La fabrication additive dans le monde :quel est l'état de l'adoption de l'impression 3D en Amérique du Nord et en Europe ?

Consultez la partie 2 de la série AM Around the World, qui explore l'adoption de Impression 3D dans la région APAC .

L'Amérique du Nord et l'Europe restent les deux régions détenant la plus grande part du marché de la fabrication additive (FA). Un nombre considérable d'entreprises développant, adoptant ou investissant dans la FA ont leur siège dans ces régions, ce qui en fait des foyers de progrès technologiques.

Dans le même temps, cependant, l'Amérique du Nord et l'Europe pourraient risquer de perdre leur rôle de leader de la FA au profit du marché en croissance rapide de la FA en Asie.

Alors, comment évolue l'industrie de l'impression 3D dans ces régions ? Et que doivent faire l'Amérique du Nord et l'Europe pour assurer leur compétitivité ?

Adoption de l'impression 3D en Amérique du Nord

La région nord-américaine continue de dominer le marché AM. Selon le rapport Wohlers 2019, l'Amérique du Nord détient la plus grande part (35 %) des systèmes de FA industriels installés.

Une grande partie de cette part provient des États-Unis. Les États-Unis restent le leader mondial de l'impression 3D, grâce à leur développement précoce de la technologie et à leur leadership historique dans la fabrication traditionnelle. La croissance de la technologie dans la région est également soutenue par le nombre d'acteurs clés de l'industrie et le grand nombre de brevets.

Selon un rapport d'EY, 29 % de toutes les entreprises de fabrication additive ont leur siège aux États-Unis, le nombre le plus élevé au monde. Parmi eux se trouvent des acteurs établis comme 3D Systems et Stratasys, le trio de licornes (Carbon, Desktop Metal et Formlabs) et un grand nombre d'entreprises de fabrication traditionnelles qui ont fait le saut dans la FA (par exemple GE et HP). De plus, il est intéressant de noter que les sociétés d'impression 3D basées aux États-Unis obtiennent le plus d'investissements en capital-risque (VC). Au premier semestre 2018, les start-ups d'impression 3D basées aux États-Unis ont levé plus de 600 millions de dollars, soit plus que l'argent levé de 2012 à 2015 combiné, selon les données de Pitchbook.

Le rôle du gouvernement américain dans l'industrialisation de la FA  

Alors que l'investissement privé a été le principal innovateur dans l'impression 3D aux États-Unis, il y a eu quelques initiatives gouvernementales transformatrices.

L'un d'eux est le lancement du National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) en 2012, qui sert d'accélérateur national pour la FA. Un an après sa fondation, NAMII a été rebaptisé America Makes.

Aujourd'hui, America Makes est un pôle reconnu d'innovation de fabrication de pointe, avec 88 projets de R&D AM exécutés. Il est passé d'une communauté de membres de 65 organisations fondatrices à plus de 225 en 2019. 

L'une des plus grandes réalisations d'America Makes est la collaboration avec l'American National Standards Institute (ANSI) sur la création et la publication de la première feuille de route de normalisation pour la FA.

La feuille de route est conçue pour identifier les normes (approuvées et en cours de développement), évaluer les lacunes et déterminer les domaines prioritaires pour la R&D et la normalisation supplémentaires.

L'absence de normes reste l'un des principaux obstacles à l'accélération de l'adoption de la FA. Avec une feuille de route de normalisation, les organisations de développement de normes peuvent avoir une image plus claire du paysage actuel des normes et peuvent prioriser le développement de normes dans les domaines qui en ont le plus besoin.

En fin de compte, la feuille de route fonctionne comme un document de coordination, facilitant le développement d'un ensemble cohérent et harmonisé de normes AM.

Les États-Unis perdent-ils leur avantage en AM ?

Malgré leur position de leader dans la FA, les États-Unis risquent de perdre du terrain par rapport à d'autres régions. Selon une analyse d'A.T. Kearney, des challengers comme la Corée du Sud, le Royaume-Uni et l'Allemagne, pourraient dépasser la croissance de la FA aux États-Unis au cours des prochaines années.

D'une part, le pays n'a pas de stratégie nationale pour la FA. Selon une analyse d'A.T. Kearney, les États-Unis avaient un soutien gouvernemental inférieur à l'impression 3D en 2017 par rapport à la moyenne du leader en matière d'engagement du gouvernement AM.

En 2019, peu de choses ont changé à cet égard. Bien que la Maison Blanche ait publié une mise à jour du rapport Stratégie pour le leadership américain dans la fabrication de pointe en octobre 2018, le rapport n'indique aucun changement de politique officielle sur la FA.

Cela dit, il y a eu des investissements publics notables dans la FA ces dernières années.

En 2016, l'US Air Force a accordé à Aerojet Rocketdyne, un fabricant américain de propulsion de fusées et de missiles, 6 millions de dollars pour développer des normes pour les moteurs de fusée imprimés en 3D. Cette subvention visait à réduire la dépendance des États-Unis à l'égard des composants de lanceurs fabriqués à l'étranger.

En outre, le budget militaire américain de 2018 comprenait le soutien de 13,2 milliards de dollars à l'innovation technologique, y compris l'impression 3D. Le budget militaire 2019 a également alloué des ressources à la recherche sur l'impression 3D liée à la défense.

Malgré ce financement, les initiatives qui appliquent la FA au-delà de l'aérospatiale et de la défense reçoivent beaucoup moins de soutien.

Les entreprises privées sont le moteur de l'industrie de la FA 

En 2019, la FA est de plus en plus adoptée dans les ateliers américains. Plus de la moitié des entreprises américaines appliquent l'impression 3D, et 22% envisagent de l'adopter à l'avenir, selon le rapport d'EY.

Les entreprises des secteurs de l'aérospatiale, des biens industriels et du médical font de la FA l'un de leurs principaux domaines d'investissement et de recherche. Il existe également une forte trajectoire ascendante pour la FA dans l'industrie automobile américaine. Par exemple, Ford a investi 45 millions de dollars dans son nouveau centre de fabrication de pointe et a commencé à imprimer des pièces fonctionnelles pour certains de ses véhicules. GM développe également des approches pour utiliser la FA pour ses futures voitures électriques.

Fait intéressant, les entreprises nord-américaines sont plus optimistes quant au potentiel de l'impression 3D que les entreprises européennes, indique un rapport Sculpteo 2019. Plus de la moitié des entreprises nord-américaines interrogées prévoient d'augmenter d'au moins 50 pour cent leurs investissements dans la FA.

Les engagements des entreprises privées alimentent la croissance de la FA aux États-Unis. Cependant, pour maintenir sa position de leader, le gouvernement américain doit s'impliquer davantage dans l'écosystème de la FA. Les décideurs américains devraient envisager de mettre en œuvre un programme plus large d'initiatives autour du développement de la main-d'œuvre de la FA, de l'éducation et des incitations pour que les entreprises adoptent l'impression 3D.

Adoption de l'impression 3D en Europe

Après l'Amérique du Nord, l'Europe détient la deuxième plus grande part de marché de la FA.

Il abrite un grand nombre d'acteurs industriels établis, avec une solide expérience technique dans les processus de FA, notamment EOS, Renishaw, SLM Solutions, Ultimaker et Photocentric. En fait, l'Europe est la région qui compte le plus (55 %) d'entreprises de FA, suivie des Amériques avec 32 % et de l'Asie avec 13 %, selon un rapport d'EY.

La majorité des sociétés d'impression 3D sont concentrées en Europe occidentale, avec des pays comme l'Allemagne, le Royaume-Uni, l'Italie et la France qui pilotent le développement et les applications de la FA.

Selon une enquête d'IDC, ces pays sont également à la pointe de l'adoption de la FA pour les pièces d'extrémité, en particulier dans les secteurs de l'aérospatiale et de la santé. Certains pays ont également développé une stratégie nationale pour la FA dans le cadre de leurs plans de fabrication de pointe et d'Industrie 4.0.

Alors que l'Europe de l'Ouest a pris les devants dans l'adoption de l'impression 3D industrielle, l'Europe de l'Est est toujours à la traîne. La Fédération de Russie, la plus grande économie d'Europe de l'Est, a un potentiel énorme pour l'impression 3D mais a besoin de beaucoup de R&D pour identifier les applications appropriées et mettre en œuvre des solutions pertinentes.

De nombreuses entreprises du gouvernement russe ont annoncé des programmes de développement de technologies industrielles telles que la FA. Cependant, les amener sur l'atelier de fabrication représente toujours un défi majeur.

En fait, de nombreuses entreprises européennes sont confrontées à des défis lorsqu'il s'agit d'adopter l'impression 3D. Un rapport de 2018, réalisé par le CECIMO, l'Association européenne pour l'industrie de la fabrication additive, indique que la pénurie de compétences reste l'un des principaux défis de la région. 52 pour cent des personnes interrogées ont déclaré avoir eu des difficultés à recruter du personnel AM compétent dans un passé récent.

Cela dit, le rapport du CECIMO a également identifié les domaines de savoir-faire en FA les plus recherchés par les adoptants européens de la FA. Ceux-ci incluent des aspects tels que l'assurance qualité et les tests, ainsi que la connaissance des procédures d'approbation réglementaires, qui sont tous révélateurs de la présence croissante de la FA dans la production en série.

L'accent sur le pays :l'Allemagne 

Le plus grand pays manufacturier de l'UE, l'Allemagne, occupe également une position de leader en ce qui concerne l'adoption et l'industrialisation de la FA. Dès 2011, le gouvernement fédéral allemand a lancé l'initiative « Industrie 4.0 », qui mettait l'accent sur l'impression 3D, entre autres technologies numériques.

L'une des raisons pour lesquelles l'Allemagne cible l'impression 3D comme technologie clé est de maintenir son avantage concurrentiel sur la scène mondiale. Pour cela, l'Allemagne alloue des fonds et développe des politiques et des institutions spécifiques.

On estime qu'il existe 148 instituts de recherche répartis dans toute l'Allemagne, qui sont actifs dans le domaine de la FA. L'institut de recherche Fraunhofer est peut-être le plus grand d'entre eux.

L'Institut Fraunhofer

En 2017, l'Institut Fraunhofer, avec 6 partenaires, a lancé le projet FutureAM. Le projet vise à accélérer la FA métallique en développant des solutions technologiques qui contribueront à augmenter l'évolutivité, la productivité et la qualité des processus FA pour la production de composants métalliques.

Au Formnext de cette année, les membres de l'équipe présenteront les résultats du projet, qui pourraient être transformateurs pour l'industrie. Par exemple, l'un des résultats implique le développement d'un nouveau système optique compact pour la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF). Le premier prototype de ce système est maintenant utilisé et, avec un volume de construction de 1 000 mm x 800 mm x 500 mm, on dit qu'il produit de gros composants métalliques jusqu'à 10 fois plus rapidement que les systèmes L-PBF conventionnels.

L'Association de fabrication additive

L'association de fabrication additive au sein de la VDMA, la fédération allemande d'ingénierie, est également fortement impliquée dans l'industrialisation de la FA.

En 5 ans d'existence, l'Additive Manufacturing Association est passée à environ 150 membres. Il s'agit notamment des principaux fournisseurs de technologie de production FA pour le traitement des métaux et des plastiques, des fournisseurs de composants, de logiciels, de technologies et de matériaux d'automatisation, ainsi que des utilisateurs industriels de diverses industries et des principaux instituts de recherche.

L'année dernière, les membres de l'Additive Manufacturing Association ont commencé à compiler une feuille de route, esquissant la voie à suivre pour automatiser les processus de fabrication pour l'impression 3D industrielle. Dans ses recherches, l'association a identifié des enjeux de R&D dans la logistique des matériaux, le domaine de l'environnement, de la santé et de la sécurité, le traitement des données et la normalisation des processus. Afin de les résoudre, l'association encourage des groupes de recherche à se réunir et à partager l'expérience et le savoir-faire de différents secteurs et industries.

Plus récemment, Siemens a annoncé un nouveau projet de 3 ans, appelé Industrial Implementation of Digital Engineering and Additive Manufacturing (IDEA), dans le cadre de l'initiative de financement « Line Integration of Additive Manufacturing Process (LAF) », créée par le ministère allemand de l'Éducation. et Recherche.

La priorité du projet de 3 ans est de « continuer à industrialiser la FA pour le secteur industriel allemand » en améliorant le lien entre le matériel et les logiciels grâce à des jumeaux numériques.

Des projets comme ceux-ci seront des moteurs clés pour accélérer les cas d'utilisation industrielle de la FA. Actuellement, seulement 13 % environ des 560 entreprises allemandes interrogées par VDI, la plus grande association d'ingénieurs d'Europe occidentale, utilisent la FA pour la production de produits finis complets. Cependant, un tiers déclare fabriquer des produits dont certains composants sont imprimés en 3D, ce qui est une tendance encourageante.

En ce qui concerne les industries adoptant la FA en Allemagne, l'automobile est l'une de celles qui connaissent la croissance la plus rapide. Il y a eu un certain nombre de projets et d'initiatives visant à apporter les avantages de l'impression 3D aux applications automobiles.

L'un des plus prometteurs est un projet « Industrialisation et numérisation de la fabrication additive pour les processus de série automobile », en abrégé IDAM. Lancé par BMW Group plus tôt cette année, le projet vise à livrer au moins 50 000 composants par an en production de masse, en utilisant AM, et plus de 10 000 pièces individuelles et de rechange.

En cas de succès, IDAM pourrait devenir une étape importante pour l'introduction de la FA en série dans l'industrie automobile.

De toute évidence, l'impression 3D est devenue une question d'importance nationale en Allemagne. Compte tenu de l'énorme soutien du gouvernement, des institutions et des organisations privées, l'Allemagne est bien placée pour rester un leader de l'impression 3D en Europe pour les années à venir.

Spot pays :le Royaume-Uni

Le Royaume-Uni fait partie des leaders mondiaux, à la fois dans le développement des connaissances et dans l'application réussie de la technologie FA. Selon les recherches d'A.T. Kearney, le Royaume-Uni est le deuxième plus grand partisan de l'impression 3D en Europe, après l'Allemagne.

Le Royaume-Uni est bien placé pour tirer parti de la FA, puisqu'il a adopté cette technologie dans les années 90 pour les applications de prototypage rapide.

À mesure que l'impression 3D a évolué, le Royaume-Uni a vu une opportunité stratégique pour la FA d'aider à revitaliser son économie manufacturière et à être plus compétitif sur la scène mondiale.

Au début de 2014, des pourparlers ont commencé sur l'établissement d'une stratégie nationale pour la FA. En 2017, le gouvernement a publié une stratégie industrielle, donnant une voie claire pour faire du Royaume-Uni un acteur de premier plan dans la fabrication artisanale.

L'une des forces du pays réside dans la recherche et le développement en FA. Plusieurs grandes universités britanniques sont activement engagées dans la recherche liée à la FA, les trois plus grands centres d'activité de recherche étant l'Université de Nottingham, l'Université de Sheffield et l'Université de Cambridge.

De plus, le Manufacturing Technology Center (MTC), ouvert en 2015, abrite l'un des centres nationaux de FA les plus avancés.

Cependant, alors que le Royaume-Uni dispose d'une capacité de recherche considérable, l'adoption commerciale de la technologie dans la fabrication est encore lente.

Certaines entreprises utilisent largement la FA, comme Bowman International pour les cages de roulement, Renishaw et Attenborough Dental pour les couronnes et les bridges, Metron pour les cycles d'élite, Croft pour les filtres et GKN pour les composants aérospatiaux et automobiles. Cependant, la grande majorité de l'industrie britannique n'a pas encore pleinement adopté la technologie.

« Le manque de compétences et de formation spécialisée, le manque de compréhension de la part du gouvernement, une attitude d'investissement trop prudente et une confusion concernant le retour sur investissement parmi les propriétaires d'entreprise et une structure de soutien aux entreprises fragmentée » ont été identifiés comme des obstacles clés à l'adoption de la FA au Royaume-Uni.

Bien qu'il y ait beaucoup de soutien pour les entreprises de plusieurs centres de FA, il manque une partie cruciale - éduquer et persuader les ingénieurs sur la ligne de production.

Cela dit, le Royaume-Uni a le potentiel de créer une solide chaîne d'approvisionnement de FA fondée sur la connaissance, avec la présence d'entreprises de logiciels et de matériel, de fournisseurs de matériaux développant des offres de produits innovants et de concepteurs de produits de classe mondiale fortement intéressés par la FA.

En fin de compte, la croissance de la FA sera principalement axée sur les applications, et il n'y a aucune raison de croire que le Royaume-Uni ne puisse pas en bénéficier, compte tenu de sa solide base de fabrication à forte intensité de connaissances.

Cependant, il y a un fort besoin d'implication du gouvernement pour coordonner une communauté AM fragmentée afin de développer des approches, en particulier descendantes, pour surmonter les défis à l'adoption.

En résumé, le Royaume-Uni a l'expérience et la capacité à la fois de développer de nouveaux processus de FA et d'appliquer les technologies existantes. Cependant, il est aujourd'hui plus important que jamais de développer et de financer des initiatives qui traduiront la recherche en un usage commercial de la FA parmi le plus grand nombre d'entreprises.

Impression 3D en Amérique du Nord et en Europe :conserver un avantage concurrentiel

En 2019, l'Amérique du Nord et l'Europe occidentale restent à la pointe de l'industrie de l'impression 3D. Les deux régions allouent des ressources financières au développement de technologies et d'applications de FA, l'Allemagne et les États-Unis étant à l'origine de la majorité des progrès de la FA.

Cela dit, le climat économique et politique mondial crée beaucoup d'incertitudes pour les régions européennes et nord-américaines. Le Brexit et la guerre commerciale des États-Unis avec la Chine, qui ont perturbé les relations commerciales clés et entraîné la contraction du secteur manufacturier des principales économies mondiales, affectent le rythme de croissance du marché de la FA dans les deux régions.

Cependant, l'Europe et les États-Unis sont prêts à coopérer pour faire avancer l'industrialisation de la technologie.

L'UE a récemment déclaré son engagement à donner la priorité à la FA dans les négociations commerciales avec les États-Unis pour les produits industriels. La décision visera à éliminer les barrières non tarifaires existantes dans le commerce UE-États-Unis de solutions de FA, qui ont imposé des charges financières et administratives aux exportateurs.

Dans la dernière mise à jour de janvier 2019 sur ces discussions, la Commission a soumis 2 accords potentiels, en attente de l'approbation des États-Unis.

L'acceptation de ces 2 accords profiterait aux deux parties, car cela créerait effectivement une voie de normes uniques pour les entreprises de l'UE et des États-Unis, éliminant ainsi la nécessité de demander à nouveau la certification lors de l'entrée sur un nouveau marché géographique.

Pour AM, en particulier, cela allégerait le fardeau des ressources actuellement nécessaires pour obtenir des certificats multiples, pratiquement identiques. En conséquence, les entreprises seraient en mesure de réorienter leurs efforts et de se concentrer davantage sur la maturation technologique. Cela pourrait potentiellement être plus bénéfique pour les industries hautement réglementées telles que l'aérospatiale, le médical et l'automobile.

Bien que de telles initiatives soient cruciales, les entreprises et les décideurs politiques doivent également se concentrer davantage sur la promotion de l'éducation à la FA et sur la création d'incitations pour attirer l'utilisation de l'impression 3D.

L'Amérique du Nord et l'Europe risquent de perdre leur place à la tête de l'industrie mondiale de l'impression 3D, l'Asie devenant rapidement un concurrent sérieux de l'impression 3D. Cela signifie que le moment est venu pour les deux régions de prendre les mesures nécessaires pour établir un écosystème de FA robuste et complet qui les propulsera dans une nouvelle ère de fabrication numérique.