériaux. D’autres
28
A3DM magazine
n°2
Démonstrateur technique et économique des
technologies SLM et DED-CLAD réalisé par
IREPA LASER en collaboration avec Polyshape
dans le cadre du projet FUI FALAFEL.
Courtoisie de Dassault Aviation
LES ÉCHOS DE L’AFPR
service, des fournisseurs de matériaux, des éditeurs de logiciels, des laboratoires de recherche,
etc. montreront la richesse et la dynamique touchant, aujourd’hui, le domaine de la fabrication
additive.
En préambule à ces trois jours, grâce à des acteurs
de la recherche française pour la fabrication additive, se tiendra un workshop doctoral accessible
sur invitation. Les doctorants qui présenteront
leur travail seront encouragés à proposer un
papier pour une présentation durant les conférences.
Cet événement sera comme à son habitude un
rendez-vous incontournable pour le monde de la
fabrication additive, dans une période où l’innovation et la fabrication de produits à forte valeur
ajoutée sont des vecteurs forts, porteurs d’espoir
et d’enjeux clefs pour l’Europe en particulier.
Pièce réindustrialisée par la société
SNECMA DMS en collaboration avec la société
3A et fabriquée avec la technologie
EBM (poids de la pièce réduit de 30%).
Courtoisie de 3A
L’AFPR et CentraleSupélec espèrent vous accueillir
nombreux.
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
ÉVÉNEMENT
LA PREMIÈRE EXPOSITION
DÉDIÉE À LA FABRICATION ADDITIVE
Du 1er avril au 9 juillet 2016, Le Lieu du Design, espace de 240 m2
de promotion du design industriel et de l’éco-design au cœur de Paris,
présente la première exposition dédiée à la fabrication additive,
« Impression 3D, l’usine du futur ». Celle-ci pose une réflexion sur cette
nouvelle technologie. Les visiteurs seront amenés à porter un regard
objectif sur la transformation des métiers et de l’industrie.
Par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
Un panorama de réalisations et de projets venant du monde entier, des origines de l’impression 3D – il y a un peu plus de trente ans – à nos jours, sera exposé à travers différents
supports : objets manufacturés, maquettes, prototypes, vidéos, etc. Les visiteurs pourront
ainsi voir de nombreux projets : du mobilier design, des produits de mode, des réalisations
de prothèses médicales, des pièces pour l’industrie des transports, des produits de bien de
consommation, etc.…
Sept thématiques
L’exposition sera organisée autour de sept thématiques.
• « Savoir-faire et méthodologie » : imagine les applications et des pratiques différentes
dans le futur.
• « Sur-mesure et personnalisation » : expose des réalisations uniques et personnalisées
comme des prothèses médicales conçues sur-mesure pour des patients.
• « Hyper optimisation » : explique comment optimiser les processus de production,
les formes et les fonctions.
• « Nouveaux possibles, nouvelles esthétiques » : présente les nouveaux champs
de création, l’impression 3D permettant de concevoir des pièces plus complexes.
• « Mutation des processus de production » : interroge sur l’intégration de la chaîne
numérique dans les chaînes de production.
• « Nouveaux modèles économiques » : présente les émergences de ces nouveaux
modèles avec des entreprises naissantes et d’autres diversifiant leurs activités.
• « Maker, open source et do it yourself (DIY) » : expose de nouveaux modèles
de consommation, de transmission d’informations…
Conférences et ouvrage
En complément de l’exposition, des conférences donnant la parole à des professionnels français
et internationaux du secteur seront organisées par le Lieu du Design. Différents thèmes
seront abordés.
• L’impression 3D et l’usine du futur.
• L’impression 3D et la propriété intellectuelle.
• Quelles techniques d’impression 3D pour quels usages ?
• L’impression 3D pour les designers.
Les dates des conférences n’ont pas encore été dévoilées.
Les éditions Dunod, qui ont notamment publié le livre Fabrication additive – Du prototypage
rapide à l’impression 3D de Claude Barlier et Alain Bernard, sont associées à l’exposition. Un
ouvrage de 128 pages permettra de retrouver son contenu qui sera enrichi d’un historique
de l’impression 3D et des outils de CAO, d’un guide technique des différents procédés et d’un
répertoire des acteurs du domaine.
30
A3DM magazine
n°2
ÉVÉNEMENT
7days7stools © Franck Thorsten
LE LIEU DU DESIGN
Parc du Pont de Flandre
11, rue de Cambrai – 75019 paris
+ 33 1 40 41 51 02
www.lelieududesign.com
Vulcan Pavilion © JiShi LeiYu
Kinematics dress © Steve Marsel
D Frame © PQ SPA/Ron Arad
Bague Orbis © L. T. Dean Jewellery
© Simon Edison
Claveaux © StudioMinale-Maeda
A3DM magazine
n°2 31
ANALYSE
LE RÊVE AMÉRICAIN
COMMENT LES ÉTATS-UNIS ONT-ILS PRIS LA TÊTE
DANS LA COURSE À LA FABRICATION ADDITIVE ?
Depuis les premiers brevets déposés en 1984, les États-Unis mènent la danse dans
le secteur de la fabrication additive. En plus de posséder quelques-unes des sociétés
les plus influentes du secteur, le gouvernement américain fournit de nombreux
efforts afin de concentrer ses compétences nationales sur le développement de cette
technologie. La situation américaine en fait rêver plus d’un ! Analyse d’une prise
de dominance dans le secteur de la fabrication additive.
Par Giorgio Magistrelli, expert fabrication additive, gestionnaire d’entreprises et de projets.
I
l y a plus de trente ans, la France et les ÉtatsUnis ont été à l’origine de la fabrication additive (FA). Dans les faits, cette technologie est
née en France. Le premier brevet a été déposé
en juillet 19841 par Jean-Claude André, chercheur
au Centre national de la recherche scientifique
(CNRS) et à l’Institut polytechnique de Lorraine,
Olivier de Witte et Alain le Méhauté, ingénieurs
électrochimiques au centre de recherche de la
Compagnie Générale d’Électricité (CGE), ancien
Alcatel, à Marcoussis. Cette technologie a été le
32
A3DM magazine
n°2
résultat d’une recherche sur la géométrie fractale et la manière de
produire un tel objet. Compte tenu de l’impossibilité de fabriquer les
pièces à géométrie fractale par usinage ou moulage, les chercheurs
ont eu l’idée d’inventer l’impression en 3D. L’imprimante française
fonctionnait avec des lasers de Cilas, une filiale de la CGE fondée en
1966 afin d’exploiter industriellement et commercialement les résultats des laboratoires de recherche sur les sources et les équipements
laser. Malheureusement, les concepteurs n’ont pas été suivis par les
fabricants et l’aventure française s’est rapidement arrêtée. Olivier
de Witte est devenu, quelques années plus tard, le responsable de la
société 3D Systems en France.
ANALYSE
La sculpture de Gilles Azzaro est
une Œuvre monumentale représentant
la voix du président américain Barack
Obama imprimée en 3D (voir page 36).
Au même moment, en 1982, aux États-Unis, Chuck
Hull expérimente la stéréolithographie (SLA) et
les possibilités de fabrication par couches successives. Le 11 mars 1986, il enregistre son brevet US
4,575,330. À ce moment, l’accent est clairement
mis sur l’amélioration du prototypage rapide de
petites pièces en plastique pour tester de nouveaux produits. Ce processus innovant introduit
une technique révolutionnaire basée sur l’utilisation d’un laser Ultra-Violet (UV) venant frapper
et durcir une zone ciblée de la résine. Ce brevet
définira le format de fichier 3D «.stl» et permettra également, de créer l’entreprise 3D Systems
Corporation, fondée à Valencia, en Californie. Ce
géant de la fabrication des imprimantes 3D lancera à la fin de l’année 1988 le premier système
SLA, la SLA-250, et le premier système de material
jetting en 1996.
2012, une année décisive
Au cours des années 1980 et 1990, la fabrication
additive a été utilisée comme une méthode de
prototypage rapide pour le moulage et l’outillage. Il faudra, cependant, attendre le début du
siècle pour que son développement prenne vraiment de l’ampleur. Depuis cinq ans, la fabrication
additive connaît une nouvelle phase de croissance.
Le soutien d’organismes fédéraux, comme la National Science Foundation (NSF) et le Department
of Defense (DOD), a été crucial pour la recherche
et le développement initial de cette technologie aux États-Unis. Selon l’Institut de la politique
scientifique et de la technologie (Science and
Technology Policy Institute2), depuis 1986, la NSF
a dépensé plus de 200 millions de $ pour la recherche sur la fabrication et les activités connexes.
Aujourd’hui, plusieurs organismes fédéraux sont
impliqués dans la R&D sur la fabrication additive :
la National Aeronautics and Space Administration
(NASA), l’Institut national des normes du département du Commerce des États-Unis (National
Institute of Standards of the U.S. Department
of Commerce – NIST), le Department of Defense
(DOD) et le ministère de l’Énergie américain (Department of Energy). Au sein du DOD, plusieurs
organismes de recherche sont impliqués, dont
l’Agence de recherche de l’armée, la marine et la
force aérienne (Defense Advanced Research Projects Agency – DARPA).
Ces organismes fédéraux soutiennent les laboratoires de recherche
et d’enseignement ainsi que les petites et grandes entreprises. Ils
parrainent des conférences techniques et participent à l’élaboration et aux évolutions des nouvelles technologies. Pour soutenir les
efforts de recherche et de développement d’emploi, les organismes
de R&D fédéraux ont également mis en place le développement de
plusieurs feuilles de route technologiques. En se concentrant sur
le développement de la fabrication additive, en août 2012, dans le
cadre de l’initiative We Can’t Wait, initiée par le président américain
Barack Obama, sur les techniques avancées de production, les ÉtatsUnis ont établi l’America Makes et le National Additive Manufacturing Innovation Institute. Il s’agit d’un partenariat public-privé entre
les agences du gouvernement fédéral, le secteur privé et les universités ouvrant à une collaboration pour trouver des solutions aux
obstacles relatifs à la fabrication additive ; accélérer la recherche, le
développement et la démonstration des opportunités et des applications ainsi que la croissance dans le secteur manufacturier. L’investissement prévu du gouvernement fédéral initial était de 30 millions
de $ pour la période 2012-2014 avec une prévision jusqu’en 2017
d’un total de 55 millions de $.
Lors de son discours sur l’état de l’Union en 2013, le président américain Barack Obama a annoncé que l’impression 3D avait le « potentiel
de révolutionner la manière dont nous fabriquons presque tout ».
« Notre priorité est de faire de l’Amérique un pôle d’attraction pour
créer de nouveaux emplois et pour la fabrication. Après avoir perdu
des emplois pendant plus de 10 ans, nos compagnies ont créé environ 500 000 emplois au cours des trois dernières années. Caterpillar a
relocalisé ses emplois qui étaient au Japon et Ford du Mexique. Après
avoir délocalisé des usines dans d’autres pays comme la Chine, Intel
ouvre de nouveau une usine la plus avancée, ici, à la maison. Cette
année, Apple recommence à produire des Macs en Amérique. Nous
pouvons accélérer cette tendance. L’année dernière, nous avons créé
notre premier institut d’innovation de fabrication à Youngstown,
dans l’Ohio. Un ancien entrepôt désaffecté a été réhabilité en atelier de fabrication dans lequel les employés maîtrisent les techniques
A3DM magazine
n°2 33
ANALYSE
de l’impression 3D. L’impression 3D a le potentiel
de révolutionner la manière dont nous fabriquons
presque tout. Il n’y a aucune raison pour que cela
ne puisse pas arriver dans d’autres villes. Alors ce
soir, je vous annonce le lancement de trois autres
centres similaires, dans lesquels les entreprises travailleront en partenariat avec les départements de
la Défense et de l’Énergie afin de transformer les
régions délaissées par la mondialisation en bassin
d’emplois high-tech. Et je demande au Congrès
d’aider à créer un réseau d’une quinzaine de ces
plates-formes et de garantir que la prochaine révolution industrielle sera Made in America ».
trations à l’université d’État de Pennsylvanie et
au Laboratoire national d’Oak Ridge pour faciliter le déploiement de technologies de fabrication additive. L’Institut national des normes du
département du Commerce des États-Unis (NIST)
finance des recherches dans la science des mesures
afin de fournir une plus grande assurance dans la
qualité des pièces produites. Il coopère également
avec le comité ASTM F42 sur le développement de
normes.
Quelques années auparavant, l’institut Edison
Welding a également créé, en 2010, le Consortium de la Fabrication Additive (AMC) pour soutenir le développement du
secteur manufacturier dans les
techniques émergentes de fabriL’impression 3D
cation additive. Basé à Columa le potentiel
bus, dans l’Ohio, ce consortium
regroupe 17 industries axées sur
de révolutionner
le développement de la fabrila manière dont
cation additive métallique, des
nous fabriquons
organismes gouvernementaux
et des centres de recherches unipresque tout.
versitaires.
Le Réseau national pour l’innovation dans la manufacture (National Network for Manufacturing Innovation – NNMI), guidé
par le Centre national pour la
manufacture et l’usinage de la
défense (National Center for
Defense Manufacturing and
Machining – NCDMM), réunit
45 instituts et finance des projets de recherche sur des comPrésident Obama - État de l’Union 2013
posants innovants. Ce réseau
Parmi les efforts des États-Unis
investit, par exemple, dans les
de concentrer leurs compétences
matériaux biorésorbables pour
nationales sur le développement
les dispositifs médicaux ou dans de nouveaux alde la fabrication additive, il convient de rappeler
liages métalliques. Au sein de ce réseau, l’institut
l’Organisation du gouvernement pour la fabriAmerica Makes, basé à Youngstown, dans l’Ohio,
cation additive (GO additive), créée en 2014. Cet
est devenu une référence. Selon le récent rapport
organisme a été mis en place par le gouvernement
du Government Accountability Office (GAO)3, le
américain comme un groupe informel et rassemprogramme du gouvernement America Makes a
blant 130 fonctionnaires bénévoles des institureçu des fonds supplémentaires grâce à des protions nationales. Ces membres viennent de l’arjets financés par l’État et le secteur privé. L’armée,
mée américaine et des forces aériennes, du DOD,
la marine, l’armée de l’air et l’Agence pour la lode la Federal Aviation Administration (FAA), de la
gistique de la défense se sont engagées à travailFood and Drug Administration (FDA) et du NIST.
ler en partenariat avec America Makes pour déveIl a pour but de faciliter la collaboration entre
lopper une feuille de route inclusive entre tous les
les organisations du gouvernement fédéral ayant
ministères. Focalisée sur la fabrication additive,
un intérêt dans la fabrication additive. Selon les
cette feuille de route s’associera aux nombreuses
responsables de la force aérienne, le groupe peut
autres et prendra effet dans les prochains mois.
développer une liste des matériaux qualifiés et
Diverses agences américaines financent égalepièces certifiées.
ment une grande variété d’activités de recherche
et de développement. L’accent est mis sur l’utilisation de nouveaux matériaux, processus et applications pour la fabrication additive. Par exemple,
le Department of Defense (DOD) réalise des recherches sur son utilisation dans les composants
électroniques pour les circuits et les antennes mais
aussi dans les biotechnologies comme l’impression
de cellules vivantes d’un tissu biologique comme
la peau, permettant le traitement de victimes de
brûlures ou pour les transplantations d’organes.
L’Agence de recherche de l’armée, la marine et
la force aérienne (DARPA) et le département de
l’Énergie ont créé des installations de démons-
34
A3DM magazine
n°2
ANALYSE
Les compagnies américaines dans le monde
Parallèlement au développement de la société 3D Systems Corporation et des procédés SLA et material jetting, vu dans l’introduction de
cet article, les États-Unis continuent à jouer un rôle de premier plan
dans l’expansion de la fabrication additive comme pour la technique
de frittage sélectif par laser (SLS – Selective Laser Sintering). Le procédé SLS est né en 1992 avec un brevet développé par la société Stratasys Ltd. Basée à Minneapolis, au Minnesota, et Rehovot, en Israël, elle
est un des leaders mondiaux de solutions pour l’impression 3D et la
fabrication additive. Relativement peu coûteuses, les imprimantes 3D
« plastique » entrent sur le marché en 1996 avec la « Genisys » de Stratasys. Cette société continuera de se développer en rachetant Solidscape, une société fabricante d’imprimantes 3D qui fournit des applications de moulage dans les bijoux, les marchés médicaux, dentaires et
industriels, en 2011. Puis, en 2013, elle acquiert MakerBot, producteur
d’imprimantes 3D pour bureau et pour particuliers. Elle a également
breveté les techniques d’impression 3D FDM et PolyJet pour produire
des prototypes et des produits manufacturés directement à partir de
fichiers CAO 3D ou autres fichiers 3D. Stratasys possède aujourd’hui
plus de 3 000 employés et détient plus de 800 brevets accordés ou en
cours d’approbation. Elle a reçu plus de 25 prix pour ses technologies
et son leadership. Elle a vendu 6 665 systèmes industriels de fabrication additive en 2014 (à l’exception des imprimantes 3D). Avec 51,4 %
de part de marché, contre 54,7 % l’année précédente, Stratasys reste
leader4 pour la 13e année consécutive, malgré cette baisse. Cependant,
depuis 2012, les États-Unis ne mènent plus le marché en matière de
production et de vente. Ce phénomène s’explique par la fusion entre
Stratasys et Objet Geometries Ltd et fait suite à l’enregistrement de la
nouvelle entité juridique en Israël. Les autres principales sociétés dans
le monde sont : EnvisionTEC (Allemagne), MCOR Technologies (Irlande),
EOS (Allemagne), Roland DG (Japon) et Carima (Corée du Sud).
Pourcentages de vente par fabricants à travers
le monde.
Stratasys 51,9 %
3D Systems 16,5 %
Envisiontec 10 %
Autres 9,9 %
Mcor 4,7 %
Roland DG 3,6 %
EOS 2,2 %
Carima 1,3 %
Selon une analyse régionale, l’Amérique du Nord
est en tête en termes de systèmes industriels,
tandis que l’Europe et l’Asie partagent presque
des pourcentages égaux.
Amérique du Nord 40,1 %
Europe 28,3 %
Asie / Pacifique 27 %
Autres 4,6 %
Nombres de ventes par fabricants américains à travers
le monde.
De 1988 à 2014
Installations industrielles, les États-Unis en tête,
suivis par le Japon et la Chine, l’Europe
à la traîne.
Stratasys (up to 2012)
21 293
3D Systems
10 763
Z Corp
7 029
Solidscape
3 784
DTM
434
Russie 1,4 %
Helysis
377
Taïwan 1,6 %
EXONE
274
Chine 9,2 %
Optomec
250
Corée 2,7 %
Schroff
172
Japon 9,3 %
Sanders Design Int.
52
POM
18
Solidica
15
Asiga
29
Cubic Technologies
13
Fabrisonic
8
Sciaky
4
MarkForged
5
RPM Innovations
1
U.S. 38,1 %
Autres 12,2 %
Espagne 1,3 %
Italie 3,4 %
UK 4,4 %
Wohlers report,2015
Suède 1,2 %
France 3,2 %
Alemagne 8,7 %
Canada 1,9 %
Turquie 1,3 %
Source : Wohlers Associates, Inc.
A3DM magazine
n°2 35
ANALYSE
La formation et les engagements
des universités américaines
Dans la fabrication additive, la mécanique, l’électronique et l’informatique deviennent cruciales
tout comme l’ingénierie, le design et la fabrication. La préparation de la machine (ou de l’imprimante), la manipulation des matériaux, des tests
de qualité ou la gestion des phases post-traitements sont importantes, ainsi que les différentes
exigences en matière de contrôle de la qualité
pour la production limitée et/ou en série. L’avenir de la production industrielle est interdisciplinaire. Le système éducatif doit donc s’adapter à la
gestion de projets, la communication et l’organisation du travail. Une main-d’œuvre qualifiée est
essentielle. Les métiers dédiés à la fabrication additive vont jouer un rôle dans le développement
des marchés.
En juin 2014, le Bureau exécutif du président des
États-Unis a demandé aux collèges et aux universités américains de s’engager dans l’initiative
Building a Nation of Makers (Construire un pays
de Makers) et de soutenir le mouvement des Makers. Plus de 150 institutions ont pris ce chemin
et adopté diverses mesures pour promouvoir ce
mouvement, notamment en reconnaissant le rôle
important des activités des Makers dans l’éducation, la recherche, l’entreprenariat, le développement économique, la science, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques. Voici une liste de
mesures prises par les enseignements secondaires
et supérieurs :
• création ou extension de Makerspaces ouverts
et innovants sur les campus ;
• formation sur l’élaboration et l’entreprenariat
dans les campus ;
• création de technologies qui changent la vie en
faisant through making ;
• formation des jeunes Makers ;
• croissance du mouvement des Makers et de développement économique dans les communautés locales ;
• connexion des Makers universitaires à l’industrie et aux secteurs de production.
36
A3DM magazine
n°2
Brevets
L’expiration des brevets en fabrication additive influence le développement de nouvelles machines
et applications aux États-Unis et à l’étranger. Par
exemple, lorsque le brevet de fabrication par dépôt de matière fondue (FDM – Fused Deposition
Modeling) a expiré en 2005, cela a permis la création de RepRap, un prototype à réplication rapide.
RepRap est la première machine de fabrication
additive à bas coût et bénéficiant d’une grande
popularité dans la communauté open source.
Le brevet de l’impression 3D par frittage sélectif par laser (SLS – Selective Laser Sintering), de
l’inventeur Carl Deckard, de l’université du Texas
à Austin, est également tombé dans le domaine
public, en juin 2014. De nouveaux entrants vont
apparaître sur le marché et seront à la base d’une
hausse de la concurrence entre fabricants.
Les principales sociétés demandeuses de brevets
sont situées aux États-Unis (3D Systems, Stratasys,
Hewlett Packard, Boeing), au Japon (Matsushita,
Seiko-Epson, Panasonic, Sony, JSR, CMET) et en
Allemagne (EOS, MTU, Fraunhofer, Degussa, Siemens). Au cours de la dernière décennie, l’office
des brevets et des marques a reçu plus de 6 800
demandes de brevets liés à la fabrication additive.
Depuis 2003, le bureau a accordé plus de 3 500
brevets relatifs à l’impression 3D et, depuis 2007,
environ 680 brevets par an ont été déposés.
Notes
1 - Fabrication additive – Du prototypage rapide à
l’impression 3D de Claude Barlier, Alain Bernard, Éditions
Dunod, 2015.
2 - GAO – 670960 and Science and Technology Policy
Institute, The Role of the National Science Foundation
in the Origin and Evolution of Additive Manufacturing
in the United States, IDA Paper P-5091 (November 2013).
3 - Le Government Accountability Office (GAO) est
le département de l’audit, d’évaluation et d’enquête
du Congrès. Il soutient le Congrès face aux responsabilités
constitutionnelles. Le GAO examine aussi l’utilisation
des fonds publics. Il évalue les programmes et les politiques
fédérales. Il fournit des analyses, des recommandations
et assiste le Congrès pour prendre des décisions=»§(éèz
politiques, de surveillance et de financement.
4 - Wohlers Report 2015.
ANALYSE
Next Industrial Revolution
Next Industrial Revolution est la matérialisation du
discours du président américain Barack Obama lors
de l’état de l’Union, en 2013, à Washington DC.
Cette œuvre a été entièrement réalisée en impression 3D au FabLab Artilect de Toulouse. Dévoilée au
3D Printshow en 2013, elle est interactive. Elle donne
à voir, entendre et surtout à réfléchir sur le discours
du président et la technologie d’impression 3D.
Gilles Azzaro, son créateur, a réussi à rendre visible
l’invisible. Une prouesse qui n’a pas échappé à la
Maison-Blanche. L’artiste a été invité, le 18 juin 2014,
dans le cadre de la première Maker Faire White
House où l’œuvre a été exposée.
Dans ce cas d’impression 3D, la technologie a permis de donner une forme à l’invisible, de créer une
image de l’identité d’une empreinte vocale.
www.gillesazzaro.com
Amaloy™
Additive manufacturing of
small and complex metal
components
Metal Powders
for 3D printing
Inspire industry to make more with less. www.hoganas.com
RENCONTRE
NORMALISATION
Définition, acteurs, objectifs
et intérêts
Le déploiement de la fabrication additive passera par la normalisation. Fabriquer des pièces est une chose, mais il faudra
être capable de garantir les machines, les procédés, les filières
d’approvisionnement, les propriétés des pièces... Des normes
commencent à exister : en terminologie, pour définir les procédés de fabrication, le cahier des charges, les formats de fichiers
et le catalogue de méthodes d’essais. A3DM Magazine est parti à la rencontre d’acteurs qui aident à concevoir ces normes.
Catherine Lubineau, directeur technique de l’UNM (Union de
normalisation de la mécanique), nous introduit les organismes
et la normalisation en fabrication additive. Philippe Bertrand,
directeur des études à l’École nationale d’ingénieurs de SaintÉtienne (ENISE), est aussi l’animateur d’un des quatres groupes
de travail international ISO/TC 261. Il nous explique comment
fonctionnent ceux-ci. Pour conclure, Olivier Peyrat, directeur
général d’AFNOR (Association française de la normalisation),
nous présentera une « étude de l’impact économique de la normalisation » que l’AFNOR a récemment publié.
Propos recueillis par Gaëtan Lefèvre, rédacteur en chef.
38
A3DM magazine
n°2
RENCONTRE
Catherine Lubineau
Union de normalisation de la mécanique
L’UNM, Union de normalisation de la mécanique et du caoutchouc,
est le bureau de normalisation sectoriel du système français
dans le domaine de la mécanique et du caoutchouc, travaillant
par délégation de l’AFNOR. Agréé par le ministère chargé de
l’Industrie, ce bureau a dans son domaine de compétences, les
techniques de production dont la fabrication additive. Rencontre
avec son directeur technique, Catherine Lubineau.
Catherine Lubineau est directeur technique de l’UNM,
bureau de normalisation de la mécanique et du caoutchouc, une société de 35 personnes. Elle a assuré la
gestion de la commission UNM 920 « Fabrication additive » depuis sa création en 2010.
Qu’est-ce qu’une commission française de
normalisation ?
Une commission de normalisation est une instance
qui regroupe toutes les personnes intéressées par un
sujet. À l’UNM, nous avons 100 commissions de normalisation sur des sujets aussi divers que les boîtes aux
lettres, les pompes à chaleur et climatiseur, les véhicules de pompier, la fabrication additive, etc. L’objectif va être de sortir des textes de norme. Il faut que
chaque partie prenante soit autour de la table pour
écrire les normes les plus justes possibles.
Quelles entreprises peuvent souscrire à cette
commission ?
Toutes les entreprises qui souhaitent s’impliquer !
Il y a, évidemment, un coût financier, un tarif pour
chaque commission que vous pouvez trouver sur
notre site Internet. Tout le monde paie son siège, à
l’exception des organismes qui sont exonérés de ces
participations financières comme les associations de
consommateurs, les ONG environnementales, les EPST
(établissements publics à caractère scientifique et
technique) et les PME.
Quels intérêts ont les entreprises à participer aux
commissions de normalisation ?
Tout d’abord, il existe de nombreuses participations
possibles à la normalisation. La commission UNM 920,
aujourd’hui, a pour principal rôle de placer les positions françaises sur le débat européen et international. En normalisation mécanique, nous avons 90 % de
notre activité qui est européenne ou internationale.
Il est possible de simplement participer à la commission française, de rester à ce niveau-là, et même de
prendre la présidence de cette commission. Il est également possible d’aller à l’international comme expert
dans un groupe de travail pour développer un projet
de norme, ou encore d’être chef de projet pour amener un sujet à discuter, ou bien prendre l’animation
d’un groupe de travail ou la présidence d’un comité
technique. Chaque entreprise doit donc mettre au
point sa stratégie et voir quels sont les différents impacts et avantages qu’elle peut en tirer. Si je reste au
niveau de la commission française, je vais acquérir un
ensemble de contacts dans le réseau français. Ce qui
en matière de veille est très important. Je vais avoir
une influence sur le contenu des normes en contribuant à les écrire. Donc le jour où les normes vont
paraître, je vais pouvoir être le premier sur le marché
à afficher que mes produits sont conformes à cellesci. Lorsque l’on connaît les normes de son domaine,
on est aussi considéré comme quelqu’un de sérieux.
Si je décide de m’impliquer au niveau européen et
A3DM magazine
n°2 39
RENCONTRE
international, j’élargis encore mon champ d’action.
La norme va me permettre de m’ouvrir à l’export,
rencontrer des clients ou des confrères internationaux, ce qui est un enjeu important. Je vais écrire des
normes qui vont être internationales. Il ne faut pas
voir la norme comme un texte sorti d’un chapeau :
les normes techniques sont rédigées par et pour les
acteurs économiques. Ces derniers ont donc tout intérêt à être présents. En règle générale, les entreprises
sont plutôt d’accord pour écrire des normes et celui
qui tient le crayon a souvent raison.
Il existe une étude de l’AFNOR, pas spécifique à la
fabrication additive, qui démontre qu’une entreprise
qui contribue aux travaux de normalisation ou qui
achète des normes réalise 19 % de plus d’export et
20 % de plus de chiffre d’affaires que les autres entreprises (voir « rencontre » avec Olivier Peyrat, directeur
général d’AFNOR, page 46).
Quelle est la particularité du domaine
de la fabrication additive en normalisation ?
Il s’avère qu’en fabrication additive, nous avons un des
seuls accords qui a été signé entre l’ISO et l’ASTM (organisme américain de normalisation dans le domaine
des matériaux) pour faire des normes conjointes. Cet
accord contient deux volets : soit l’un des organismes
reprend la norme de l’autre sans changer une virgule et lui met le logo du voisin, soit ils travaillent
ensemble et réalisent des normes conjointes. Nous,
qui subissons cet accord, avons été favorable au deuxième volet. Grâce à l’AFPR (Association française
de prototypage rapide) qui tient ses assises tous les
ans au mois de juin (voir page 28), nous avons eu des
40
A3DM magazine
n°2
contacts rapprochés avec les Américains. En 2013, la
première réunion conjointe a été organisée. Cette
dernière s’est très bien passée. Nous nous sommes
rendu compte que les personnes ne se connaissaient
pas. Et depuis, nous ne travaillons pratiquement plus
que dans des groupes conjoints entre l’ISO et l’ASTM.
Aujourd’hui, il s’agit d’une chance que les premières
normes soient créées au plan de l’ISO et l’ASTM en
même temps. Nous aurons un référentiel unique.
C’est une particularité du domaine de la fabrication
additive !
Quels sont les objectifs de ces normes ?
Les premiers objectifs portent toujours sur le vocabulaire. Ensuite, nous avons créé un modèle de cahier des
charges (publié sous forme XP E 67-030) que doivent
s’échanger un client et un fournisseur lorsqu’une pièce
est conçue en fabrication additive et achetée. Chaque
client ou fournisseur peut ensuite rajouter des éléments par rapport à la norme mais au moins, il existe
un cadre pour la négociation. Cette norme expérimentale française, nous l’avons poussée à l’international.
Elle est en cours d’écriture. Ensuite, nous développons
une norme plus spécifique sur les méthodes d’essais. Il
existe aujourd’hui de nombreuses normes de méthodes
d’essais, autres que pour la fabrication additive. Et il
serait dommage que sous prétexte que la technologie
est nouvelle, nous ayons tout à réinventer. Nous avons
aussi écrit une norme de définition des procédés : des
sept technologies différentes de fabrication additive.
Maintenant, nous rentrons dans le vif du sujet en écrivant des normes pour des besoins plus spécifiques
comme des normes sur des exigences de qualité de
RENCONTRE
pièces, sur le contrôle non-destructif de ces dernières,
etc. Nous allons aussi fabriquer un ensemble de pièces
types pour s’assurer que les machines ne dérivent pas.
Ainsi, le fabricant pourra concevoir sur sa machine des
pièces types pour vérifier certaines caractéristiques.
On parle aujourd’hui d’« une norme pour un
matériau, un procédé et un secteur d’activité ».
Est-ce qu’il ne risque pas d’y avoir trop de travaux
et de normes ?
Tout dépendra du besoin que les entreprises vont
exprimer. Je ne peux pas répondre à cette question.
Aujourd’hui, nous avons un comité de normalisation
internationale qui a imaginé un système de normes
qui soit matriciel, c’est-à-dire qu’à partir de normes de
base nous pourrons réaliser des normes spécifiques sur
les poudres et les matières, puis sur les équipements,
mais aussi sur les pièces finies. Le marché pousse dans
un sens ou un autre en fonction des besoins. Pour
l’instant, nous sommes dans un domaine où il n’y a
pas assez de normes. La confiance dans la technologie
est essentielle. Il est nécessaire de maîtriser à la fois
le procédé mais aussi les contrôles sur les pièces pour
qu’elles durent dans le temps. Il existe un besoin de
normes important.
Quel sera le grand défi à relever dans le futur
en matière de normalisation pour la fabrication
additive ?
Je pense que le gros défi va être de garder de la cohérence dans tout le système. La fabrication additive arrive après de nombreux autres domaines en matière de
normalisation. Imaginons que nous écrivions, pour la
même technologie, une norme pour les implants dentaires et pour des pièces mécaniques dans des instances
complétement séparées. Les uns et les autres peuvent
dire le contraire sur les mêmes procédés. Réussir à garder tout cela cohérent et sous contrôle, voilà un défi.
En Europe, les Allemands gèrent le secrétariat du comité international et la France, la présidence et le secrétariat du comité européen, avec Eric Baustert, président
du comité technique. Ce comité européen a pour vocation de faire le lien avec les programmes de recherche.
Il existe beaucoup de programmes de recherche financés qui ont donné lieu à des livrables. Et parmi ces derniers, certains peuvent donner lieu à des normes. Voici
un deuxième gros enjeu !
Enfin, le troisième est celui de continuer à bien assurer
la présence de la France à l’international pour garder la
maîtrise et ne pas laisser les autres pays prendre le dessus.
Organisation de la normalisation française
Délégations
nationales
Délégations
nationales
Comités
techniques
ISO
Comités
techniques
CEN
AFNOR - UNM
Commision française
de normalisation
Acteurs économiques : fabricants, utilisateurs,
administrations, organismes de contrôle...
A3DM magazine
n°2 41
RENCONTRE
Le système normatif...
Le système normatif est à la disposition des entreprises, des
organismes et des pouvoirs publics souhaitant établir des
documents de référence utilisés comme base lors d’échanges ou
comme document d’accompagnement de réglementations. Les
normes ou d’une manière plus générale, les documents normatifs,
constituent les produits élaborés par le système de normalisation.
Il est régi par le décret 2009-697.
... français : AFNOR et UNM
Association type loi 1901, créée en 1926, l’Association française de normalisation (AFNOR) anime le
système normatif français, coordonne les actions de
24 bureaux de normalisation (BN), 23 sectoriels et un
bureau de normalisation en son sein même, et représente la France dans les instances européennes et internationales de normalisation.
et apportent le fond technique des documents, et les
bureaux de normalisation, qui mettent en œuvre les
moyens logistiques nécessaires à l’élaboration des documents. Cette complémentarité constitue la richesse
de la normalisation.
Chaque bureau de normalisation sectoriel est chargé
de préparer les normes dans un domaine technique
particulier. Le bureau de normalisation interne à
l’AFNOR se charge de préparer les normes dans les domaines horizontaux ou en l’absence de BN sectoriel.
L’Union de normalisation de la mécanique (UNM) est
le bureau de normalisation des industries mécaniques
et du caoutchouc.
Le Comité européen de normalisation (CEN) élabore
les normes européennes dans tous les domaines techniques à l’exception de l’électricité et l’électronique
gérées par le CENELEC (Comité Européen de Normalisation pour l’Electrotechnique) et les télécommunications gérées par l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Au 1er janvier 2012, basé
à Bruxelles, il regroupait 32 instituts nationaux (27
membres de l’UE + Suisse + Norvège + Islande + Croatie + Turquie).
Le bureau de normalisation abrite et anime des commissions de normalisation constituées d’un ensemble
de représentants concernés par les sujets. Ces experts
s’expriment au nom de leur profession, leur ministère
et leur mandant. Composante essentielle du système
normatif, ils apportent le fond technique nécessaire
aux documents normatifs et représentent les clients
des documents normatifs.
La commission de normalisation élabore les projets
de normes, prépare les positions françaises et les
votes dans les travaux internationaux, et nomme la
délégation française dans les instances normatives
internationales.
Le système de normalisation fait appel à deux composantes essentielles : les experts des commissions de
normalisation, qui représentent les parties prenantes
42
A3DM magazine
n°2
... européen et international
L’Organisation Internationale de normalisation (ISO),
rassemblant les organismes nationaux de plus de 160
pays, est en charge de l’élaboration des documents
normatifs internationaux dans les mêmes domaines
que le CEN (la CEI - Commission Electrotechnique
Internationale – gère les documents destinés aux
domaines de l’électricité et l’électronique, et l’UIT Union Internationale des Télécommunications - les
documents destinés aux télécommunications). C’est
une organisation non gouvernementale ayant son
siège à Genève.
Texte issu du site Internet de l’UNM.
RENCONTRE
Philippe Bertrand
ENISE-Comité technique ISO/TC 261/WG 3
Le comité technique international ISO/TC 261 s’occupe de la
normalisation dans le domaine de la fabrication additive (FA)
concernant les procédés, termes et définitions, chaînes de processus
(matériels et logiciels), procédures d’essai, paramètres de qualité,
accords de fourniture et tous types d’éléments fondamentaux. Il
se divise, aujourd’hui, en quatre groupes de travail qui élaborent
des normes : « terminologie », « méthodes processus et matériaux »,
« méthodes d’essai » et « traitement des données ». Rencontre avec
Philippe Bertrand, animateur du groupe « méthodes d’essai ».
Philippe Bertrand est directeur des études à l’École
nationale d’ingénieurs de Saint-Étienne (ENISE). Professeur d’université, il est en charge des modules de
fabrication additive au sein du laboratoire de tribologie et de dynamique des systèmes. Ces modules de
fabrication additive sont dispensés aux étudiants dans
les filières : génie mécanique, génie sensoriel, apprentissage et master recherche. Après avoir travaillé dans
l’interaction flux d’énergie-matière, l’interaction laser-matière et l’interaction laser-poudre, il oriente, en
2005, sa carrière vers la fabrication additive. Il anime
aujourd’hui le groupe « méthode d’essai » à l’ISO.
Quel est l’intérêt de normaliser une technologie
comme la fabrication additive ?
Le premier intérêt est de rassurer. Il faut être capable de garantir un produit de qualité à un client
ne connaissant pas la fabrication additive et souhaitant, par exemple, acheter une prothèse de hanche
en alliage de titane. Il faut garantir la machine, la
filière d’approvisionnement et le produit en termes
de propriétés mécaniques, fonctionnelles, etc. Le premier axe est vraiment de rassurer. Le deuxième est
d’apporter l’innovation technologique à la connaissance de tout le monde. Les sous-traitants doivent
pouvoir proposer quelque chose apportant une plusvalue et de normaliser. Il faut amener l’innovation
technologique à un stade mature et reconnu par une
communauté. La normalisation permet aussi à tout
44
A3DM magazine
n°2
le monde de parler le même langage. Par exemple,
aujourd’hui, beaucoup de monde parle d’impression
3D, or la fabrication additive n’est pas que l’impression 3D. Plusieurs procédés traitent de la fabrication
additive, l’impression 3D en est une.
Vous animez le groupe de travail international
ISO/TC 261/WG 3 « Méthodes d’essai ».
Qu’est-ce que c’est ?
Un groupe de travail définit un axe. Pour nous, l’axe
est « méthodes et essais pour la fabrication additive ».
Nous devons respecter « une feuille de route » définie par l’ISO. À partir de cette feuille de route, nous
déclinons dans chacun des groupes des normes à développer. Nous avons décidé de travailler à identifier
quelles étaient les méthodes d’essais qui pourraient
correspondre ou être utilisées pour tester des pièces
élaborées en fabrication additive. Il existe aujourd’hui
quatre groupes : méthodes et essais, terminologie, un
autre traitant des procédés et enfin un groupe s’interrogeant sur les échanges et les formats de fichiers.
Quel est votre rôle ?
Je prends le leadership sur l’écriture du projet. Nous
travaillons en binôme : un secrétaire et un animateur.
Le secrétaire est généralement issu d’un organisme
de formation. Moi, je suis aidé par l’UNM (Union de
normalisation de la mécanique), rodée et rouée à
RENCONTRE
l’utilisation des procédures de normalisation. Ils sont
garants des mots utilisés et des procédures à respecter. Ensuite, dans une réunion, je suis l’animateur. Je
suis un fil conducteur pour discuter d’un texte proposé par des experts. Généralement, dans mon groupe,
la commission de normalisation UNM920 propose le
texte. Nous faisons voter le texte avec des commentaires. Lors de la réunion, nous étudions les commentaires des autres experts et les intégrons, ou non, à la
nouvelle version. Et rebelote, nous le renvoyons au
vote, jusqu’à l’obtention d’un consensus. La normalisation est une affaire de consensus de tout le monde
et tous les pays.
Le temps d’obtention d’un consensus est-il long ?
Le temps en normalisation est une étape que l’on apprécie rapidement. Le temps de création d’une norme
est de une à deux années, si tout se passe bien. Il faut
convaincre, savoir intégrer les commentaires d’autres
experts pour que ceux-ci ne votent pas contre. Si nous
avons bien travaillé en amont, si nous avons les bons
experts autour de la table et si nous partons d’un bon
texte, une année semble raisonnable.
Vous travaillez donc avec d’autres pays. Est-ce
qu’il vous arrive d’être en conflit avec les normes
des autres pays ?
À l’ISO, ce sont des experts internationaux tous compétents dans leur domaine et chacun avec un niveau
de connaissance. Dans mon groupe, je travaille avec
des Anglais, des Espagnols, des Japonais, etc. Il doit
y avoir une quinzaine de pays. Il est assez facile de
trouver un consensus. Dans des groupe sur des procédés, avec une entreprise autour de la table qui
possède un brevet, il faudra sûrement faire plus de
politique pour atteindre le consensus. Mais toutes les
personnes autour de la table de la normalisation sont
ouvertes d’esprit.
Un pays accepte ou refuse de se mettre autour de la
table. Souvent, il accepte car il possède des experts à
placer à la table de discussion. Avant d’aller à l’ISO, la
France avait déjà une commission de normalisation.
Nous nous étions déjà organisés entre nous. Nous
avions des experts à envoyer.
N’y a-t-il pas trop d’organisations, de comités
et de commissions ?
Je dirais que ce nombre ralentit, peut-être, le processus. Mais il est nécessaire. Pour que la France aille
à la table de l’ISO ou de l’Europe, il faut qu’elle ait
une commission pour s’organiser. Quand je vais à une
commission de normalisation, je ne parle pas au nom
de Philippe Bertrand mais de la France. Il faut que
nous ayons discuté du sujet en France. Et les autres
pays aussi. Ensuite, il faut que l’Europe, vis-à-vis de
l’Asie ou de l’Amérique, ait sa stratégie. Nous devons
être au courant des besoins et bénéfices que l’Europe
peut tirer de la normalisation. C’est nécessaire pour
que nous puissions défendre les intérêts de chacun.
L’Europe a une stratégie qui doit être intégrée au
niveau international. Cette année, par exemple, il y
a eu un appel à projet nommé « machines hybrides ».
Beaucoup de laboratoires et d’industriels ont dû déposer des réponses à cet appel. Si un de nos fabricants
français ou européen gagne ce projet, avec des partenaires français, et qu’il développe une machine, nous
nous devons d’en tenir compte dans notre stratégie
de normalisation. Car la normalisation peut jouer au
niveau du développement économique et de la création d’emploi.
A3DM magazine
n°2 45
RENCONTRE
OLIVIER PEYRAT
ASSOCIATION FRANÇAISE DE NORMALISATION
AFNOR a demandé au BIPE, organisme indépendant d’études
économiques et de conseils en stratégie auprès des entreprises
privées et des pouvoirs publics, une étude sur l’impact économique
de la normalisation. Une nouvelle méthodologie a permis de
travailler sur la causalité, une approche différente de la dernière
étude similaire, en 2009, portant sur les corrélations. Olivier Peyrat,
directeur général d’AFNOR, nous présente cette étude.
Directeur général d’AFNOR, Olivier Peyrat est également administrateur du comité européen de normalisation et vice-président de l’organisation internationale de normalisation. Tous les deux ou trois ans, un
des trois organismes européens, le DIN allemand, le
BSI anglais ou l’AFNOR en France, publie une étude
sur les impacts économiques de la normalisation.
Cette année, la France a annoncé ses résultats.
Qu’est-ce qui se dégage de cette étude ?
Tout d’abord, nous devons préciser que l’étude porte
uniquement sur les normes volontaires – et non les
normes réglementaires – relatives à des sujets variés,
du bouton utilisé en mécanique au format de fichier
informatique. Ces normes volontaires sont définies par
des acteurs souhaitant convenir de dispositions, tous
ensemble. Ils sont co-intervenants. Ils ont un intérêt
commun à définir ensemble les règles du jeu. Notre
étude montre que des bénéfices de différents ordres
sont en corrélation avec l’achat de normes, voire l’implication dans leur création et leur utilisation. Pour
une entreprise, participer aux travaux de normalisation volontaire ouvre des marchés et provoque, statistiquement une croissance du chiffre d’affaires de
20 % supérieure à la moyenne. Nous observons également une plus grande capacité à l’exportation. Le
taux à l’export est de 19 % supérieur pour les entreprises impliquées dans les travaux de normalisation.
Nous avons aussi estimé le bénéfice pour l’économie
nationale. L’application et le développement des
normes volontaires se traduisent par une augmentation de 15 milliards d’€ de la production de produits
ou de services. Plus de croissance, plus d’emplois, plus
de bénéfices et donc plus d’impôts pour la collectivité.
Est-ce que l’on retrouve les mêmes résultats dans
les études au Royaume-Uni et en Allemagne ?
Nous sommes les premiers à travailler sur la causalité
et non plus la corrélation entre d’une part implication dans les travaux de normalisation et utilisation
des résultats, et d’autre part croissance du chiffre
d’affaires et conquête de marchés à l’exportation. Nos
46
A3DM magazine
n°2
RENCONTRE
amis anglais et allemands travaillent également sur
des corrélations. Cette étude, à ma connaissance, est
donc une première mondiale.
Le taux de croissance annuel est de 4 % chez
les entreprises parties prenantes des commissions
de normalisation contre 3,3 % en moyenne pour
l’ensemble des entreprises. Pouvez-vous nous
expliquer d’où vient ce surcroît de croissance
annuelle du chiffre d’affaires ?
Si vous êtes capable d’anticiper les tendances, vous serez capable de les exploiter. Il est plus simple de rouler
sur une route de jour, avec une belle visibilité, que de
conduire de nuit. Vous serez capable d’anticiper plus
vite. Vous pourrez rouler plus vite et mieux négocier
les virages. C’est aussi simple que cela. Avec la normalisation, vous co-dessinez la route donc vous êtes capable de savoir l’existence de virages, leurs courbures,
etc. Lorsque vous travaillez sur la création des normes
de demain, vous êtes capable de mieux utiliser toute
la chaîne de valeur. Vous pouvez développer de nouveaux services, mieux former vos employés et vos partenaires, mieux anticiper les usages. Par exemple, la
création d’un format dans l’impression 3D, OBJ, a été
un facteur important de démultiplication des chaînes
de valeur. Elle permet aux acteurs de pouvoir recevoir
un format de fichier, prendre la commande, pouvoir
la produire et la livrer. Elle assure une interopérabilité.
Les imprimantes 3D sont ainsi capables de lire le bon
format de fichier. De nombreuses choses deviennent
possibles avec l’existence de normes volontaires. La
capacité d’anticiper crée très naturellement un surcroît de croissance pour les entreprises qui sont capables de peser sur le développement de ces normes.
La normalisation impacte aussi le taux d’export,
pour les entreprises acheteuses de normes
ou parties prenantes des commissions de
normalisation, qui est de 18,2 % contre 15,3 %
dans l’ensemble des entreprises…
Exactement, vous ne jouez plus sur un périmètre qui
est strictement national mais dans un périmètre au
minimum européen, voire international. Vous façonnez les règles du jeu et vous jouez partout comme si
vous étiez chez vous. C’est toujours mieux de jouer à
domicile qu’à l’extérieur !
Une grosse partie de l’étude porte
sur la méthodologie et la bibliographie...…
Oui, nous avons voulu montrer que le travail ne porte
plus sur une corrélation mais bien sur une causalité.
S’impliquer dans les normes et les utiliser, mécaniquement, se traduit par un plus notable pour l’entreprise.
Ceci implique un important travail de démonstration.
En dehors de ces chiffres, d’autres éléments
ressortent-ils de cette étude ?
Nous nous sommes concentrés sur ces chiffres avant,
le cas échéant, d’analyser des déclinaisons sectorielles
ainsi que des situations particulièrement favorables.
Nous analysons des logiques d’interchangeabilité
et d’interopérabilité autour de l’innovation. Plus le
monde est innovant et plus l’existence de normes
peut accélérer la croissance à partir de l’innovation,
à laquelle les normes volontaires apportent simultanément légitimité et effet de levier. Cependant, ce
phénomène n’étant pas démontré en totalité, nous
préférons rester prudents et évoquer une forte intuition, alimentée par de nombreux exemples concrets.
Les brevets sont-ils des freins à la normalisation ?
Nous avons des conditions claires d’utilisation et de
référence aux brevets dans les normes volontaires.
Toutes les entreprises participant à une commission de
normalisation doivent déclarer l’existence de brevets
qu’elles détiendraient dans les domaines discutés. Si
nous définissons tel brevet comme intéressant, le propriétaire peut choisir d’embarquer ce brevet dans la
norme. Les entreprises posséderont alors un accord
de licence dans des conditions équitables, raisonnables et non discriminatoires. Le propriétaire du brevet s’engage à donner une licence à toute personne
qui en fait la demande en échange, évidemment, de
rémunération. Nous ne sommes donc plus dans une
logique d’exclusivité mais de partage rémunéré. Le
propriétaire du brevet peut se transformer en « bureau d’étude » auprès d’intervenants qui reverseront
des royalties, par exemple.
A3DM magazine
n°2 47
PROJET R&D
PROJET OPTIFABADD
L’OPTIMISATION TOPOLOGIQUE AU SERVICE
DE LA FABRICATION ADDITIVE
OptiFabAdd est un projet de R&D dont l’objectif est
de coupler l’optimisation topologique à la fabrication
additive. Le but de ce projet est, à long terme,
de développer un système intégré qui permettra
d’optimiser une pièce et ses éventuels supports
dans le contexte de la fabrication additive.
Par Nicolas Gardan, responsable centre R&D DINCCS de MICADO
L
a première étape du projet a été une
étude de faisabilité. Soutenue par Bpifrance, cette phase a débouché sur un
démonstrateur de cet outil permettant de valider
les concepts et de définir le cahier des charges du
développement du logiciel. Un travail important
sur la connaissance en optimisation topologique
et en fabrication additive a été nécessaire. Le
mariage entre la fabrication additive et l’optimisation topologique est extrêmement prometteur
sur de nombreux points.
• La possibilité de minimiser le volume de matière
utilisé que ce soit pour la matière ou le support.
Le gain peut être très important, par exemple,
sur des pièces en acier, notamment pour gérer
des problèmes de masse.
• La fabrication d’une pièce respectant un cahier
des charges de tenue mécanique. Dans le cas
d’une non disponibilité du comportement de
48
A3DM magazine
n°2
la pièce, l’objectif est de tester sa tenue à son
propre poids tout en respectant le critère de
minimisation cité précédemment.
• Les libertés de formes fabricables grâce au
procédé de couche par couche permettent
d’imprimer directement les formes proposées
par l’optimisation topologique. Une réadaptation du modèle n’est ainsi plus nécessaire si les
contraintes métiers sont bien intégrées.
Le caractère innovant repose sur la possibilité
de marier les deux technologies que sont l’optimisation topologique (ou des algorithmes spécifiques dédiés au métier de la fabrication additive)
et la fabrication additive. Ainsi, la modélisation
de la connaissance dédiée à la fabrication additive pour l’optimisation topologique est également une innovation. Un autre point innovant
est apporté par l’utilisation de la méthodologie
développée pour alléger les pièces, en optimisant l’intérieur des modèles tout en gardant leur
aspect extérieur. Cette technique d’optimisation
pourra ainsi remplacer les formes répétitives
non contextuelles utilisées classiquement pour
l’allègement en fabrication additive comme les
formes en nid d’abeille par exemple. L’exemple
de la figure 1 présente un cas PME traité par le
centre R&D DINCCS de MICADO sur l’optimisation
topologique d’un tambour en plastique pour la
fabrication additive.
PROJET R&D
1
Exemple d’optimisation topologique
pour la fabrication additive de l’intérieur
d’un tambour en plastique (Courtesy of GALOPOLI).
L’optimisation de formes
Fabrication de pièces métalliques
Les ingénieurs sont amenés à intégrer l’optimisation de formes de
structures mécaniques dans leur démarche de conception dès les
phases amont. Cette nouvelle démarche doit intégrer, dès le début
de la conception, les exigences du cahier des charges comme les
contraintes de fabrication, les performances thermomécaniques, les
exigences de poids et de coût, etc., en accord avec tous les acteurs
du projet. Par cette méthode de travail liée au développement des
algorithmes mathématiques de résolution des problèmes d’optimisation de structures, on reproduit « de façon automatique grâce à
des logiciels de modélisation numérique et d’optimisation ce qu’un
concepteur réalise de manière manuelle, en y ajoutant de nombreux
avantages »1 :
Il existe de nombreuses technologies de fabrication additive. Notre objectif n’est pas de toutes
les traiter dans le cadre du projet mais principalement celles qui permettent la fabrication de
pièces en acier à partir d’un lit de poudre, soit les
procédés SLS, EBM, etc. Le gain de masse grâce
à l’optimisation peut être important. La méthode
peut également être applicable pour les technologies plastiques poudre ou nettoyables grâce à
un jet d’eau.
• possibilité de balayer un espace de conception plus large ;
• possibilité de réaliser des calculs automatiques ;
• possibilité de mettre en place des plans d’expériences et de créer
ainsi des fonctions d’approximation si besoin ;
• possibilité d’atteindre un optimum grâce à des algorithmes de
plus en plus performants.
Dans le cas de l’optimisation de formes de structures mécaniques,
les variables concernées sont les formes des structures elles-mêmes.
Cette optimisation est plus compliquée que celle, traditionnelle, où
les variables peuvent être les propriétés des matériaux. Nous distinguons trois grandes catégories d’optimisation de formes de structures en mécanique2,3.
• L’optimisation de formes paramétriques où les formes sont paramétrées par un nombre réduit de variables (par exemple, une
épaisseur, un diamètre, des dimensions). Cette catégorie d’optimisation ne permet pas l’exploration d’autres formes possibles ou
admissibles mais elle permet de trouver (de calculer) les dimensions optimales des formes paramétrées (formes existantes dans
le modèle).
• L’optimisation de formes géométrique où, à partir d’une forme
initiale, on varie la position des frontières de la forme. Cette optimisation grâce à la variation des frontières permet de trouver les
contours optimisés pour les structures sans changer leur topologie
initiale, c’est-à-dire le nombre de trous en deux dimensions.
• L’optimisation de formes topologiques où l’on cherche, sans aucune restriction explicite ou implicite, la meilleure forme possible
quitte à changer de topologie.
Il existe, globalement, deux manières d’intégrer
l’optimisation topologique à la fabrication additive.
• La pièce est intégralement optimisée. Seules les
fonctions qui contraignent la pièce sont conservées.
• La peau extérieure (ou une partie) de la pièce
est fonctionnelle et ne peut pas être modifiée.
Notre objectif principal dans le cadre d’OptiFabAdd est de travailler sur l’optimisation de l’intérieur des pièces et des supports pour gagner en
masse globale et en matière utilisée. La méthodologie globale consiste à intégrer la connaissance
liée à la technologie de fabrication additive à
l’outil d’optimisation topologique et à l’outil CAO
(pour préparer le modèle au calcul d’optimisation
topologique).
Nous avons identifié trois grands facteurs sur les
lesquels nous sommes en cours de travaux :
• l’épaisseur minimale imprimable et nettoyable
sans détériorer la pièce ;
• le diamètre minimum imprimable et nettoyable,
l’objectif étant de pouvoir concevoir des canaux
d’évacuation de la matière (comme la poudre
emprisonnée dans des cavités) ;
• et la hauteur maximum acceptable pour éviter
des affaissements de la matière.
A3DM magazine
n°2 49
PROJET R&D
2
Formes géométriques imprimées pour tester
l’influence du laser, l’épaisseur, la hauteur
des parois, l’orientation de la fabrication...
Pour trouver ces dimensions, une approche par les features a été
développée en modélisant diverses formes qui ont été fabriquées
sur deux types de machine : une SLS (DTM) pour l’acier et une impression UV (Eden 250) pour le plastique. Le choix a été fait afin de
tester deux types d’évacuation de la matière inutile : poudre pour la
SLS et nettoyage par jet d’eau pour l’impression UV.
La figure 2 montre des exemples de formes géométriques imprimées. Une approche par les features a été développée avec la mise
en place de plans d’expériences (voir détail ci-contre) pour tester
notamment l’influence du laser, l’épaisseur et la hauteur des parois,
l’influence de l’orientation de la fabrication, etc. Les features testées sont des poches, des trous, des extrusions et des nervures.
Plusieurs cas industriels ont été menés selon l’approche développée
dans OptiFabAdd. L’exemple de la figure 3 présente par exemple
l’optimisation de l’intérieur d’une prothèse de hanche permettant
un gain de matière de 40 % pour une impression en titane. Le modèle intègre des canaux d’évacuation de la poudre. Pour des raisons
de confidentialité, les copies d’écran ne présentent qu’un seul cas de
charge testé. D’autres formes confidentielles ont ainsi été définies
dans le cadre du projet.
Formation et partenariat
Le projet OptiFabAdd est en cours d’évolution sur deux axes.
• Un axe « formation » sur le thème de la conception pour la fabrication additive. Il est d’ores et déjà intégré au projet SIMUL-PME,
qui est un projet PIA sur la formation, la qualification et la certification des ingénieurs calculs (porté par MICADO).
• Un axe « projet collaboratif » sur la liaison optimisation topologique (dont le développement de nouvelles méthodes d’optimisation) – fabrication additive. Le partenariat sur ce sujet est en
cours de mise en place avec plusieurs déclarations d’intérêt déjà
établies, notamment avec EnginSoft, CoreTechnologie et Siemens.…
Sources
1 - Allaire G., Aubry S., Bonnetier E., Jouve F., Optimisation topologique
de structures par homogénéisation, 1998. http://www.cmap.polytechnique.
fr/~allaire/cray_plaq.html.
2 - Allaire G., Introduction à l’optimisation des structures, cours de conception
optimale de structures, 2010.
3 - Kwassi, Elvis Daakpo. Proposition d’une méthodologie pour l’optimisation de
formes structures mécaniques, thèse centre R&D DINCCS de MICADO, université
de Reims Champagne-Ardenne, 2012. http://www.theses.fr/2012REIMS007.
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3
Exemple d’optimisation de l’intérieur
d’une prothèse de hanche.
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