La pandémie accélère le passage à l'impression 3D

En l'espace de quelques semaines, la pandémie de COVID-19 a bouleversé la vie dans le monde entier, et son impact s'aggrave de jour en jour. La rapidité et l'omniprésence de la perturbation sont sans précédent dans l'histoire moderne, alors que des économies entières s'arrêtent dans un effort pour contenir la propagation du virus. Les sociétés ont été contraintes de s'adapter rapidement à la perturbation, se tournant dans de nombreux cas vers des technologies qui ont longtemps été saluées pour leur propre potentiel perturbateur.

Dans la chaîne d'approvisionnement, la fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, a enfin son heure de gloire.

Dans tous les secteurs, les chaînes d'approvisionnement ont été durement touchées par la fermeture d'usines ou la limitation de la production. Cependant, aucune n'a été plus sollicitée que la chaîne d'approvisionnement médicale, alors que la demande monte en flèche pour les équipements de protection tels que les masques et les gants, ainsi que pour les équipements de sauvetage essentiels tels que les ventilateurs. Les hôpitaux seront probablement bientôt débordés, avec des capacités et des fournitures poussées à leurs limites. Face à ce défi sans précédent, la fabrication additive est intervenue pour combler le vide.

Lorsque les fournisseurs ne pouvaient pas répondre à la demande croissante de valves de ventilation vitales, un hôpital de Brescia, l'une des régions les plus durement touchées du nord de l'Italie, s'est tourné vers la fabrication additive. Travaillant en étroite collaboration avec les entreprises locales Issinova, Lonati SpA et The FabLab, l'hôpital a pu procéder à une rétro-ingénierie de la conception de la valve du ventilateur. En six heures, elle imprimait en 3D de nouvelles vannes sur place et sauvait des vies.

Au cours des semaines qui ont suivi, les imprimantes 3D du monde entier ont fredonné pour approvisionner les hôpitaux. Des fournisseurs comme Formlabs et MatterHackers ont mis en place des hubs en ligne pour connecter les hôpitaux aux clients désireux de partager leurs imprimantes 3D. Des entreprises de SmileDirectClub à Volkswagen ont offert leurs capacités de fabrication additive pour fournir des équipements de protection essentiels et des pièces de ventilateur. Pendant ce temps, une communauté en ligne croissante de fabricants partage des conceptions et des idées CAO pour répondre à la pandémie.

L'une de ces initiatives que je soutiens personnellement est MasksOn, qui vise à fournir 50 000 masques faciaux réutilisables et désinfectables aux cliniciens dans les milieux à haut risque. L'initiative convertit les masques de plongée intégraux en masques faciaux réutilisables, en utilisant l'impression 3D pour produire en masse des adaptateurs de filtre respiratoire de qualité médicale. (Une liste complète des ressources et des projets de la communauté d'impression 3D dédiés à la pandémie de COVID-19 est disponible ici.)

La réponse de la communauté de la fabrication additive dans cette crise a été inspirante. Ce que la pandémie a révélé, cependant, c'est la vulnérabilité sous-jacente des chaînes d'approvisionnement mondialisées. Les organisations ont été contraintes de repenser leur dépendance vis-à-vis de fournisseurs distants ou étrangers.

Bien que l'impression 3D ne soit pas encore disponible à une échelle permettant de prendre en charge la fabrication localisée pour tout, les premiers résultats de la réponse à la pandémie laissent présager un avenir prometteur. La pandémie pourrait-elle être un catalyseur pour un passage généralisé à la fabrication additive dans la chaîne d'approvisionnement ?

Voici ce que l'avenir pourrait nous réserver :

À la demande, sur site et juste à temps

Les perturbations de la chaîne d'approvisionnement ne se limitent pas aux pandémies. Les catastrophes naturelles, les politiques commerciales et les grèves du travail peuvent toutes interrompre le flux d'approvisionnement, retardant ainsi des opérations critiques. La fabrication additive peut combler cette lacune en imprimant des pièces à la demande et, comme le montre l'hôpital de Brescian, sur site. À leur tour, les interruptions opérationnelles peuvent être raccourcies ou éliminées en contournant la production et l'expédition à l'étranger.

Prenons l'exemple d'un pipeline qui se brise sur une plate-forme pétrolière en eau profonde. Attendre une pièce de rechange peut prendre des jours, ralentir les opérations sur la plate-forme et suspendre les revenus. Avec une imprimante 3D, les ingénieurs sur la plate-forme pourraient rapidement concevoir et imprimer un patch clamp et recommencer à pomper en attendant que le fournisseur expédie un remplacement à long terme.

À Brescia, les fabricants qui ont procédé à l'ingénierie inverse des vannes de ventilateur pour la fabrication additive font maintenant face à une poursuite potentielle de la part du fournisseur d'origine de vannes de ventilateur de l'hôpital pour violation de brevet. Pour atténuer les conflits de propriété intellectuelle à l'avenir, les fabricants pourraient licencier leurs conceptions à leurs clients afin qu'ils puissent imprimer des pièces de rechange localement pour combler les lacunes imprévues dans l'approvisionnement. Cela entraînerait à son tour des économies pour le fabricant, car il « externalise » ses coûts de fabrication vers le client.

Conception non experte

Comme l'illustrent les vannes de ventilation imprimées en 3D à Brescia, il est possible pour les ingénieurs peu ou pas expérimentés dans la conception d'une pièce particulière de concevoir rapidement une conception fonctionnelle et de la créer avec la fabrication additive. Contrairement à d'autres techniques de fabrication, la flexibilité de la fabrication additive signifie que les ingénieurs et les concepteurs n'ont pas besoin d'années d'expérience pour adapter leurs conceptions aux contraintes de fabrication.

L'autonomisation des concepteurs inexpérimentés par Additive sera renforcée par la conception générative, également connue sous le nom de conception assistée par IA. Les logiciels d'aujourd'hui peuvent optimiser automatiquement différentes techniques de fabrication, réduisant ainsi le temps entre la conception et la fabrication. L'optimisation des conceptions pour la fabrication additive sera particulièrement précieuse non seulement pour les implications de la chaîne d'approvisionnement, mais aussi parce qu'elle peut débloquer de meilleures conceptions.

Generative AI exécute des milliers de simulations pour trouver les conceptions les meilleures et les plus efficaces qui répondent à tous les objectifs et contraintes du concepteur, en optimisant des éléments tels que le poids, la résistance, les propriétés thermiques et la dynamique des fluides. Dans la plupart des cas, les résultats impliquent des géométries organiques complexes, contrairement aux lignes droites rigides et aux polyèdres vers lesquels gravitent les concepteurs humains. Il s'avère que ces formes organiques irrégulières peuvent être créées le plus efficacement par la fabrication additive.

Consolidation de pièces

Un autre avantage de la conception générative est la possibilité de consolider les conceptions d'assemblages composés de plusieurs composants, qui peuvent ensuite être imprimés avec la fabrication additive. Au lieu d'avoir une chaîne d'approvisionnement distribuée pour les pièces et l'assemblage en interne, l'ensemble de l'assemblage pourrait être imprimé sur site.

La consolidation des pièces peut générer des économies importantes pour les fabricants. Contrairement à la fabrication soustractive, la fabrication additive n'utilise que le matériau nécessaire à la conception, réduisant ainsi les déchets et les coûts de matériaux. Le coût d'expédition des pièces est également éliminé et les coûts d'assemblage sont réduits, car il y a moins de pièces à assembler.

La consolidation d'assemblages complexes pourrait être particulièrement utile pour certains équipements de sauvetage essentiels qui seront rares pendant la pandémie. Des ingénieurs travaillent déjà sur de nouvelles conceptions pour répondre à la demande croissante. Le défi CoVent-19 consiste à externaliser les efforts pour développer des ventilateurs innovants et rapidement déployables afin d'augmenter la capacité des hôpitaux à gérer le déluge de patients qui ont du mal à respirer.

Jesse Coors-Blankenship est vice-président senior du développement avancé chez CTP .