La fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, n'a cessé d'évoluer depuis près de 35 ans depuis son utilisation commerciale.Les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la défense, de l'énergie, des transports, de la médecine, des soins dentaires et de la consommation utilisent la fabrication additive pour un large éventail d'applications.
Avec une telle adoption généralisée, il est clair que la fabrication additive n'est pas une solution unique.Selon la norme de terminologie ISO/ASTM 52900, presque tous les systèmes commerciaux de fabrication additive appartiennent à l'une des sept catégories de processus.Il s'agit notamment de l'extrusion de matériaux (MEX), de la photopolymérisation en bain (VPP), de la fusion sur lit de poudre (PBF), de la pulvérisation de liant (BJT), de la pulvérisation de matériaux (MJT), du dépôt d'énergie dirigée (DED) et du laminage de feuilles (SHL).Ici, ils sont triés par popularité en fonction des ventes unitaires.
Un nombre croissant de professionnels de l'industrie, y compris des ingénieurs et des managers, apprennent quand la fabrication additive peut aider à améliorer un produit ou un processus et quand ce n'est pas le cas.Historiquement, les initiatives majeures pour mettre en œuvre la fabrication additive sont venues d'ingénieurs expérimentés avec la technologie.La direction voit d'autres exemples de la manière dont la fabrication additive peut améliorer la productivité, réduire les délais et créer de nouvelles opportunités commerciales.La FA ne remplacera pas la plupart des formes traditionnelles de fabrication, mais fera partie de l'arsenal de développement de produits et de capacités de fabrication de l'entrepreneur.
La fabrication additive a un large éventail d'applications, de la microfluidique à la construction à grande échelle.Les avantages de la FA varient selon l'industrie, l'application et les performances requises.Les organisations doivent avoir de bonnes raisons de mettre en œuvre la FA, quel que soit le cas d'utilisation.Les plus courantes sont la modélisation conceptuelle, la vérification de la conception et la vérification de l'adéquation et de la fonctionnalité.De plus en plus d'entreprises l'utilisent pour créer des outils et des applications pour la production de masse, y compris le développement de produits personnalisés.
Pour les applications aérospatiales, le poids est un facteur majeur.Il en coûte environ 10 000 dollars pour mettre une charge utile de 0,45 kg en orbite terrestre, selon le Marshall Space Flight Center de la NASA.La réduction du poids des satellites peut permettre d'économiser sur les coûts de lancement.L'image ci-jointe montre une pièce AM métallique Swissto12 qui combine plusieurs guides d'ondes en une seule pièce.Avec AM, le poids est réduit à moins de 0,08 kg.
La fabrication additive est utilisée tout au long de la chaîne de valeur dans l'industrie de l'énergie.Pour certaines entreprises, l'analyse de rentabilisation de l'utilisation de la FA consiste à itérer rapidement les projets pour créer le meilleur produit possible dans les plus brefs délais.Dans l'industrie pétrolière et gazière, les pièces ou assemblages endommagés peuvent coûter des milliers de dollars ou plus en perte de productivité par heure.L'utilisation de la FA pour restaurer les opérations peut être particulièrement attrayante.
Un important fabricant de systèmes DED, MX3D, a publié un prototype d'outil de réparation de tuyaux.Un pipeline endommagé peut coûter entre 100 000 € et 1 000 000 € (113 157 $ - 1 131 570 $) par jour, selon l'entreprise.Le luminaire illustré à la page suivante utilise une pièce CNC comme cadre et utilise le DED pour souder la circonférence du tuyau.La FA fournit des taux de dépôt élevés avec un minimum de déchets, tandis que la CNC fournit la précision requise.
En 2021, un carter d'eau imprimé en 3D a été installé sur une plate-forme pétrolière TotalEnergies en mer du Nord.Les chemises d'eau sont un élément critique utilisé pour contrôler la récupération des hydrocarbures dans les puits en construction.Dans ce cas, les avantages de l'utilisation de la fabrication additive sont des délais réduits et des émissions réduites de 45 % par rapport aux chemises d'eau forgées traditionnelles.
Une autre analyse de rentabilisation de la fabrication additive est la réduction des outillages coûteux.Phone Scope a développé des adaptateurs de digiscopie pour les appareils qui connectent l'appareil photo de votre téléphone à un télescope ou un microscope.De nouveaux téléphones sortent chaque année, obligeant les entreprises à lancer une nouvelle gamme d'adaptateurs.En utilisant la FA, une entreprise peut économiser de l'argent sur des outils coûteux qui doivent être remplacés lors de la sortie de nouveaux téléphones.
Comme pour tout processus ou technologie, la fabrication additive ne doit pas être utilisée car elle est considérée comme nouvelle ou différente.Il s'agit d'améliorer le développement de produits et/ou les processus de fabrication.Cela devrait ajouter de la valeur.Des exemples d'autres analyses de rentabilisation incluent des produits personnalisés et une personnalisation de masse, des fonctionnalités complexes, des pièces intégrées, moins de matériaux et de poids et des performances améliorées.
Pour que la FA réalise son potentiel de croissance, des défis doivent être relevés.Pour la plupart des applications de fabrication, le processus doit être fiable et reproductible.Les méthodes ultérieures d'automatisation de l'enlèvement de matière des pièces et des supports et du post-traitement seront utiles.L'automatisation augmente également la productivité et réduit le coût par pièce.
L'un des domaines les plus intéressants est l'automatisation du post-traitement, comme l'élimination de la poudre et la finition.En automatisant le processus de production de masse d'applications, la même technologie peut être répétée des milliers de fois.Le problème est que les méthodes d'automatisation spécifiques peuvent varier selon le type de pièce, la taille, le matériau et le processus.Par exemple, le post-traitement des couronnes dentaires automatisées est très différent du traitement des pièces de moteur de fusée, bien que les deux puissent être en métal.
Étant donné que les pièces sont optimisées pour la FA, des fonctionnalités plus avancées et des canaux internes sont souvent ajoutés.Pour le PBF, l'objectif principal est d'éliminer 100 % de la poudre.Solukon fabrique des systèmes automatiques d'élimination de poudre.La société a développé une technologie appelée Smart Powder Recovery (SRP) qui fait tourner et faire vibrer les pièces métalliques encore attachées à la plaque de construction.La rotation et les vibrations sont contrôlées par le modèle CAO de la pièce.En déplaçant et en secouant les pièces avec précision, la poudre capturée s'écoule presque comme un liquide.Cette automatisation réduit le travail manuel et peut améliorer la fiabilité et la reproductibilité de l'élimination de la poudre.
Les problèmes et les limites de l'élimination manuelle de la poudre peuvent limiter la viabilité de l'utilisation de la FA pour la production de masse, même en petites quantités.Les systèmes d'élimination de poudre métallique Solukon peuvent fonctionner dans une atmosphère inerte et collecter la poudre inutilisée pour la réutiliser dans les machines AM.Solukon a mené une enquête auprès des clients et publié une étude en décembre 2021 montrant que les deux principales préoccupations sont la santé au travail et la reproductibilité.
L'élimination manuelle de la poudre des structures en résine PBF peut prendre du temps.Des entreprises telles que DyeMansion et PostProcess Technologies construisent des systèmes de post-traitement pour éliminer automatiquement la poudre.De nombreuses pièces de fabrication additive peuvent être chargées dans un système qui inverse et éjecte le support pour éliminer l'excès de poudre.HP a son propre système censé retirer la poudre de la chambre de construction du Jet Fusion 5200 en 20 minutes.Le système stocke la poudre non fondue dans un conteneur séparé pour la réutilisation ou le recyclage pour d'autres applications.
Les entreprises peuvent bénéficier de l'automatisation si elle peut être appliquée à la plupart des étapes de post-traitement.DyeMansion propose des systèmes pour l'élimination de la poudre, la préparation de surface et la peinture.Le système PowerFuse S charge les pièces, vaporise les pièces lisses et les décharge.L'entreprise fournit un support en acier inoxydable pour suspendre les pièces, ce qui est fait à la main.Le système PowerFuse S peut produire une surface similaire à un moule à injection.
Le plus grand défi auquel l'industrie est confrontée est de comprendre les opportunités réelles que l'automatisation a à offrir.Si un million de pièces en polymère doivent être fabriquées, les procédés traditionnels de coulée ou de moulage peuvent être la meilleure solution, bien que cela dépende de la pièce.La FA est souvent disponible pour le premier cycle de production dans la production et les tests d'outils.Grâce au post-traitement automatisé, des milliers de pièces peuvent être produites de manière fiable et reproductible à l'aide de la FA, mais il est spécifique à la pièce et peut nécessiter une solution personnalisée.
La FA n'a rien à voir avec l'industrie.De nombreuses organisations présentent des résultats de recherche et développement intéressants pouvant mener au bon fonctionnement des produits et services.Dans l'industrie aérospatiale, Relativity Space produit l'un des plus grands systèmes de fabrication additive métallique utilisant la technologie DED propriétaire, que la société espère utiliser pour fabriquer la majorité de ses fusées.Sa fusée Terran 1 peut livrer une charge utile de 1 250 kg en orbite terrestre basse.Relativity prévoit de lancer une fusée d'essai à la mi-2022 et prévoit déjà une fusée plus grande et réutilisable appelée Terran R.
Les fusées Terran 1 et R de Relativity Space sont un moyen innovant de réimaginer à quoi pourraient ressembler les futurs vols spatiaux.La conception et l'optimisation pour la fabrication additive ont suscité l'intérêt pour ce développement.La société affirme que cette méthode réduit le nombre de pièces de 100 fois par rapport aux fusées traditionnelles.La société affirme également qu'elle peut produire des fusées à partir de matières premières dans les 60 jours.Il s'agit d'un excellent exemple de combinaison de plusieurs éléments en un seul et de simplification considérable de la chaîne d'approvisionnement.
Dans l'industrie dentaire, la fabrication additive est utilisée pour fabriquer des couronnes, des bridges, des gabarits de perçage chirurgicaux, des prothèses partielles et des aligneurs.Align Technology et SmileDirectClub utilisent l'impression 3D pour produire des pièces pour le thermoformage d'aligneurs en plastique transparent.Align Technology, fabricant de produits de marque Invisalign, utilise de nombreux systèmes de photopolymérisation dans les bains 3D Systems.En 2021, la société a déclaré avoir traité plus de 10 millions de patients depuis qu'elle a reçu l'approbation de la FDA en 1998. Si le traitement d'un patient typique consiste en 10 aligneurs, ce qui est une estimation basse, la société a produit 100 millions de pièces AM ou plus.Les pièces en FRP sont difficiles à recycler car elles sont thermodurcissables.SmileDirectClub utilise le système HP Multi Jet Fusion (MJF) pour produire des pièces thermoplastiques qui peuvent être recyclées pour d'autres applications.
Historiquement, VPP n'a pas été en mesure de produire des pièces minces et transparentes avec des propriétés de résistance pour une utilisation en tant qu'appareils orthodontiques.En 2021, LuxCreo et Graphy ont publié une solution possible.Depuis février, Graphy a obtenu l'approbation de la FDA pour l'impression 3D directe d'appareils dentaires.Si vous les imprimez directement, le processus de bout en bout est considéré comme plus court, plus simple et potentiellement moins coûteux.
L'utilisation de l'impression 3D pour des applications de construction à grande échelle telles que le logement a été l'un des premiers développements qui a reçu beaucoup d'attention des médias.Souvent, les murs de la maison sont imprimés par extrusion.Toutes les autres parties de la maison ont été fabriquées à l'aide de méthodes et de matériaux traditionnels, y compris les planchers, les plafonds, les toits, les escaliers, les portes, les fenêtres, les appareils électroménagers, les armoires et les comptoirs.Les murs imprimés en 3D peuvent augmenter le coût d'installation de l'électricité, de l'éclairage, de la plomberie, des conduits et des évents pour le chauffage et la climatisation.La finition de l'intérieur et de l'extérieur d'un mur en béton est plus difficile qu'avec une conception de mur traditionnelle.Moderniser une maison avec des murs imprimés en 3D est également une considération importante.
Des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge étudient comment stocker de l'énergie dans des murs imprimés en 3D.En insérant des tuyaux dans le mur pendant la construction, l'eau peut y circuler pour le chauffage et le refroidissement. Ce projet de R&D est intéressant et innovant, mais il est encore à un stade précoce de développement. Ce projet de R&D est intéressant et innovant, mais il est encore à un stade précoce de développement.Ce projet de recherche est intéressant et novateur, mais il en est encore aux premiers stades de développement.Ce projet de recherche est intéressant et novateur, mais encore à ses débuts.
La plupart d'entre nous ne sont pas encore familiarisés avec l'économie de l'impression 3D de pièces de construction ou d'autres objets volumineux.La technologie a été utilisée pour produire des ponts, des auvents, des bancs de parc et des éléments décoratifs pour les bâtiments et l'environnement extérieur.On pense que les avantages de la fabrication additive à petite échelle (de quelques centimètres à plusieurs mètres) s'appliquent à l'impression 3D à grande échelle.Les principaux avantages de l'utilisation de la fabrication additive incluent la création de formes et de fonctionnalités complexes, la réduction du nombre de pièces, la réduction des matériaux et du poids et l'augmentation de la productivité.Si la FA n'ajoute pas de valeur, son utilité doit être remise en question.
En octobre 2021, Stratasys a acquis la participation restante de 55 % dans Xaar 3D, une filiale du fabricant britannique d'imprimantes à jet d'encre industrielles Xaar.La technologie polymère PBF de Stratasys, appelée Selective Absorbion Fusion, est basée sur des têtes d'impression à jet d'encre Xaar.La machine Stratasys H350 est en concurrence avec le système HP MJF.
L'achat de Desktop Metal était impressionnant.En février 2021, la société a acquis Envisiontec, un fabricant de longue date de systèmes de fabrication additive industrielle.En mai 2021, la société a acquis Adaptive3D, un développeur de polymères VPP flexibles.En juillet 2021, Desktop Metal a acquis Aerosint, un développeur de procédés de revêtement de revêtement en poudre multi-matériaux.La plus grande acquisition a eu lieu en août lorsque Desktop Metal a acheté son concurrent ExOne pour 575 millions de dollars.
L'acquisition d'ExOne par Desktop Metal réunit deux fabricants renommés de systèmes BJT métalliques.En général, la technologie n'a pas encore atteint le niveau que beaucoup croient.Les entreprises continuent de traiter des problèmes tels que la répétabilité, la fiabilité et la compréhension de la cause première des problèmes à mesure qu'ils surviennent.Même ainsi, si les problèmes sont résolus, la technologie a encore de la place pour atteindre des marchés plus vastes.En juillet 2021, 3DEO, un fournisseur de services utilisant un système d'impression 3D propriétaire, a déclaré avoir expédié un millionième aux clients.
Les développeurs de logiciels et de plates-formes cloud ont connu une croissance significative dans l'industrie de la fabrication additive.Cela est particulièrement vrai pour les systèmes de gestion de la performance (MES) qui suivent la chaîne de valeur AM.3D Systems a accepté d'acquérir Oqton en septembre 2021 pour 180 millions de dollars.Fondée en 2017, Oqton fournit des solutions basées sur le cloud pour améliorer le flux de travail et améliorer l'efficacité de la FA.Materialise a acquis Link3D en novembre 2021 pour 33,5 millions de dollars.Comme Oqton, la plate-forme cloud de Link3D suit le travail et simplifie le flux de travail AM.
L'une des dernières acquisitions en 2021 est l'acquisition par ASTM International de Wohlers Associates.Ensemble, ils travaillent à tirer parti de la marque Wohlers pour soutenir l'adoption plus large de la FA dans le monde entier.Par l'intermédiaire du centre d'excellence ASTM AM, Wohlers Associates continuera à produire des rapports Wohlers et d'autres publications, ainsi qu'à fournir des services de conseil, des analyses de marché et des formations.
L'industrie de la fabrication additive a mûri et de nombreuses industries utilisent la technologie pour un large éventail d'applications.Mais l'impression 3D ne remplacera pas la plupart des autres formes de fabrication.Au lieu de cela, il est utilisé pour créer de nouveaux types de produits et de modèles commerciaux.Les organisations utilisent la fabrication additive pour réduire le poids des pièces, réduire les délais et les coûts d'outillage, et améliorer la personnalisation et les performances des produits.L'industrie de la fabrication additive devrait poursuivre sa trajectoire de croissance avec l'émergence de nouvelles entreprises, produits, services, applications et cas d'utilisation, souvent à une vitesse vertigineuse.