L’impression 3D et la réinvention du « Rêve Américain »

Il s’avère que dans 40 % des cas, le prix de vente d’un produit est calculé en fonction des coûts de fabrication. Pour les entreprises qui fabriquent des produits, il est donc crucial que le processus de fabrication soit aussi efficace que possible. Pour ce faire, les entreprises doivent observer les opérations et trouver de nouveaux moyens de rationaliser leurs processus afin d’être suffisamment compétitifs pour survivre sur leur territoire et sur les marchés internationaux. Alors, comment l’impression 3D peut-elle les aider ?

Qu’est-ce que l’impression 3D ?
Commençons par le début. Les techniques de fabrication classiques sont « soustractives » par nature. En d’autres mots, prenez un bloc d’un matériau et mettez-le en forme à l’aide d’un outil jusqu’à ce que obteniez la forme du produit que vous avez en tête (tout comme les statues de la photo).

Avec ces méthodes, fabriquer un produit complexe avec des parties mobiles est impossible. Le seul moyen de contourner le problème est de produire d’abord les petites pièces et de les assembler ensuite en un tout, soit manuellement, soit à l’aide d’un processus d’assemblage automatique. Dans les deux cas, le processus est consommateur de temps et coûte cher.

Inversement, l’impression 3D est un processus de fabrication additive. Il n’y a pas de bloc initial à tailler. L’objet est créé à partir de rien – en injectant des matériaux liquides, couche par couche, et en les durcissant. L’un des plus gros avantages de cette technique est qu’on peut produire des assemblages mobiles complexes (comme par exemple l’outil sur la photo, imprimé lors d’une seule et même passe d’impression sur l’imprimante 3D de bureau Objet30)

Comment ? Imaginez une tête d’impression se déplaçant sur une page d’impression – la tête d’impression sait exactement ou injecter l’encre et ou éviter les espaces blancs. C’est la même chose pour l’impression d’un objet solide. Une imprimante 3D, qu’elle soit dotée d’une tête d’impression, d’un laser ou autre, peut simplement sauter les espaces souhaités conçus pour les parties mobiles éventuelles.

Quels sont les avantages de l’impression 3D ?

Pas d’outil de coupe.
Tout d’abord, les techniques soustractives comme le fraisage nécessitent un outil de coupe. On doit prendre en compte beaucoup de contraintes, notamment les limites de la profondeur de découpage et la force. Tous ces facteurs affectent la géométrie du produit fini qu’on est en train de créer.

Pas de coûts de ligne de production
Ensuite, intervient la machinerie. Prenons l’exemple d’une chaîne de vélo. Une telle chaine, à cause de ses parties mobiles et de ses géométries complexes, ne peut pas être ciselée à partir d’un bloc de fer. Le design doit d’abord être décomposé de parties qu’on fabrique et qu’on assemble. Et pour ce faire, il faut un certain nombre de machines.

Il faut, par exemple, une presse poinçonneuse pour couper et presser votre acier pour lui donner la forme des maillons. Après le durcissement de l’acier dans le four et le polissage, les pièces sont introduites dans une autre machine qui les maintient entassées dans un tube avec les autres composants de la chaîne. Ensuite, une autre machine insère le rivet pour maintenir l’assemblage. Puis des pinces viennent positionner la section finie dans la chaine de production. Une machine d’inspection vient ensuite contrôler l’assemblage. Ensuite une machine dotée d’un laser mesure le point précis de coupure où viendra se positionner précisément la lame automatique qui coupera la chaîne. L’étape finale est le moment où une machine insère le maillon maître qui sert à relier les deux bouts de la chaîne.

Pour fabriquer une chaîne de vélo standard contenant 57 maillons, vous devez avoir une chaîne de production complète capable de couper 570 pièces et de les assembler en chaîne finale.

Pas d’assemblage !
Maintenant prenez une imprimante 3D qui peut fabriquer toute la chaîne de vélo d’un coup sans aucun assemblage. Le problème, c’est que nous avons du mal à imaginer une chaîne de production sans assemblage ; alors il nous est difficile de concevoir la simplicité de l’impression 3D.

Le fait que la chaîne de vélo soit créée de manière additive, de bas en haut, il n’y a pas de bouts de chaîne et donc nul besoin d’un maillon mètre (regardez  sur la photo cette chaîne imprimée sur l’imprimante de bureau Objet. Notez l’absence de maillon maître).

Ceci n’est qu’une illustration des capacités de l’impression 3D. Une vraie chaîne de vélo, qu’elle soit fabriquée selon les méthodes conventionnelles ou par impression additive, a néanmoins besoin d’être plaquée d’un produit anti rouille et renforcée.

Grâce à la nature même de l’impression 3D qui utilise des photopolymères liquides qui sont durcis, ou bien de la poudre ou encore du plastique, le résultat final n’est pas encore comparable aux résultats de la fabrication traditionnelle. Cependant, ceci est en train de changer rapidement car les trois principales entreprises d’impression 3D continuent à investir en recherche et en développement sur les aspects chimiques et matériaux.

Dans les vingt prochaines années les matériaux disponibles pour l’impression 3D seront aussi solides, sinon plus solides que beaucoup de matériaux utilisés aujourd’hui pour la fabrication d’aujourd’hui. A ce moment-là, ou même plus tôt, nous verrons l’impression 3D émerger en tant qu’alternative réelle à la fabrication conventionnelle, ou au moins en tant que concurrent sérieux dans les secteurs où on pratique la customisation ou bien pour des petites productions.
Alors, comment l’impression 3D peut-elle réduire les coûts de fabrication aujourd’hui ?

Situé quelque part entre la CAO et la CFO, le prototypage traditionnel est une partie onéreuse et consommatrice de temps du processus de développement. De nombreuses entreprises de design, d’ingénierie et les fabricants utilise l’impression 3D pour le prototypage de produit afin de fabriquer rapidement des modèles précis du produit final désiré avant de commencer la production.

Dans une étude 2010 intitulée 'Cost Saving Strategies for Engineering: Using Simulation to Make Better Decisions', des chercheurs ont découvert que 70 % des sociétés les plus profitables ont davantage tendance à utiliser des méthodes de simulation que leurs concurrents. Elles veulent être sures de fabriquer du premier coup des produits conformes à leurs conceptions. Bien que le rapport parle de « simulation », il convient parfaitement à l’impression 3D pour le prototypage rapide.
L’utilisation d’une imprimante 3D en interne pour recréer physiquement les designs de produits permet aux entreprises d’analyser et de comprendre totalement leur produit final très top dans le processus de conception. De telles sociétés tendent plutôt à réduire leurs coûts fabrication grâce à la résolution de problèmes plus tôt, évitant ainsi les coûts d’une étape tardive de réingénierie ou de ré outillage.

Bien sûr, il y a un challenge : l’imprimante 3D utilisée doit reproduire précisément les nuances du produit final désiré. Les industries pour lesquelles l’aspect « look & feel » est aussi important que l’aspect fonctionnel, il est essentiel que le prototype ressemble et se comporte comme le produit final. La seule technologie qui combine de manière adéquate la précision nécessaire et la polyvalence du matériel dans une seule machine : l’impression 3D multi-matériaux basée sur la technologie jet d’encre.

Seule l’impression 3D basée sur la technologie jet d’encre peut mixer différentes propriétés de matériaux, comme par exemple des matériaux flexibles et rigides et des teintes de couleurs et les attribuer à des différents éléments du même prototype (regardez le prototype de roue sur la photo : il combine une jante rigide et un pneu de type élastomère. Elle a été imprimée sur l’imprimante 3D multi-matériaux d’Objet lors d’une seule passe d’impression). Le « look & feel » du prototype est pratiquement impossible à différencier du celui du produit final.

Qu’est-ce que ça implique pour le futur ?
Avec la mondialisation et l’effondrement de la fabrication traditionnelle en occident, la technologie 3D esquisse un futur basé sur des capacités de production plus petites mais plus agiles. Une capacité davantage centrée sur les individus, les entrepreneurs et les innovateurs qui, en tirant le meilleur parti de la puissance créative de l’impression 3D, peuvent désormais commercialiser leurs produits à de meilleurs coûts.

On a pu déjà constater les prémices de cette révolution dans les modèles de gestion d’entreprises comme Quirky. Grâce à ses capacités d’impression 3D internes, Quirky offre à celui qui a une idée innovante de produit, la chance de la transformer rapidement et de manière efficace  en prototype fonctionnel et éventuellement en produit final rentable.

Alors que la fabrication finale peut toujours être externalisée, les idées à proprement parlé et le revenu qu’elles génèrent peuvent désormais être réclamés par ceux qui ont un potentiel créatif.

Vous voyez maintenant qu'il est possible de revigorer, voire même réinventer le rêve américain ?
 

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