Acclamés par certains observateurs comme «une révolution industrielle à l’ère du numérique», la fabrication rapide modifie depuis quelque temps le visage de l’industrie manufacturière. Beaucoup pensent que la technologie d'impression 3D démocratise la conception et la fabrication, la rendant plus accessible et moins dépendante des économies d'échelle. Les méthodes de fabrication traditionnelles s'accompagnent souvent de coûts d'outillage prohibitifs, ce qui signifie que les petites entreprises et les particuliers sont souvent exclus du marché en matière de développement de produits. L'impression 3D a été saluée comme un changeur de jeu et a permis aux entreprises de réaliser des avancées de fabrication impensables auparavant.
Chez Freshome, nous sommes intrigués par le processus d'impression 3D et nous voulions en savoir plus sur cette technologie révolutionnaire qui révolutionne l'industrie manufacturière. Heureusement, un expert du domaine était présent pour répondre à certaines de nos questions. Le Dr Phil Reeves est le directeur général et le consultant principal d'Econolyst Ltd, une société britannique de conseil et de recherche en fabrication additive (AM) et impression 3D qui travaille avec un large éventail de clients en Europe, Amérique du Nord, Moyen-Orient et Extrême-Orient. Afrique. Dr Reeves conseille les fournisseurs de systèmes de fabrication additive sur la future stratégie commerciale et technologique, ainsi que les utilisateurs technologiques sur les avantages commerciaux de l'adoption d'AM.
Qu'est-ce que l'impression 3D?
L'impression 3D est un terme utilisé pour décrire une gamme de technologies émergentes qui produisent des produits tangibles à partir de données informatiques en trois dimensions. La technologie est souvent désignée dans l'industrie sous le nom de «fabrication additive», car elle consiste à coller des couches de matériau bidimensionnelles, couche par couche, jusqu'à ce que la partie 3D soit complète.
L'impression 3D existe depuis plus de 20 ans, quels progrès ont été réalisés à cette époque?
Les premières machines d'impression 3D étaient utilisées uniquement pour fabriquer des modèles de prototypage rapide (RP) utilisés lors du développement de produits. Ces premiers modèles RP présentaient une résistance très limitée et se déformaient ou se dégradaient souvent au bout de quelques semaines voire de plusieurs jours de fabrication. Mais étant donné qu’elles ne sont utilisées que pour évaluer la forme ou la forme d’un produit, cela est acceptable à l’époque.
Au fur et à mesure que la technologie a mûri, la gamme de matériaux à notre disposition a augmenté, ce qui a permis d'améliorer les propriétés mécaniques et la longévité. Nous pouvons maintenant produire des pièces en métaux tels que le titane ou l'or, des polymères tels que l'ABS, le Nylon et le polycarbonate ou des céramiques telles que l'aluminium ou le zirconium.
Parallèlement, les technologies sont devenues plus grandes et plus rapides, ce qui les rend plus productives et plus économiques en termes de production en volume. C'est le couplage de la productivité accrue avec l'adéquation des matériaux qui conduit la technologie aux principales applications de production dans des domaines tels que les implants orthopédiques, les bouchons dentaires, les prothèses auditives, les étuis pour téléphones portables, les prothèses et les produits d'intérieur.
Comment la technologie d'impression 3D est-elle utilisée dans l'industrie des intérieurs?
Fait intéressant, les intérieurs de maison ont été l’une des premières applications où l’impression 3D était vraiment utilisée pour fabriquer des produits, plutôt que de simples prototypes. Au tournant du millénaire, de jeunes designers créatifs qui avaient été exposés aux technologies de la RP à l'université ont commencé à créer des entreprises qui vendaient des produits d'intérieur imprimés en 3D, tels que des lampes et des bols de fruits, au mobilier et à l'art.
Probablement le plus influent était Janne Kyttanen à la liberté de création. Janne a compris la puissance de l’impression 3D en termes de facilitateur d’entreprise. Il a été en mesure de créer une société vendant des produits complexes sur le plan géométrique qui étaient auparavant impensables, sans qu'il soit nécessaire de réaliser un investissement initial en outillage. Grâce à Internet, il était en mesure de vendre des produits presque avant même leur fabrication, produisant de petits lots à la demande par des sociétés tierces qui avaient investi dans la technologie d'impression 3D pour répondre aux besoins de l'industrie RP.
D'autres sociétés telles que Materialise MGX ont rapidement commencé à regrouper des produits d'intérieur imprimés en 3D provenant de plusieurs concepteurs et à les commercialiser auprès de détaillants plus traditionnels. D'autres concepteurs de produits d'impression 3D tels que Lionel Dean de Future Factories ont collaboré avec des fabricants d'intérieurs existants, tels que l'éclairage Kundalini en Italie, en utilisant leurs canaux pour commercialiser des produits d'impression 3D.
Et comment est-il utilisé par les architectes?
Pour le moment, l'impression 3D reste un outil de prototypage rapide pour les architectes. Comme de plus en plus d'architectes sont passés des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) 2D aux logiciels de CAO 3D, ils ont pu exploiter le lien entre la CAO 3D et l'impression 3D. Les architectes produisent désormais régulièrement des modèles très détaillés de bâtiments, d'intérieurs, de plans de site en 3D et même de plans directeurs complets pour les réaménagements, rendus possibles en associant l'impression 3D à la numérisation topologique et aux données satellitaires. Il est même possible d'extraire des données sur une zone géographique spécifique de Google Earth et de les imprimer en 3D pour faciliter la planification.
Nous voyons maintenant certaines entreprises développer des technologies 3D spécifiquement pour le secteur de la construction, telles que D-Shape.D-shape a mis au point un système d'impression 3D à grande échelle qui utilise de la poudre de marbre recyclée ou du sable, qui est consolidé en projetant un liant dans le matériau. D-Shape produit maintenant des produits architecturaux relativement grands (environ 5 millions de haut) tels que des kiosques, des kiosques, des bancs de parc et des meubles. D’autres groupes de recherche envisagent d’étendre encore l’impression 3D à la production de bâtiments entiers, mais je pense qu’il s’agit peut-être d’une réalité, voire pas du tout, dans une ou deux décennies.
Dans quelle mesure les tendances du marché et les attentes des consommateurs sont-elles à l'origine de l'impression 3D?
Il y a certainement beaucoup d'intérêt et de battage autour de 3DP pour le moment. D'un côté, c'est une bonne chose. Cependant, nous devons faire attention à ne pas dépasser les capacités de la technologie. La technologie a très bien répondu à certaines tendances du marché, telles que le marché des couvertures de téléphones mobiles plus stylisées et plus individuelles. La technologie a également répondu à la croissance des jeux en ligne et des réseaux sociaux, permettant aux personnages de jeux en ligne et aux avatars de devenir des produits tangibles, mais personnalisés.
Cependant, il existe encore des limites en termes de capacités économiques et matérielles. On s’attend à ce qu’un jour, l’impression 3D puisse imprimer presque tout, même à la maison, des casseroles aux casseroles, en passant par les pièces cassées des machines à laver, les douches ou la télécommande du téléviseur. La réalité est que nous sommes à des années de tels systèmes. Mais nous avons déjà des systèmes relativement basiques destinés au marché des consommateurs, adaptés à la fabrication de jouets, de jeux et de bibelots de base.
Quel est l'effet de l'impression 3D sur les processus de conception et de fabrication?
L’un des aspects les plus importants de l’impression 3D est la possibilité de fabriquer des géométries complexes avec un coût minime, voire nul. En fait, l'impression 3D est souvent utilisée pour fabriquer des produits impossibles à produire en utilisant des procédés traditionnels tels que le moulage par injection de plastique. Les concepteurs exploitent cette flexibilité géométrique en permettant des niveaux de différenciation de plus en plus élevés. Au final, aucun produit 3DP ne doit être identique.
Cette production par lots à une seule unité est également un moteur convaincant pour la communauté manufacturière. Dans le passé, l'économie de la fabrication était toujours basée sur la production de composants suffisants pour couvrir les coûts des immobilisations, tels que les outils de moulage. Mais une fois que vous éliminez le besoin d'outils de moulage, le modèle économique change radicalement.
Le processus d'impression 3D présente de réels avantages en ce qui concerne la chaîne d'approvisionnement. Pouvez-vous expliquer ces avantages?
L'impression 3D n'est pas seulement une technologie de rupture utilisée pour remplacer le moulage, la coulée ou l'usinage. C'est une technologie habilitante qui permet aux entreprises de penser différemment à leurs chaînes d'approvisionnement et surtout à la chaîne de valeur et aux interactions avec leurs clients. Il y a vraiment six avantages principaux à travers cette chaîne de valeur résultant de la mise en œuvre de l'impression 3D.
- Fabrication numérique et sans outil - permettant des niveaux accrus de variance du produit et une production en série économique plus réduite pour prendre en charge des tendances géographiques, démographiques ou sociales spécifiques
- Exploiter les libertés de conception - permettant la production de produits avec des niveaux de complexité géométrique croissants, avec un coût minime, voire nul
- Permettre la personnalisation du produit - coupler une production de faible volume dans des tailles de lots d'une géométrie complexe pour réaliser des produits individualisés
- Offrir de nouvelles expériences dans le secteur de la vente au détail - impliquer le consommateur dans l'expérience de conception de produits grâce à un accès en ligne ou en magasin à des outils logiciels intuitifs ou à la numérisation 3D
- Aborder les marchés émergents - coupler la personnalisation des produits à l'accessibilité de la vente au détail pour une population vieillissante et changeante
- Écologisation de la chaîne d'approvisionnement - réduction des stocks, réduction des déchets d'emballage, réduction de la logistique et réduction des émissions de CO2 liées à la fabrication
En effet, l’impression 3D peut totalement réorienter la chaîne d’approvisionnement, car elle place le consommateur à l’arrière et à l’avant de la chaîne. Les consommateurs peuvent participer à la conception initiale du produit ou commander à la demande, les produits étant fabriqués après l'échange des paiements. L'impression 3D peut permettre à la fois une chaîne logistique agile et réactive, mais aussi une chaîne de production allégée, que nous appelons la fabrication «legile».
Quelles sont les limites matérielles de l'impression 3D et quels sont les progrès réalisés pour les surmonter?
Comme nous l'avons dit, nous avons toujours des limites matérielles. Certains sont physiques, d'autres économiques, d'autres esthétiques et d'autres environnementaux. Les processus d'impression 3D ont encore du mal à obtenir les propriétés mécaniques des plastiques moulés ou des pièces métalliques usinées à partir de solides. Mais il y a beaucoup de travail en cours dans les laboratoires et les universités du monde entier pour élargir la gamme de matériaux et améliorer ce que nous avons déjà.
De plus en plus d’entreprises entrent dans la chaîne d’approvisionnement en matériaux, ce qui fait baisser le coût des matières premières, ce qui, bien sûr, influe sur l’économie des pièces finales produites. Nous constatons également une meilleure définition des couleurs et de la transparence, améliorant l’esthétique des pièces, ainsi que des matériaux plus durables tels que les polymères verts comme le nylon 11 et le PLA dérivés des plantes plutôt que de l’huile. Nous avons encore un long chemin à parcourir, mais nous avançons rapidement et nous allons dans la bonne direction.
Quels sont les principaux obstacles à l’impression 3D en tant que technologie grand public?
Comme nous l'avons dit, les matériaux posent problème, mais cela peut être atténué dans une certaine mesure grâce à la conception des produits.L'économie est également un problème, car les machines et les matériaux d'impression 3D de production sont relativement coûteux et relativement lents, rendant les pièces qu'ils produisent plus coûteuses que celles fabriquées par les techniques de production de masse. Cependant, à mesure que les prix des matériaux baissent et que la productivité augmente, l'économie de l'impression 3D devient plus acceptable.
L'autre limitation principale est la connaissance. Beaucoup d’entreprises ne comprennent tout simplement pas comment utiliser l’impression 3D ou la positionner dans leur chaîne de valeur. Leur chaîne logistique de fabrication actuelle semble vulnérable, leurs concepteurs de produits ne comprennent pas comment exploiter les avantages géométriques et leurs fonctions marketing ont du mal à comprendre comment intégrer l’impression 3D dans la chaîne de valeur du client. Je suppose que c’est là que nous intervenons en tant que cabinet de conseil pour aider les entreprises à comprendre ces problèmes, à évaluer les technologies, à développer l’analyse de rentabilisation et à les intégrer dans le flux de valeur.
Avec l'avènement des machines d'impression 3D portables à faible coût, il a été question de les avoir bientôt chez nous. Quelle est la probabilité de ce scénario?
J'ai deux machines d'impression 3D dans ma maison et mes enfants les aiment. Mais encore une fois, un entrepreneur de pompes funèbres a probablement le cercueil de deux dans le garage. Sérieusement, l’intérêt pour l’impression 3D à la maison a été phénoménal au cours des deux dernières années, tout comme la croissance des entreprises fabriquant des machines pour desservir le marché. La dernière fois que nous avons compté, nous avons trouvé plus de 40 sociétés à travers le monde fabriquant des imprimantes bas de gamme et domestiques. La plupart sont basés sur la même conception open source d'extrusion de polymère fondu à travers une buse, mais certains utilisent d'autres approches. L'année dernière, environ 15 000 imprimantes à domicile ont été vendues. Nous nous attendons à ce que ce nombre soit plus proche de 60 000 cette année (peut-être plus). Donc, pas tous les foyers - pour l'instant.
À l'heure actuelle, la plupart des machines à la maison sont utilisées par des personnes intéressées par la technologie ou intéressées par la conception de produits. Nous constatons que de plus en plus de personnes achètent pour soutenir leurs loisirs, que ce soit pour fabriquer des pièces d’aéronef télécommandées ou même pour fabriquer des leurres de pêche personnalisés. Ils sont excellents du point de vue de l’éducation - prenez une imprimante 3D, du colorant alimentaire à base de cochenille, du vinaigre et du bicarbonate de soude et vous obtenez le meilleur projet de devoirs de volcans de classe.
Quels conseils donneriez-vous aux entrepreneurs qui cherchent à explorer l'impression 3D en tant qu'investissement commercial potentiel?
Vous devez connaître votre marché, connaître vos clients et connaître vos compétences. La création de produits imprimés en 3D, leur vente en ligne ou dans la grande rue, le développement d’interfaces logicielles permettant aux autres de s’engager dans des processus de conception, la formulation de nouveaux matériaux ou la mise en place de capacités de production sont multiples.. Pour les entreprises, la clé est de comprendre l'expérience client et la valeur de la technologie. Pour certaines entreprises, l’impression 3D est un facilitateur silencieux qui facilite la vie des entreprises. Pour d’autres, l’impression 3D est le «crochet», la raison pour laquelle le produit existe, le différenciateur. Une fois que les entreprises ont compris comment l’impression 3D peut apporter une valeur ajoutée, elles doivent comprendre comment l’utiliser et quand l’utiliser, mais c’est une autre histoire.
Freshome aimerait remercier le Dr Phil Reeves pour son expertise dans le monde de l'impression 3D. Toutes les images présentées dans cet article sont une gracieuseté de Freedom of Creation
