Industrie 4.0 et fabrication distribuée : moteurs d'une production durable

Les fabricants adoptent des technologies comme l'impression 3D pour déplacer une partie de la production localement, utiliser des matériaux plus durables et réduire les déchets.

La pandémie actuelle a révélé de nombreux défis nouveaux et existants dans la chaîne d'approvisionnement mondiale : usines fermées pour cause de confinement, nécessité de reconfigurer de nombreuses lignes de production, perturbations mondiales du fret aérien et maritime.

Alors que la plupart des usines ont repris des opérations normales dans de nombreux pays, surtout en Asie, les changements de distribution nécessaires pour livrer les équipements de protection ont laissé des conteneurs d'expédition vides dans des lieux inhabituels. Récupérer ces conteneurs est coûteux, et les fabricants font face à des coûts et délais d'expédition supplémentaires pour envoyer leurs produits aux clients et centres de distribution.

Les fabricants étaient contents de délocaliser, mais maintenant ils veulent rapatrier

En 2010, le défunt Andy Grove, ex-CEO d'Intel, écrivait dans Businessweek : « Les entreprises américaines ont découvert qu'elles pouvaient faire fabriquer et même concevoir leurs produits moins cher à l'étranger. Quand elles l'ont fait, les marges se sont améliorées. La direction était contente, et les actionnaires aussi. La croissance a continué, encore plus rentable. Mais la machine à emplois a commencé à caler. »

Les fabricants asiatiques ont appris vite et ont démarré leur industrie dans des composants clés : LCD, moulage par injection (résultat des investissements massifs dans la fabrication de jouets en Chine), batteries lithium-ion, cartes sans fil, cartes de contrôle, circuits flex, etc. Les entreprises américaines étaient ravies de s'y conformer, pensant garder la conception et l'ingénierie haut de gamme de produits innovants.

Maintenant que beaucoup d'usines se démènent pour obtenir les composants dont elles ont besoin, de nombreux OEM cherchent des technologies innovantes pour rapprocher la production de leurs marchés.

Des technologies comme l'impression 3D et la découpe laser permettent la production locale de séries limitées à des prix compétitifs face au moulage par injection et à la fabrication par jet d'eau.

Au cours de la dernière décennie, l'impression 3D a évolué d'une technologie expérimentale pour productions très limitées à une technologie produisant de grandes quantités de pièces spécialisées pour plusieurs industries.

Les grandes entreprises, surtout dans l'électronique grand public, sous-traitent depuis des années certaines tâches de développement de nouveaux produits, surtout pour le design de prototypes et l'emballage. Maintenant, des entreprises plus petites, initialement réticentes à laisser des extérieurs collaborer sur de nouveaux produits, demandent des choses comme le développement de code d'impression 3D, la validation de produit, et les tests extérieurs de nouveaux produits à faire par des fournisseurs externes.

« Depuis les premiers confinements, il y a eu un changement dans le travail que nous faisons pour plusieurs clients, surtout des entreprises de taille moyenne à grande. Maintenant qu'il est recommandé d'éviter les déplacements et le lieu de travail habituel, les employés en télétravail et équipes de développement à l'étranger nous demandent de développer des designs et prototypes », dit David Tena, propriétaire du FabCafe à Barcelone. « Par exemple, pour une entreprise basée à Chicago, nous concevons un boîtier pour un dispositif électronique, en coordination avec leur équipe de développement électronique, partageant les changements et améliorations que nous faisons tous les deux et imprimant en 3D les itérations pour les tester physiquement. »

De nouveaux matériaux permettent une production plus durable et une réduction des déchets

L'impression 3D pour l'industrie permet la production de nombreuses structures géométriques et simplifie le processus de design produit. Elle est aussi relativement respectueuse de l'environnement. En production de faible à moyen volume, elle peut aussi réduire les délais et coûts totaux de production.

Dans l'impression 3D, contrairement à la fabrication traditionnelle, le coût par unité ne dépend pas du volume. L'impression 3D permet aussi de produire les mêmes pièces avec exactement les mêmes spécifications n'importe où dans le monde, économisant ainsi le coût additionnel de transport et rendant la production plus durable. Aussi, à mesure que les imprimantes 3D industrielles deviennent moins chères et plus rapides, le besoin de stockage et de gros stocks devient moins critique, car les pièces peuvent être fabriquées à la demande.

Actuellement, la plupart des imprimantes 3D industrielles utilisent des polyamides comme PA11 et PA12. Ces plastiques haut de gamme sont les matériaux de choix pour applications où sécurité, durabilité ou fiabilité sont critiques. Ils servent à fabriquer des pièces fiables pour industries comme l'automobile, le médical, le sport et l'aéronautique. Le PA11 est un bio-polyamide 100 % issu de matériaux recyclés, essentiel pour soutenir les initiatives d'économie circulaire. Jusqu'à récemment, leur prix élevé rendait ces matériaux trop chers pour les biens de consommation à bas coût.

HP et d'autres fabricants utilisent maintenant d'autres matériaux comme le verre haute température et certains métaux.

De plus, il est maintenant possible d'imprimer des circuits électroniques de base sur des pièces imprimées en 3D. La nouveauté ici est l'impression d'électronique 3D embarquée dans les objets. Donc, pour un coût marginal quasi nul, vous pouvez intégrer des capteurs. Chaque article peut avoir des lignes d'alimentation, de signal et des capteurs intégrés dans la pièce imprimée en 3D.

« Le fait que l'Industrie 4.0 permette économiquement la fabrication distribuée signifie qu'on peut changer la façon dont on construit et distribue les produits », a déclaré Ramón Pastor, Vice-président et Directeur Général, Impression 3D, HP, dans une interview avec IoT Times. « Il y a des estimations que jusqu'à la moitié du carburant, carburant fossile dans ce cas, consommé dans le monde est utilisé pour transporter les produits de là où ils sont produits à là où ils sont consommés. En ce sens, la combinaison de l'Industrie 4.0, de la fabrication digitale et de l'impression 3D nous permet de changer ce paradigme et d'aller vers la fabrication distribuée, qui est essentiellement : vous fabriquez ce dont vous avez besoin au moment où vous en avez besoin à côté de là où est la demande. »