Imprimantes 3D Industrie

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, a parcouru un long chemin depuis sa création dans les années 1980. Si l'impression 3D était à l'origine un outil de prototypage rapide, elle a aujourd'hui évolué pour couvrir un certain nombre de technologies différentes.  

L'évolution de l'impression 3D a vu une croissance rapide du nombre d'entreprises adoptant cette technologie. Les applications et les cas d'utilisation varient d'un secteur à l'autre, mais comprennent généralement des aides à l'outillage, des prototypes visuels et fonctionnels, et même des pièces d'utilisation finale.

Alors que les applications potentielles de l'impression 3D se multiplient, les entreprises commencent à trouver des moyens de créer de nouveaux modèles commerciaux et de nouvelles opportunités grâce à cette technologie.

Dans ce guide, nous allons explorer l'état actuel de l'impression 3D dans une série d'industries, y compris la façon dont la technologie est utilisée dans différents secteurs. À l'aide d'exemples concrets, nous espérons que ce guide vous permettra de mieux comprendre comment l'impression 3D est utilisée pour stimuler l'innovation et la croissance des entreprises.

Aérospatiale et défense

Le secteur de l'aérospatiale et de la défense (A&D) est l'un des premiers à avoir adopté l'impression 3D, la première utilisation de cette technologie remontant à 1989. Aujourd'hui, trois décennies plus tard, l'A&D représente une part de 16,8 % du marché de la fabrication additive, qui s'élève à 10,4 milliards de dollars, et contribue largement aux efforts de recherche en cours dans ce secteur. 

Les progrès de l'AM dans le domaine de l'A&D sont en grande partie dus aux principaux acteurs de l'industrie, notamment GE, Airbus, Boeing, Safran et GKN. Ces entreprises et d'autres ont identifié la proposition de valeur qu'apporte l'impression 3D :

• Prototypes fonctionnels

• Outillage

• Composants légers

Comme nous pouvons le constater, l'impression 3D pour l'aérospatiale ne se limite pas aux prototypes. Des pièces réelles et fonctionnelles sont également imprimées en 3D et utilisées dans les avions. Parmi les exemples de pièces pouvant être produites par impression 3D, citons les conduits d'air (SLS), les panneaux muraux (FDM) et même les composants métalliques structurels (DMLS, EBM, DED).

Les avantages de l'impression 3D pour l'aérospatiale et la défense

Production à faible volume

Pour des industries comme l'aérospatiale et la défense, où des pièces très complexes sont produites en faibles volumes, l'impression 3D est idéale. Grâce à cette technologie, il est possible de créer des géométries complexes sans avoir à investir dans des équipements d'outillage coûteux. Les équipementiers et fournisseurs de l'aérospatiale disposent ainsi d'un moyen rentable de produire de petits lots de pièces de manière rentable.  

Réduction du poids

Avec l'aérodynamisme et les performances des moteurs, le poids est l'un des facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la conception d'un avion. La réduction du poids d'un avion permet de diminuer considérablement ses émissions de dioxyde de carbone, sa consommation de carburant et sa charge utile.  

C'est là qu'intervient l'impression 3D : cette technologie est une solution idéale pour créer des pièces légères, ce qui permet de réaliser des économies de carburant considérables. Associée à des outils d'optimisation de la conception tels que les logiciels de conception générative, la possibilité d'accroître la complexité d'une pièce est presque illimitée.

Efficacité des matériaux

Comme le processus d'impression 3D fonctionne en produisant des pièces couche par couche, le matériau n'est, pour l'essentiel, utilisé que là où il est nécessaire. Par conséquent, il produit moins de déchets que les méthodes soustractives traditionnelles.

La sélection de matériaux imprimables en 3D disponibles pour les applications aérospatiales et de défense va des thermoplastiques de qualité technique (par exemple, ULTEM 9085, ULTEM 1010, PAEK, nylon renforcé) aux poudres métalliques (alliages haute performance, titane, aluminium, acier inoxydable).

La gamme de matériaux imprimables en 3D est en constante expansion, ce qui ouvre la voie à des applications aérospatiales avancées.

Consolidation depièces

L'un des principaux avantages de l'impression 3D est la consolidation des pièces : la possibilité d'intégrer plusieurs pièces dans un seul composant. La réduction du nombre de pièces nécessaires peut simplifier considérablement le processus d'assemblage et de maintenance en réduisant le temps nécessaire à l'assemblage.

Entretien et réparation 

La durée de vie moyenne d'un avion peut varier entre 20 et 30 ans, ce qui fait de la maintenance, de la réparation et de la révision (MRO) une fonction importante dans l'industrie. Les technologies d'impression 3D de métaux comme le dépôt par énergie directe sont couramment utilisées pour réparer les équipements aérospatiaux et militaires. Les pales de turbines et autres équipements haut de gamme peuvent également être restaurés et réparés en ajoutant du matériau aux surfaces usées.

Automobile

L'industrie automobile est un utilisateur croissant de la fabrication additive : rien qu'en 2019, les revenus mondiaux de l'AM automobile ont atteint 1,4 milliard de dollars. Ce chiffre ne fait qu'augmenter, puisque les revenus liés à l'AM dans la production de pièces automobiles devraient atteindre 5,8 milliards de dollars d'ici 2025, selon un rapport de SmarTech. Dans des domaines comme les sports automobiles et les courses de performance, les outils de conception tels que la conception générative et l'optimisation de la topologie modifient lentement les approches traditionnelles de la conception des pièces.

Si le prototypage reste actuellement la principale application de l'impression 3D dans l'industrie automobile, les entreprises trouvent de plus en plus d'autres cas d'utilisation, comme l'outillage. En outre, plusieurs entreprises automobiles commencent à trouver des applications finales innovantes pour l'impression 3D, ce qui laisse présager une évolution passionnante pour le secteur.

Les avantages de l'impression 3D pour l'automobile

Développement plus rapide des produits

Le prototypage est devenu un élément clé du processus de développement des produits, offrant un moyen de tester et de valider les pièces avant leur fabrication. L'impression 3D offre une approche rapide et rentable de la conception et de la production de pièces. Puisque le besoin d'outillage est éliminé, les équipes de produits peuvent accélérer considérablement les cycles de développement de produits.  

Une plus grande souplesse de conception

La possibilité de produire rapidement des conceptions donne aux concepteurs une plus grande flexibilité lorsqu'ils testent plusieurs options de conception. L'impression 3D permet aux concepteurs d'effectuer des changements et des modifications de conception rapides en une fraction du temps.

Personnalisation

L'impression 3D offre aux constructeurs automobiles un moyen rentable et flexible de produire des pièces personnalisées. Dans le segment du luxe et des sports mécaniques, des entreprises utilisent déjà cette technologie pour produire des pièces personnalisées, tant pour l'intérieur que pour l'extérieur d'un véhicule.  

Créer des géométries complexes

La majorité des composants automobiles nécessitant des géométries complexes telles que des canaux internes (pour le refroidissement conforme), des parois minces et des mailles fines, l'AM permet de produire des pièces très complexes qui restent légères et durables.

Médical et dentaire

L'industrie médicale et dentaire est l'un des secteurs qui adopte le plus rapidement la fabrication additive. Et comme 97 % des professionnels de l'AM médical sont convaincus que l'utilisation de l'impression 3D va continuer à augmenter dans ce secteur, cette tendance semble devoir se poursuivre. Des dispositifs médicaux aux prothèses et même à la bio-impression, les applications de la fabrication additive pour l'industrie médicale sont polyvalentes et vastes.  

Les avantages de l'impression 3D pour le secteur médical et dentaire  

Quel est le moteur de cette croissance ? La liberté géométrique offerte par l'AM et la possibilité de fournir des soins plus personnalisés aux patients de manière rentable sont extrêmement attrayantes. Et lorsqu'elle est associée au scanner, l'impression 3D peut être utilisée pour fournir des solutions spécifiques aux patients, telles que des implants et des appareils dentaires.

Dispositifs médicaux améliorés

L'impression 3D est une technologie idéale pour créer ou optimiser les conceptions de dispositifs médicaux. Grâce au prototypage rapide à faible coût, les fabricants de dispositifs médicaux disposent d'une plus grande liberté dans la conception de nouveaux produits, ce qui permet de mettre de nouveaux dispositifs médicaux sur le marché beaucoup plus rapidement.

Soins de santé personnalisés

L'industrie médicale peut tirer parti des capacités de l'impression 3D pour créer des dispositifs spécifiques aux patients. Par exemple, des dispositifs tels que des prothèses et des implants peuvent être produits plus rapidement et à un coût plus abordable qu'avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

Biens de consommation

Pour rester compétitifs dans un paysage commercial en constante évolution, les détaillants et les industries axées sur le consommateur doivent être en mesure de s'adapter à l'évolution des demandes des consommateurs et des tendances industrielles de manière agile. La fabrication additive répond à ces besoins, en offrant une approche rentable du développement, des essais et de la production des produits. De l'électronique grand public aux jouets et aux vêtements de sport, les acteurs clés de l'industrie des biens de consommation reconnaissent de plus en plus l'impression 3D comme un complément précieux aux solutions de fabrication existantes.

En outre, le développement récent des imprimantes 3D industrielles de bureau a mis la technologie à la portée des concepteurs et des ingénieurs, accélérant ainsi les possibilités de réalisation dans ce secteur.

Les avantages de l'impression 3D pour les biens de consommation

Amélioration du développement des produits

Avant qu'un nouveau produit puisse être lancé, sa conception doit d'abord être validée, testée et approuvée. Ce processus se déroule pendant la phase de développement du produit. Les prototypes et les modèles constituent un aspect essentiel de ce processus, car ils sont couramment utilisés à des fins d'étude de marché, de test et de validation.

L'impression 3D accélère considérablement ce processus en permettant la production rapide de prototypes et de modèles. Grâce à cette technologie, les concepteurs de produits et les ingénieurs sont en mesure de développer et de tester de multiples itérations et d'effectuer des tests répétitifs dans un délai beaucoup plus court.

Une mise sur le marché plus rapide

La capacité d'accélérer les délais de développement des produits a un impact direct sur la vitesse de mise sur le marché. L'affaire est simple : en étant en mesure de tester et de valider les produits plus rapidement, les concepteurs et ingénieurs de produits peuvent accélérer leur mise sur le marché.

Certaines entreprises sont même allées plus loin en imprimant des produits en 3D pour tester des produits pilotes auprès des consommateurs. En 2015, PepsiCo a développé plusieurs prototypes de sa marque de chips Ruffles, testant par la suite les tailles auprès des consommateurs pour identifier celle qui était préférée. Le prototype le plus populaire a ensuite été utilisé pour créer une nouvelle trancheuse de chips dans les usines de fabrication de PepsiCo. 

Cette application de l'impression 3D a permis à PepsiCo de commercialiser beaucoup plus rapidement les différents parfums de sa marque Ruffles, qui sont désormais disponibles sur une bonne douzaine de marchés dans le monde.

Personnalisation de masse 

L'impact le plus important de l'impression 3D pour les biens de consommation réside peut-être dans la possibilité de créer des produits personnalisés, adaptés aux besoins des consommateurs.  

Avec la fabrication traditionnelle, où les produits sont généralement fabriqués en masse, la production de produits personnalisés en petits lots est très inefficace et non rentable.

Ces limites sont éliminées avec la fabrication additive - et les entreprises profitent déjà de la possibilité de fournir un service personnalisé à leurs clients.

Biens industriels

Le secteur des biens industriels comprend la production de composants de machines, d'outillage et d'équipements utilisés dans la fabrication d'autres biens. Avec l'augmentation des coûts de production et la numérisation de la fabrication, les équipementiers industriels doivent constamment évoluer pour conserver leur agilité opérationnelle et maintenir les coûts à un niveau bas. Les fabricants se tournent donc de plus en plus vers l'impression 3D pour rester agiles, réactifs et innovants.

Principaux avantages de l'impression 3D pour les biens industriels 

Complexité de la conception

Comme nous l'avons vu dans d'autres industries, le prototypage rapide est un cas d'utilisation clé de l'impression 3D pour le secteur des biens industriels. Les modifications de conception qui auraient pris des mois avec les méthodes de fabrication traditionnelles peuvent être mises en œuvre beaucoup plus rapidement, souvent en moins d'une semaine, grâce à l'impression 3D.

Délais de livraison plus courts

Selon le rapport 2018 de Sculpteo sur l'état de l'industrie, 52 % des acteurs du secteur des biens industriels privilégient l'impression 3D pour sa capacité à réduire les délais. L'impression 3D ne nécessitant pas d'outill