Même si nous faisons en sorte de ne pas utiliser le mot « durabilité » sans données clés, nous reconnaissons qu’il faudra du temps aux équipementiers et aux utilisateurs de la FA pour fournir une analyse quantitative démontrant à quel point leur technologie est efficace et s’aligne sur une « vision de la durabilité » qui tient compte du « triple bilan » que nous avons souligné de diverses manières dans la dernière édition de 3D ADEPT Mag. Ce que nous pouvons faire en revanche, c’est mettre en évidence les arguments qui joueraient en faveur des technologies des fabricants, arguments sur lesquels ils pourraient se concentrer, afin de plonger en profondeur dans cette analyse quantitative indispensable. C’est ce que cet article a pour ambition d’explorer, en se concentrant sur la fabrication additive à grande échelle (LSAM abréviation de « Large-Scale Additive Manufacturing » en anglais).
Développée par Thermwood, fabricant de machines basé dans l’Indiana, aux États-Unis, la LSAM est apparue sur le marché comme une alternative à l’approche largement répandue de l’impression 3D en polymère, qui consiste à fabriquer la pièce avec une extrudeuse pendant sur une table chaude, dans une chambre chauffée, en gardant la pièce fabriquée chaude jusqu’à la fin de la fabrication. Pour le fournisseur de machines et de services d’impression 3D grand format avec des matériaux composites en granulés de polymère renforcé de fibres (FPR), cette approche était difficile à mettre à l’échelle, en particulier pour les grandes pièces de forme proche du filet, d’où l’accent mis sur le développement de systèmes dédiés. Ces derniers comportent une grande bille, peuvent imprimer en 3D à température ambiante dans un processus essentiellement de « refroidissement continu ». Cela fait plus de cinq ans que Thermwood met au point ses procédés, et jusqu’à présent, il a démontré qu’il existe un marché pour les très grandes pièces imprimées en 3D.
Au fil du temps, nous avons été témoins des possibilités offertes par la fabrication additive à grande échelle de Thermwood et nous avons assisté au développement de nouvelles approches et fonctionnalités telles que la technologie VLP (Vertical Layer Print) ou le capteur thermique, qui visent toutes à améliorer les processus de fabrication avec ces machines. « Le LSAM est un outil qui, lorsqu’il est utilisé par un artisan qualifié, peut produire des articles qui n’étaient pas prévus à l’origine pour cette technologie. Le prototypage de grands composants présente un intérêt particulier ces derniers temps. [Cependant, la collaboration avec l’industrie pour montrer ce qu’il est possible de réaliser avec la technologie de FA à grande échelle est primordiale pour transmettre efficacement l’information aux bonnes personnes », a déclaré Jim Bullis, vice-président des ventes chez Thermwood à 3D ADEPT Media.
Le paysage actuel de la fabrication étant déterminé par l’émergence de processus de fabrication qui permettent une production à plus grande échelle, plus économique et plus efficace en termes de ressources, grâce à des avantages significatifs en termes de durabilité, il est logique de discuter de la manière dont la LSAM contribue à cette nouvelle ère de la fabrication.
Les indicateurs de performance en matière de durabilité
Il existe actuellement différents principes de durabilité qui sont explorés et adoptés dans la fabrication. Chez 3D ADEPT, nous pensons qu’il doit s’agir d’un voyage continu au cours duquel les organisations doivent s’engager à se concentrer autant sur les préoccupations sociales et environnementales que sur les bénéfices (économiques), d’où le triple bilan (ou triple bottom line) : bénéfices, personnes et planète. Ce voyage ne doit pas être entrepris dans la précipitation. Pour de nombreuses organisations, chacune de ces lignes de fond comprend diverses catégories et parfois des sous-catégories qui peuvent servir d’indicateurs pour savoir où améliorer les processus.
Il est intéressant de noter que, si l’accent est souvent mis sur les processus de fabrication, nous nous rendons compte que les changements apportés à une ligne de fond peuvent avoir un effet positif sur d’autres catégories de performance. C’est en tout cas ce que révèle l’exemple de la LSAM de Thermwood.
Les arguments qui font la force de la LSAM
Il va sans dire que les caractéristiques communes des technologies de FA en général impliquent des avantages communs en matière de durabilité. Par exemple, étant donné que la FA permet une production décentralisée – donc la possibilité d’être plus proche du point de consommation – cela simplifie les chaînes d’approvisionnement, a un impact environnemental plus faible et permet une gestion des ressources plus facile.
L’un des tout premiers arguments qui permet à Thermwood de se démarquer est l’hybridation de ses processus. Malgré sa flexibilité, la FA souffre d’une mauvaise réputation du fait qu’il offre souvent une finition de surface et une précision médiocres. Thermwood a levé cet obstacle en combinant des routeurs CNC à des capacités d’impression 3D.
En termes simples, après le processus d’impression 3D de la pièce, celle-ci est ajustée à la taille et à la forme exactes souhaitées à l’aide d’une machine CNC. « La LSAM peut effectuer les fonctions “additive” et “soustractive” sur la même machine. Cette approche, appelée “Near-Net shape”, utilise un matériau thermoplastique renforcé de fibres de carbone pour créer rapidement une pièce qui est proche, mais pas exactement, de la forme nette finale. La fonction “soustractive” usine ensuite la pièce à la forme nette finale exacte », a déclaré Dennis Palmer, ancien vice-président des ventes chez Thermwood, à 3D ADEPT Media.
Cette hybridation de la FA et de l’usinage CNC est très pertinente dans le contexte de la fabrication future. Elle permet d’éviter le transfert et le réglage inefficaces et sources d’erreurs des pièces, tout en économisant un espace précieux dans l’atelier. Ce faisant, l’utilisateur du LSAM bénéficie de la durabilité économique de la FA en augmentant la rentabilité de l’investissement en capital (indicateur de durabilité = profit).
En outre, cette hybridation des processus de FA, d’usinage et/ou CNC offre des opportunités à la main-d’œuvre actuelle qui a acquis une expertise dans les processus de fabrication conventionnels. Pour cette main-d’œuvre, il ne sera pas difficile de transposer ses compétences matérielles et immatérielles dans un environnement industriel avec la FA. (indicateur de durabilité = personnes).
Le deuxième argument qui mérite d’être mentionné est celui des matériaux recyclés. Nous avions l’habitude de mettre en avant les matériaux en poudre réutilisables et recyclables ou les filaments recyclés dans d’autres procédés de FA. Il s’avère que les machines LSAM de Thermwood peuvent également traiter des matériaux composites recyclés en granulés de polymère renforcé de fibres (FRP), améliorant ainsi l’efficacité des matériaux et réduisant les déchets de matériaux en diminuant l’empreinte carbone (indicateur de durabilité = planète).
En fait, « les matériaux recyclés sont actuellement utilisés dans une variété d’applications d’impression 3D LSAM », note Bullis. « Certaines des complexités sont liées au fait qu’il faut dépasser les expériences antérieures qui n’ont peut-être pas été couronnées de succès. Les producteurs de matériaux travaillent en permanence à la mise au point de nouvelles formulations. Le LSAM permet aux propriétaires/utilisateurs de travailler directement avec les producteurs de matériaux pour développer de nouvelles formulations susceptibles de leur procurer un avantage concurrentiel. Les utilisateurs ne sont pas « menottés » à un fournisseur de matériaux particulier, ce qui leur permet d’être plus compétitifs », ajoute-t-il en parlant des complexités de l’utilisation de l’impression 3D de composites en PRFV.
Un nombre réduit d’étapes de traitement. Nous considérons la capacité de fabriquer en une seule « pièce » comme un indicateur de performance durable, car la plupart des processus de fabrication nécessitent souvent plusieurs étapes de traitement et parfois plusieurs machines pour obtenir la pièce finale. « Le modèle phare du LSAM peut mesurer jusqu’à 100′ de long et 15′ de large » (2,5mx 0,4m), rappelle Bullis, ce qui permet de fabriquer un certain nombre de pièces en une fois.
Le fait de pouvoir utiliser une machine LSAM pour créer des pièces dans leur intégralité peut entraîner une réduction des besoins en énergie, mais aussi avoir un impact positif sur d’autres catégories ou coûts.
Ces arguments sont le début d’une conversation beaucoup plus profonde que nous espérons poursuivre avec Thermwood à l’avenir. En effet, si nous voulons éduquer et mettre en évidence les indicateurs de performance durable qui peuvent résulter de l’intégration de la LSAM dans les environnements de production, nous voulons également mettre en garde contre ces avantages apparemment évidents que la FA pourrait introduire et qui se traduisent souvent par des implications erronées sur les références « vertes » de la technologie.
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