Fabrication additive : des origines aux innovations de demain

À l'exception possible du feu, aucune technologie n'est jamais vraiment prête à contribuer à la fabrication de manière significative avant d'avoir eu le temps de mûrir et de s'étendre. L'informatique en est un bon exemple. Notre niveau actuel de sophistication technologique ne serait pas possible sans les ordinateurs, et les adolescents prennent régulièrement des selfies avec des appareils portables disposant de plus de puissance de calcul que ce qui a servi à aller sur la lune. Il ne devrait donc pas être surprenant que l'impression 3D (aussi appelée fabrication additive ou simplement FA) n'ait pas encore tenu toutes ses promesses.

Poursuivons l'analogie informatique : la première machine qui a ne serait-ce que prétendu être un ordinateur a été construite au milieu des années 1800 par Charles Babbage. L'objectif de la « Machine à différences » de Babbage était de produire plus rapidement et fiablement des tables mathématiques. Il a fallu près de cent ans pour que quelque chose approchant les ordinateurs modernes entre sur le lieu de travail, et le PC domestique n'est apparu qu'en 1977. Par contraste, l'impression 3D n'existe que depuis 1986, lorsque Chuck Hull de 3D Systems a eu l'idée en développant un processus utilisant la lumière UV pour durcir des revêtements de table.

L'additive explose dans la fabrication

La technologie a continué à croître et se développer au cours des 30 dernières années, mais l'explosion réelle d'intérêt est survenue en 2012 avec l'introduction des imprimantes 3D domestiques. Avant les systèmes domestiques, l'impression 3D était principalement confinée aux arrière-salles et laboratoires où elle servait au prototypage rapide. Des entreprises comme MakerBot ont su capter l'esprit du mouvement « maker » naissant, promouvant les imprimantes 3D domestiques comme l'outil d'atelier ultime. Si la promesse d'une démocratisation de la technologie séduisait de nombreux utilisateurs, la plupart des imprimantes 3D domestiques disponibles sont analogues à l'informatique à cartes perforées ; lentes et fastidieuses.

Bien que l'intérêt des consommateurs pour les systèmes 3D domestiques ait fluctué, les applications industrielles ont continué d'avancer. L'un des adopteurs précoces les plus enthousiastes de la technologie FA est GE. Contrairement aux amateurs, qui se sont peut-être lancés dans cette technologie excitante sans réelle idée des défis, GE a vite compris qu'elle avait besoin d'experts en impression 3D pour espérer un retour sur investissement rapide.

Cette prise de conscience a conduit GE à acquérir une entreprise d'impression 3D nommée Morris Technologies en 2012. Plus précisément, l'acquisition a apporté une expertise en FA à GE Aviation, où ce savoir a été rapidement mis au service de la conception d'une méthode d'impression 3D de buses à carburant pour son moteur LEAP. Après des tests de preuve de concept, GE a opté pour un procédé de FA appelé frittage laser pour produire les buses et a rapidement découvert deux principes fondamentaux de l'impression 3D.

Flexibilité et économies

Le premier principe est que l'impression 3D est peut-être le procédé de fabrication le plus flexible jamais inventé. Au lieu de concevoir une pièce basée au moins partiellement sur la facilité de sa production, les pièces imprimées en 3D naissent dans un environnement numérique où la préoccupation première est la fonctionnalité. Il est possible, voire courant, de construire des pièces avec des géométries internes extrêmement complexes qui seraient impossibles (ou exceptionnellement coûteuses) à produire avec des méthodes de fabrication traditionnelles. La buse de GE présente des surplombs et une architecture interne fabriquée en une seule construction, au lieu de nécessiter plusieurs pièces qui doivent ensuite être assemblées.

Le second principe est que l'impression 3D fait économiser de l'argent. Dans le cas de la buse de GE, les économies sont doubles. Puisque la pièce est fabriquée en une seule construction, la production par FA fait gagner du temps. Bien que le processus FA puisse être considéré comme lent, il est possible de produire une pièce complexe en moins de 24 heures, ce qui est fulgurant comparé à l'ancienne méthode de fabrication d'une série de pièces plus petites nécessitant un assemblage. Le gain de temps commence par l'élimination de l'assemblage, s'accroît par la réduction de l'usinage intensif, et s'amplifie encore par la simplification, voire l'élimination, de la chaîne d'approvisionnement.

De plus, les buses fabriquées par impression 3D offrent d'importantes économies de matière. Avec les méthodes de production soustractives traditionnelles, les fabricants peuvent s'attendre à perdre jusqu'à 90 % de la matière nécessaire pour construire une pièce. Cette perte est particulièrement problématique dans des secteurs comme l'aéronautique, qui utilise régulièrement du titane et d'autres matériaux tout aussi coûteux. L'impression 3D, en revanche, réduit le gaspillage de matière attendu à moins de 10 %.

L'avenir

À une époque où l'incertitude des investisseurs a jeté un regard défavorable sur l'impression 3D dans l'esprit du grand public, GE a redoublé d'efforts. Depuis sa première incursion dans la FA en 2012, GE a investi des millions de plus dans la recherche et développement en impression 3D, incluant la construction d'une usine AM de 300 000 pieds carrés à haut volume à Auburn, et d'un Centre pour l'Avancement de la Technologie Additive près de Pittsburgh. Chaque année, les systèmes deviennent plus rapides, plus grands, ou offrent une meilleure résolution. À mesure que la technologie d'impression 3D continue d'avancer, GE s'est déjà positionnée pour profiter de chaque amélioration. Ce n'est qu'une question de temps avant que d'autres entreprises ne suivent son exemple.

Autres ressources d'information :

Impression 3D et petite entreprise

Exemples pour les entreprises

Entreprises utilisant l'additive

Exemples sectoriels

Remerciements particuliers :
John Newman, rédacteur indépendant dans l'industrie manufacturière.