Au cours des dix dernières années, l’industrie de la fabrication additive a connu une croissance rapide, du prototypage à la production de pièces finales, où la complexité et les exigences de qualité sont beaucoup plus élevées. D’autre part, le secteur industriel évolue de la production de masse à faible coût vers une production plus personnalisée.
La production de masse avec la fabrication additive est l’un des défis les plus importants pour son industrialisation complète. Selon le rapport « Challenges in the industrialization of additive manufacturing« , publié dans le cadre du projet AM-Motion (Programme Horizon 2020, Commission européenne), certains des défis que la technologie de fabrication additive devra relever dans les années à venir sont l’intégration et l’automatisation des systèmes de production, et l’augmentation de la productivité et de l’efficacité pour gagner en compétitivité par rapport aux technologies de fabrication traditionnelles.
Le grand avantage offert par la fabrication additive pour fabriquer à la demande, réduire les coûts logistiques et l’empreinte environnementale, et réaliser des économies pertinentes avec la réduction des stocks et des entrepôts physiques, viendra de l’intégration et de l’automatisation des processus : l’intégration des équipements et des logiciels et l’intégration des processus physiques et du fil numérique, seront la clé pour rendre possible la fabrication de pièces de manière distribuée et à distance, en garantissant leur qualité et leur traçabilité.
Intégrer les technologies de systèmes d’information et les technologies opérationnelles
**information technology (IT) systems /operational technology (OT)
La fabrication additive est le paradigme de la fabrication numérique. À partir d’un fichier 3D, un objet complet peut être construit en déposant couche sur couche de matériau. Dans ce processus, à un moment donné, le monde numérique d’un fichier devient physique dans un objet. Par conséquent, les mondes numérique et physique doivent s’intégrer dans le processus. D’un point de vue pratique, l’intégration complète des systèmes d’entreprise (TI) et des systèmes opérationnels dans l’atelier (OT) nécessite également la réalisation d’étapes de base pour obtenir un flux de travail efficace. L’automatisation et les outils de planification intelligents sont essentiels dans ce processus.
- Construction d’un inventaire numérique, rassemblant toutes les informations et fichiers numériques nécessaires à chaque étape du processus : spécifications, exigences, flux de travail, conditions de fabrication et de post-traitement, besoins de certification, etc.
- Génération d’un flux de travail personnalisé pour chaque pièce, avec une traçabilité complète au stade numérique et physique, en mettant en œuvre des solutions de suivi et de traçabilité dans l’atelier, au moyen de QR/RFID ou d’autres dispositifs appropriés.
- Mise en œuvre d’une hiérarchisation intelligente des commandes de fabrication en fonction du temps de besoin, du processus complet et de l’occupation des machines afin de maximiser la productivité (et donc le retour sur investissement).
- Garantir un accès complet aux informations de production en temps réel.
- Mettre en œuvre une estimation intelligente de l’ordonnancement et une replanification automatique en fonction de toute mise à jour des besoins, des incidents, des non-conformités ou des changements de la demande.
Intégrer les processus
Ce flux de travail dans la fabrication additive se traduit par l’intégration de plusieurs processus et opérations différents. À commencer par la gestion des matières premières, qui doit garantir le respect des conditions de stockage et de transport, et assurer la traçabilité lors du stockage, pendant le processus d’alimentation et après le recyclage. L’intégration des processus de fabrication (alimentation, impression 3D, extraction, inspection, finition…) offre de nombreuses possibilités d’intégrer des solutions d’automatisation dans ces processus, d’optimiser les temps de production et de gagner en compétitivité. Il est de plus en plus courant d’incorporer l’automatisation entre les processus ou de développer des systèmes de fabrication hybrides et continus. Dans tous les cas, il est essentiel de disposer d’un système de traçabilité adéquat.
La connectivité avec les équipements est nécessaire pour réaliser une véritable intégration du flux de fabrication physique et numérique et permet de surveiller le processus en temps réel et de valider les paramètres de fabrication. La traçabilité et l’intégration des systèmes de production doivent être maintenues jusqu’au stade de la gestion du produit fini. L’intégration avec le système ERP (Enterprise Resources Planning) et avec le MES (Manufacturing Execution System) assure une traçabilité complète du processus, de la matière première à l’expédition, ce qui permet d’économiser du temps et des ressources dans les tâches d’inspection et de gestion documentaire.
Intégrer les technologies numériques dans la FA
La reproductibilité et la productivité sont quelques-uns des défis à relever dans la fabrication additive pour gagner en compétitivité par rapport aux autres technologies de fabrication conventionnelles. Dans les deux cas, les progrès et les améliorations des nouveaux systèmes sont énormes, avec l’intégration de différentes technologies numériques, comme l’analyse des données et l’apprentissage automatique pour la surveillance des processus, les solutions robotiques pour l’automatisation ou l’IOT (Internet des objets) et les plateformes numériques pour connecter les équipements, les dispositifs et les systèmes informatiques.
Influence du processus de fabrication
La fabrication additive est un processus de fabrication considéré comme « spécial », comme la soudure, l’adhésif ou la fabrication de matériaux composites. Cela signifie que l’effet de la variabilité des nombreux paramètres du processus de fabrication peut influencer considérablement le résultat. Il est donc très important de définir ces paramètres et leur plage de variation et de les surveiller pendant le processus. Pour la première étape, la définition des paramètres, dans les technologies à faible coût, vous pouvez recourir à l’expérience ou à certains tests qui nous aident à définir les paramètres de fabrication. Pour les technologies à coût élevé, la technique des essais et des erreurs peut être trop coûteuse, c’est pourquoi on utilise des procédés de simulation de processus.
En ce qui concerne la surveillance et le contrôle des processus, des techniques d’analyse de données utilisant l’apprentissage automatique et l’apprentissage approfondi sont utilisées pour identifier les écarts potentiels en analysant l’interaction entre différents paramètres, ce qui serait impossible à détecter avec des techniques de surveillance plus simples. D’autre part, les progrès dans ce domaine comprennent également le développement de modèles prédictifs (avertissement d’une déviation avant qu’elle ne se produise) et même prescriptifs (établissement d’une action pour contrecarrer la déviation identifiée).
Flux d’informations et sécurité
En raison de la nature de la fabrication numérique intrinsèque à la fabrication additive, la sécurité du fil numérique est un facteur critique. D’énormes progrès sont réalisés dans ce domaine, pour garantir qu’il n’y ait pas de variation ou d’attaque des données tout au long du processus (protection de la sécurité du système), et pour garantir que l’accès aux données se fasse de manière contrôlée et autorisée (protection de la propriété intellectuelle). Ces deux facteurs sont critiques et essentiels pour permettre un modèle commercial de fabrication distribuée.
La sécurité des systèmes (cybersécurité) consiste à protéger le matériau, les logiciels et les microprogrammes des ordinateurs (systèmes IdO et OT) Pour la protection de la propriété intellectuelle, la technologie Blockchain est utilisée pour suivre et tracer le flux d’informations, et évaluer que les objets soient produits dans un équipement préalablement validé, que le nombre d’unités fabriquées est celui stipulé et que cela est fait par des fabricants autorisés.
ADDvance fournit des services et des produits pour soutenir une industrialisation efficace de la fabrication additive. ADDvance aide ses clients à constituer leur propre inventaire numérique de pièces et à permettre une fabrication distribuée et à distance, en assurant la qualité et la traçabilité indispensables de ces pièces grâce à la plate-forme ADDvance.
ADDvance commercialise également des cellules de production entièrement autonomes (ADDvanCELL®) permettant la fabrication sur le terrain et la gestion à distance. Les cellules de production ADDvanCELL® intègrent tous les équipements et logiciels nécessaires à l’impression, la finition et la vérification, et fournissent la plate-forme permettant de gérer la production de manière autonome et à distance, avec une traçabilité et une sécurité totales. Les solutions ADDvanCELL® peuvent intégrer la robotique et l’intelligence artificielle dans les applications où l’interaction humaine doit être minimisée.
