La fabrication additive est-elle adaptée à vos besoins ? Découvrez le guide
Les progrès des machines d'impression 3D et une large gamme de matériaux d'impression ont transformé l'industrie manufacturière. En fait, divers secteurs profitent déjà des avantages de la fabrication additive (FA).
En réalité, de nombreux fabricants se sont essayés à la FA comme moyen de produire directement des produits finaux. Cependant, l'adoption à grande échelle de cette approche reste encore limitée. Dans ce blog, nous explorerons les principaux avantages et inconvénients de la FA en vous aidant à prendre des décisions éclairées pour votre entreprise.
Qu'est-ce que la fabrication additive (FA)
La fabrication additive (FA), également connue sous le nom d'imprimantes 3D, est un processus d'impression révolutionnaire pour créer des objets 3D. Contrairement aux méthodes de fabrication traditionnelles qui enlèvent de la matière (soustractives), la FA construit des objets couche par couche à partir d'une conception numérique. Cela permet de créer des formes complexes et des designs compliqués qui ne seraient pas possibles avec des techniques conventionnelles. La FA utilise divers matériaux tels que les plastiques, les métaux et même les céramiques pour créer des prototypes fonctionnels et des pièces d'utilisation finale.
L’adoption mondiale de la fabrication additive
Les recherches de Spherical Insights suggèrent que la fabrication additive, après plus de 40 ans de développement, devient plus courante. Les prévisions indiquent que l'industrie mondiale de fabrication additive passera de 19,97 millards $ en 2023 à 143 $,3 milliards $ en 2033 [1]. Il s'agit d'un TCAC (taux de croissance annuel composé) de 21,78 %. Toutefois, ce n'est pas parce que le terme « fabrication » figure dans le nom de la FA que cette dernière est utile à tous les fabricants.
La mise en œuvre de la technologie FA pour changer les créations de composants existantes des méthodes de fabrication conventionnelles est rarement avantageuse. La FA offre ses plus grands avantages lorsque les composants sont ajustés et redessinés. Cependant, cet avantage est limité en raison du coût élevé de la technologie et des matériaux compatibles. Par exemple, créer un espace creux pour rendre les composants plus légers est beaucoup plus facile à réaliser en utilisant la FA que par des moyens conventionnels qui nécessiteraient des étapes supplémentaires et complexes.
De plus, les fabricants ont souvent du mal à trouver une main-d'œuvre qualifiée capable d'appliquer l'impression 3D à la production réelle. Cela est dû en grande partie à la nature quelque peu nouvelle de la technologie. Cette main-d'œuvre qualifiée limitée n'est qu'une des raisons pour lesquelles les fabricants doivent évaluer avec soin les applications qui bénéficieraient le plus de la FA.
Les avantages de la fabrication additive
1) Réduire la consommation d'énergie dans les industries manufacturières
Parmi les nombreux avantages de la FA, il y a la possibilité de réduire la consommation d'énergie jusqu'à 25 pour cent [2]. Les processus FA ont l'avantage d'être plus ciblés dans leur utilisation de l'énergie. Ils peuvent se concentrer uniquement sur le matériel qui est construit couche par couche.
Alors que les prix de l'énergie continuent de grimper dans tous les secteurs, la FA offre une excellente opportunité aux fabricants de réaliser des économies de coûts. Ainsi que l'opportunité de devenir plus respectueux de l'environnement.
Bien que la diminution de la consommation d'énergie et des déchets soit remarquable, les fabricants ne peuvent pas en bénéficier pleinement en raison des restrictions de production de pièces d'utilisation finale à une échelle suffisamment grande.
2) Réduire les déchets
Au-delà de son potentiel d'économies d'énergie, il existe d'autres avantages environnementaux et économiques majeurs de la fabrication additive. Une réduction spectaculaire des déchets et des coûts de matériel.
L'approche de la construction couche par couche de la FA réduit les déchets de matériaux par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication soustractive. Ces méthodes consistent à retirer de la matière d'un bloc solide pour obtenir la forme souhaitée. Selon les études, la FA a le potentiel d'atteindre une réduction des déchets jusqu'à 90 pour cent [2]. Cela peut, à son tour, entraîner une diminution massive de la consommation de matières premières.
3) Rationalisation de l'approvisionnement et de la production
Les avantages environnementaux ne sont pas les seuls avantages de la mise en œuvre de la fabrication additive. Cette technologie est censée contribuer à rendre les ateliers plus flexibles et plus efficaces.
La FA permet aux entreprises d'imprimer des composants au besoin. Cela contraste avec la fabrication traditionnelle, qui implique généralement de grandes séries de production et des niveaux d'inventaire prédéterminés. Cela réduit le risque de surproduction et diminue le besoin d'un espace de stockage important pour les produits finaux ou les matières premières.
Les inconvénients de la fabrication additive
1) Coûts de production plus élevés pour les grands volumes
Les imprimantes 3D industrielles ont un coût initial de démarrage très élevé. Cela représente entre cinq mille et plusieurs centaines de milliers de dollars américains pour une seule machine.
Parallèlement, en 2011, Atzeni et Salmi ont mené une étude qui a révélé des résultats intéressants. Ils ont découvert que les coûts des matériaux pour une pièce métallique spécifique, fabriquée selon des méthodes traditionnelles, s'élevaient à 2,59 € par pièce. Cependant, le coût de la même pièce en utilisant le frittage sélectif par laser en FA a grimpé en flèche, atteignant 25,81 € par pièce [3].
Cela signifie qu'il serait dix fois plus coûteux pour les fabricants d'utiliser la FA plutôt que les techniques traditionnelles. Toutefois, il est important de noter que les coûts des matériaux ont probablement diminué depuis la publication de cette étude. En outre, la gamme plus large de matériaux disponibles peut inclure des options moins chères. Cependant, malgré ces facteurs, l'écart de coût entre la FA et les méthodes traditionnelles existe toujours.
Si l'objectif principal d'une usine est de réduire sa consommation d'énergie, elle peut envisager une solution plus rentable. Une option pourrait être de repenser leur source d'énergie, par exemple en installant des panneaux solaires.
Le coût des panneaux solaires au Royaume-Uni pour des systèmes de 6 kW peut varier de 9 500 à 10 500 £ pour 24 panneaux, ce qui couvre 43 m² de surface de toit. Toutefois, lorsque la durabilité est la priorité, l'installation de panneaux solaires peut offrir un retour sur investissement plus rapide. Il offre également des avantages qui peuvent être perçus dans l'ensemble de l'usine.
Même si les avantages environnementaux de la réduction des déchets sont indéniables, les avantages en termes de coûts demeurent insatisfaisants. Les fabricants pourraient encore améliorer leur conscience environnementale et réduire les coûts des matériaux en adoptant des méthodes de réduction des déchets. L'une de ces méthodes est la fabrication en boucle fermée, qui implique la réutilisation des matériaux utilisés dans la production.
2) Vitesse de production plus lente
La technologie FA est actuellement limitée par des contraintes de temps et de complexité. Les fabricants peuvent trouver la technologie FA largement bénéfique pour créer des prototypes. Ou, seulement utile dans des domaines tels que l'aérospatiale et la médecine, où la manipulation de la conception est nécessaire. Compte tenu de ce facteur, il serait beaucoup plus avantageux pour les fabricants de trouver d'autres méthodes de réduction des coûts énergétiques pour économiser sur les coûts.
Le ralentissement de la vitesse de production peut également amener les fabricants à rencontrer le problème inverse de la rationalisation de l'approvisionnement et de la production. Dans ce cas, le surstockage est évité, mais l'usine a du mal à honorer les commandes. Le processus d'impression des objets 3D peut prendre de trente minutes à plusieurs jours. Plus la pièce est grande et complexe, plus le délai est long.
3) Sélection limitée de matériaux
Actuellement, la fabrication additive offre un choix de matériaux plus restreint que les techniques de fabrication traditionnelles. Cela peut constituer une limitation importante pour certaines applications. La construction, par exemple, repose largement sur des matériaux facilement disponibles et rentables tels que le béton et l'acier. Toutefois, ces matériaux ne sont pas encore largement disponibles dans les processus de FA.
La recherche et le développement progressent constamment, ce qui conduit à une croissance prévue dans la gamme de matériaux compatibles avec la FA. Cependant, à l'heure actuelle, le choix limité de matériaux peut constituer une contrainte pour l'utilisation efficace de la FA dans diverses applications.
La FA est-elle adaptée à vos besoins ? - Applications de la fabrication additive
Bien que la FA présente de nombreuses qualités avantageuses, la technologie en est encore aux premiers stades de son utilité pour l'industrie manufacturière en général. Jusqu'à ce que des progrès soient réalisés au niveau de la rapidité du processus et du coût des matériaux, d'autres méthodes de production pourraient être mieux adaptées aux applications nécessitant une production peu coûteuse et rapide.
En revanche, l'industrie manufacturière au sens large pourrait ne pas bénéficier de cette technologie de sitôt. Cependant, des secteurs tels que l'aérospatiale, le médical et l'énergie ont déjà constaté les avantages de la FA. La technologie FA n'est peut-être pas ce dont les fabricants ont besoin actuellement, mais avec le progrès, cela changera probablement.
Pour en savoir plus sur les applications spécifiques, les matériaux et les avancées dans la fabrication additive, explorez notre knowledge hub!
Sources :
[2] https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f15/energy-nam.pdf
[3] Atzeni, E, Iuliano, L, & Salmi, A. (2011) Sur la compétitivité de la fabrication additive pour la production de pièces métalliques. Dans AMST’11 - Systèmes et technologies de fabrication avancés (pp. 351-362). Arti Grafiche Friulane.
