Impression 3D : à l’aube de la production série dans le secteur aéronautique ?

Par Vincent Rey, consultant Chef de Projet impression 3D chez Scalian

Star des technologies récentes, flashée en permanence par les paparazzis de la tech, l’impression 3D apparaît comme une révolution qui bouscule tout un pan de l’industrialisation. Forte d’un marché en pleine expansion, elle amorce surtout une nouvelle révolution industrielle qui impacte directement les process, la supply chain et les mentalités.

L’impression 3D, une révolution technologique et industrielle

L’impression 3D, c’est 20 % de croissance annuelle : une technologie novatrice qui s’invite dans tous les secteurs, de l’automobile à l’aéronautique en passant par le spatial ou bien encore le médical. Si son marché mondial atteignait déjà 4 milliards de dollars en 2014, les prévisions de croissance oscillent selon les sources entre 11.5 et 21 milliards de dollars d’ici 2020. Le cabinet Roland Berger, selon les dernières études, évalue aujourd’hui à 50% le marché de vente de logiciels, de pièces et de services associés (formation, ingénierie, conseil) et à 50% le marché issu des machines de fabrication (30%) et de la matière (20%).

Originellement utilisée pour la fabrication de pièces à la demande, l’impression 3D qui a vu le jour dans les années 90, amorce aujourd’hui un virage industriel majeur en s’essayant à la production de masse ou à la réalisation de véritables prouesses techniques. C’est donc au travers de projets plus ou moins fantasques qui défient les codes industriels jusque-là établis que l’impression3D a déclenché un séisme plaçant cette technologie des plus subversives sur le podium des innovations du futur. La surenchère médiatique des industriels laisse penser que la mise en œuvre des process et leur maitrise sont déjà acquises.  Mais ce nouvel engouement est-il un pari aussi simple ?

Repenser les process, effacer les limites de l’imagination

Au-delà de l’émergence des différentes techniques d’impression (FDM, SLS, pour les matériaux plastiques ; SLM, EBM ou HDR pour les métalliques*), la mise en œuvre de toutes les étapes d’impression et de post-impression s’annonce comme un défi qui nécessite l’étroite collaboration de tous les métiers de l’entreprise (achats, matériaux, conception, procédés, qualité, etc.) et un partage permanent des apprentissages et découvertes de chacun.

L’étape d’impression d’une pièce n’est que le commencement d’un processus, qui en fonction des exigences mécaniques, du design et des matériaux sera plus ou moins long et complexe. Les opérations post-impression telles que les traitements thermiques, les traitements de surface, les contrôles mécaniques, dimensionnels RX ou Tomographique sont des paliers indispensables pour envisager la production de pièces techniques en série.

Le marché, jusque-là dédié au prototypage et poussé par une maturité grandissante des utilisateurs, s’accélère pour permettre d’assurer la transition entre des exercices de styles sur des pièces expérimentales et une production de masse maitrisée. Produire aujourd’hui une pièce technique en impression 3D est un palier franchi, en revanche produire en série avec un niveau de qualité, de coûts et de délais optimums reste les défis à relever.  A tous les niveaux de l’entreprise, il va donc falloir s’adapter, repenser, optimiser, oser…

Vers un nouveau modèle industriel

Au-delà de la révolution industrielle que l’impression 3D engendre, c’est une véritable transformation culturelle bouleversant les acquis et savoirs qui se dresse devant les entreprises qui en font le pari. Annihilant toute limite de formes, les seuls freins à l’imagination dans la conception des pièces sont aujourd’hui inhérents aux calculs mécaniques.

C’est une nouvelle façon de designer que les bureaux d’études devront intégrer et pour laquelle ils devront se former. Les designers de l’impression 3D devront s’affranchir des règles et des limites de la conception, jusqu’à ce jour imposées par les procédés de fabrication conventionnels.
Les logiciels de modélisation mécanique (design et préparation des fichiers d’impression) ont emboité le pas et offrent déjà la possibilité d’optimisations fantasques. Il va falloir rapidement apprendre à les apprivoiser. Assurer la performance de chacune des étapes de fabrication est une condition indispensable à la réussite d’un projet ; en métallurgie, en traitement de surface, en CND, en supply chain, etc. Même si la stratégie déployée par les principaux acteurs du marché s’oriente vers l’intégration verticale pour assurer la maitrise technique et financière, rares encore sont les fabricants qui disposent de toutes ces compétences en interne.

Cette transition de la maitrise des procédés conventionnels à la découverte de l’euphorie des formes doit également être assurée par la capacité des fabricants de machines d’impression à adapter leurs moyens aux exigences de la production série, tant sur leur fiabilité que sur leur répétabilité. Même si ces fabricants ont devant eux des années de développement pour optimiser la performance de leurs équipements, ils ont eux aussi le défi d’assurer la transition d’une production de prototypage à celle de la série. 
Il sera également indispensable pour les entreprises qui décident de franchir le pas, d’établir un modèle économique en sélectionner finement les pièces éligibles à cette nouvelle technologie pour atteindre des seuils de rentabilité concurrentiels aux procédés conventionnels et assurer sa légitimité.

Les multiples défis techniques qu’il reste à accomplir sur les pièces et matériaux de pointe, rendent aujourd’hui très complexe la mise en œuvre d’une supply chain production série   performante. Mais les intérêts grandissants (gain de masse, coûts, cycles, réduction des assemblages) que lui portent les industriels et son positionnement dans l’usine du futur pourront peut-être permettre à l’impression 3D d’accélérer son déploiement. 

*FDM : Fuse Deposition Modeling
  SLS : Selective Laser Sintering
  SLM : Selective Laser Melting
  EBM : Electron Beam Melting
  HDR : High Deposition Rate