Comment le COVID-19 accélère l'adoption de l'impression 3D à travers les industries

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

Dans la chaîne d'approvisionnement, la fabrication additive, aussi connue sous le nom d'impression 3D, a enfin son moment.

Réponse à la crise des équipements médicaux

À travers les industries, les chaînes d'approvisionnement ont été durement touchées alors que les usines fermaient ou limitaient la production. Cependant, aucune n'a été plus tendue que la chaîne d'approvisionnement médicale, alors que la demande grimpe en flèche pour des équipements de protection comme masques et gants, ainsi que pour des équipements critiques de sauvetage de vie tels que les ventilateurs. Les hôpitaux seront probablement bientôt submergés, avec capacités et fournitures poussées à leurs limites. Face à ce défi sans précédent, la fabrication additive a comblé le vide.

Quand les fournisseurs n'ont pas pu rencontrer la demande grandissante pour des valves de ventilateur sauvant des vies, un hôpital à Brescia, une des régions les plus touchées du Nord de l'Italie, s'est tourné vers la fabrication additive. Travaillant de près avec des firmes locales Issinova, Lonati SpA, et The FabLab, l'hôpital a pu faire de l'ingénierie inverse du design de la valve de ventilateur. En six heures, il imprimait en 3D de nouvelles valves sur site, et sauvait des vies.

Dans les semaines depuis, les imprimantes 3D à travers le monde ont bourdonné pour maintenir les hôpitaux approvisionnés. Des fournisseurs comme Formlabs et MatterHackers ont mis en place des hubs en ligne pour connecter les hôpitaux avec des clients prêts à partager leurs imprimantes 3D. Des entreprises de SmileDirectClub à Volkswagen ont volontairement offert leurs capacités de fabrication additive pour fournir des équipements de protection critiques et des pièces de ventilateur. Pendant ce temps, une communauté grandissante de makers en ligne partage des designs CAO et idées pour répondre à la pandémie.

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

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

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

Ce que l'avenir pourrait réserver

À la demande, sur site, et juste à temps

Les perturbations de chaîne d'approvisionnement ne sont pas limitées aux pandémies. Catastrophes naturelles, politiques commerciales, et grèves de main-d'œuvre peuvent tous interrompre le flux de fournitures, retardant des opérations critiques. La fabrication additive peut combler le vide en imprimant des pièces à la demande et, comme le montre l'hôpital de Brescia, sur site. En retour, les perturbations opérationnelles peuvent être raccourcies ou éliminées en contournant la production et l'expédition outre-mer.

Considérez un pipeline cassant sur une plateforme pétrolière en haute mer. Attendre une pièce de rechange pourrait prendre des jours, immobilisant les opérations sur la plateforme et mettant les revenus en attente. Avec une imprimante 3D, les ingénieurs sur la plateforme pourraient rapidement concevoir et imprimer un collier de serrage et revenir au pompage pendant qu'ils attendent que le fournisseur expédie un remplacement à long terme.

À Brescia, les makers qui ont fait de l'ingénierie inverse des valves de ventilateur pour la fabrication additive font maintenant face à un procès potentiel du fournisseur original de valves de ventilateur de l'hôpital pour violation de brevet. Pour atténuer les litiges de propriété intellectuelle à l'avenir, les fabricants pourraient licencier leurs designs à leurs clients pour qu'ils puissent imprimer des pièces de rechange localement pour combler les gaps imprévus dans l'approvisionnement. Cela ferait à son tour des économies pour le fabricant, car ils « sous-traiteraient » leurs coûts de fabrication au client.

Conception non-experte

Comme les valves de ventilateur imprimées en 3D à Brescia l'ont illustré, il est possible pour des ingénieurs avec peu ou pas d'expérience dans la conception d'une pièce particulière de concevoir rapidement un design fonctionnel et le créer avec la fabrication additive. Contrairement aux autres techniques de fabrication, la flexibilité de la fabrication additive signifie que les ingénieurs et designers n'ont pas besoin d'années d'expérience à adapter leurs designs pour les contraintes de fabricabilité.

L'autonomisation de designers inexpérimentés par l'additive sera poussée plus loin par le design génératif, aussi connu sous le nom de design assisté par IA. Les logiciels d'aujourd'hui peuvent automatiquement optimiser pour différentes techniques de fabrication, coupant le temps entre design et fabrication. Optimiser les designs pour la fabrication additive sera particulièrement précieux non seulement pour les implications de chaîne d'approvisionnement, mais aussi parce que cela peut débloquer de meilleurs designs.

L'IA générative fait tourner des milliers de simulations pour trouver les designs les meilleurs et les plus efficaces qui rencontrent tous les objectifs et contraintes du designer, optimisant pour des choses comme le poids, la résistance, les propriétés thermiques, et la dynamique des fluides. Dans la plupart des cas, les résultats impliquent des géométries complexes et organiques, contrairement aux lignes droites rigides et polyèdres vers lesquels les designers humains gravitent. Comme il s'avère, ces formes organiques et irrégulières peuvent être créées le plus efficacement par la fabrication additive.

Consolidation de pièces

Un autre avantage du design génératif est la capacité de consolider les designs d'assemblages composés de multiples composants, qui peuvent alors être imprimés avec la fabrication additive. Au lieu d'avoir une chaîne d'approvisionnement distribuée pour les pièces et d'assembler en interne, l'assemblage entier pourrait être imprimé sur site.

La consolidation de pièces peut générer des économies significatives pour les fabricants. En contraste avec la fabrication soustractive, la fabrication additive n'utilise que le matériel nécessaire pour le design, réduisant les déchets et coûts de matériel. Le coût d'expédition des pièces est aussi 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 précieuse pour certains équipements critiques de sauvetage de vie qui seront en pénurie pendant la pandémie. Il y a déjà des ingénieurs travaillant sur de nouveaux designs pour rencontrer la demande grandissante. Le Défi CoVent-19 est un effort de crowdsourcing pour développer des ventilateurs innovants, rapidement déployables pour augmenter la capacité des hôpitaux à gérer le déluge de patients luttant pour respirer.

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