Entretien du numéro de novembre/décembre 2022, mis en ligne en février 2023. Olaf Diegel et John Barnes reviennent sur 2022 et présentent leurs attentes pour 2023. Leurs fonctions et leurs observations correspondent à cette période.
« Toute destination dans le modèle de maturité de la FA est l’endroit idéal où se trouver ».
Acquérir des compétences, construire une stratégie de mise sur le marché et choisir les bonnes applications sont autant d’enjeux pour adopter la fabrication additive. La formation et le conseil apportent deux regards complémentaires sur ces décisions. Pour comprendre les enseignements de 2022 et les pistes envisagées pour 2023, nous avons rencontré Olaf Diegel et John Barnes.
Professeur à l’université d’Auckland, Olaf Diegel associe enseignement et applications pratiques de la FA. Ses guitares imprimées en 3D illustrent notamment cette approche de la conception.
Avant de fonder The Barnes Global Advisors (TBGA) en 2017, John Barnes a notamment travaillé au sein de Skunk Works, chez Lockheed Martin, sur des programmes intégrant la FA métallique. À l’époque de l’entretien, son cabinet accompagnait la qualification et l’adoption industrielle de la technologie.
L’apprentissage de la FA et la recherche en 2022
Diegel décrit un enseignement qui relie conception et mise en pratique : un cours de troisième cycle d’un semestre consacré à la DfAM, ainsi que des formations industrielles de trois ou quatre jours proposées avec ASTM et Wohlers Associates.
En outre, par rapport aux années précédentes, « il semble que la fin de toutes les restrictions liées à la pandémie ait créé une soif d’apprentissage pratique », a expliqué le professeur de FA. « Je pense que beaucoup d’étudiants ont été assez privés de travaux pratiques et appliqués pendant la pandémie. Maintenant qu’il est possible de retourner dans les laboratoires et les ateliers, je constate que beaucoup d’étudiants veulent vraiment se salir les mains en résolvant des problèmes d’ingénierie pratiques. Et, à mon avis, parce que la conception pour la fabrication additive (DfAM) n’est pas un domaine de connaissance théorique, mais plutôt un domaine qui doit être appliqué de manière pratique pour ajouter une véritable valeur aux produits, les étudiants adorent ça. Et il en va de même pour les entreprises. Comme elles commencent à réaliser à quel point une bonne conception pour la FA est essentielle pour qu’elles puissent mettre en œuvre la FA de manière économique, elles réclament des connaissances pour le faire de la bonne manière », a-t-il déclaré.
Pour Barnes, la formation a toujours été l’un des principaux obstacles à l’adoption de la FA. Après plus de deux décennies dans l’industrie, et cinq ans de TBGA, il insiste toujours sur ce point :
« Je pense que la prise de conscience et l’appréciation de ce que la FA peut faire sont encore relativement jeunes. Que nous l’appelions formation ou développement des compétences, nous constatons dans presque tous les pays “matures” que la main-d’œuvre qualifiée est l’élément manquant dans les industries manufacturières. Si vous prenez un peu de recul, chaque fois que vous présentez quelque chose de perturbateur, par nature, il est difficile pour les gens d’y faire face. De plus, étant donné la diversité de la technologie disponible, il existe de nombreuses solutions parmi lesquelles choisir, et la plupart des gens sont bloqués parce qu’ils ne savent tout simplement pas ce que la FA peut faire. Ils ne conçoivent pas encore de produits qui peuvent vraiment tirer parti de la FA, parce que cela nécessite de prendre des risques et de franchir un cap ».
Dans un autre ordre d’idées, cette intégration des connaissances et des modes de pensée pour relever des défis complexes a été réalisée en quelque sorte grâce à des rencontres en face à face. Diegel a attiré notre attention sur une conséquence de la pandémie qui a profondément affecté le système éducatif et à laquelle nous n’avons pas vraiment prêté attention l’année dernière. Pour lui, la grande différence de l’année 2022 par rapport à l’année précédente, c’est de pouvoir à nouveau rencontrer les gens en face à face. « Cela inclut les étudiants, les collègues, les entreprises et les amis. Et aussi, une énorme différence a été pour les étudiants et les entreprises de ne pas avoir un accès direct aux machines lorsque le laboratoire était fermé. Il semble toujours plus difficile de résoudre des problèmes d’ingénierie, ou de concevoir de grands produits, sur Zoom ou Teams. Et comme cela a duré plus de deux ans, il est bon de retourner aux machines et de construire de vraies pièces, de tester physiquement les idées et de faire toutes ces choses amusantes. [En général], dans le monde entier, l’éducation a bien sûr été fortement touchée par l’incapacité des gens à voyager, ce qui signifie qu’il y a eu une énorme baisse du nombre d’étudiants internationaux. Mais avec un peu de chance, cela va commencer à se corriger », poursuit-il.
Barnes propose d’utiliser le modèle de maturité de la FA de TBGA pour relier besoins du produit, connaissances et compétences. Présenté en 2022, il comprend cinq niveaux, de 0 à 4, allant de la préproduction à des conceptions optimisées pour la FA. Il s’agit d’un outil d’accompagnement, pas d’une certification.
« C’est une façon de s’adapter au chaos », souligne le fondateur de TBGA. « En fin de compte, la pièce qui doit être créée a des exigences ; des compétences, des connaissances et des données sont nécessaires pour évaluer ces exigences. Le modèle de maturité dit simplement : ‘vous devez faire votre propre chemin ; vous devez trouver ce qui est le mieux pour vous et vos produits’. Et ce modèle est différent si vous fabriquez des prototypes, de l’outillage ou des pièces de production finale. Même si nous recommandons de commencer à créer des prototypes de conception et des montages d’essai, nous avons aussi l’habitude de dire aux gens que toute position dans leur modèle de maturité est l’endroit idéal où se trouver. »
Du point de vue de la recherche, les activités de recherche concernant les technologies avancées d’impression et de post-traitement, les matériaux innovants et les outils de conception/simulation prennent de l’ampleur. Dans cette liste, les sujets qui ont suscité l’intérêt des organisations cette année comprennent souvent l’amélioration du flux de conception et de fabrication grâce à des méthodes et des outils logiciels avancés, les possibilités de durabilité environnementale de la FA, les technologies avancées de post-traitement et/ou l’infrastructure de la FA pour la gestion des données et la fabrication additive basée sur le cloud. Pour Diegel, l’un des domaines sur lesquels il faut absolument se concentrer à l’heure actuelle est celui des machines :
« À l’heure actuelle, la plupart des systèmes de FA manquent d’intelligence. J’entends par là que la FA peut être assez difficile à utiliser pour obtenir de bonnes pièces. Toutes sortes de choses peuvent mal tourner au cours du processus d’impression. La machine peut ne pas étaler suffisamment de matériau pour une couche, la couche peut ne pas fusionner correctement avec la couche inférieure, la pièce peut se déformer pendant l’impression et faire échouer la fabrication. Quelle que soit la technologie utilisée, des problèmes peuvent survenir… Mais, pour l’instant, les systèmes de FA n’ont pas encore l’intelligence nécessaire pour détecter un défaut potentiel au moment où il se produit et le corriger pendant le processus d’impression. De nombreux systèmes disposent même de systèmes de vision de haute technologie ou de systèmes de surveillance du bain de fusion, mais ils ne les utilisent pas encore pour prendre des mesures correctives intelligentes. Un apport insuffisant de poudre, par exemple, n’est pas un phénomène rare dans la fusion sur lit de poudre métallique. Et, du point de vue de la vision par ordinateur, il est relativement facile à détecter. Alors pourquoi aucun des systèmes ne le fait-il et pourquoi, lorsqu’ils détectent un apport insuffisant, ils répandent une autre couche de poudre pour corriger l’erreur ? À mon avis, rendre les machines un peu plus intelligentes et à l’abri des erreurs nécessite encore beaucoup de travail pour augmenter considérablement l’adoption de la FA pour la production à grande échelle. Et rendre tous les systèmes beaucoup, beaucoup, beaucoup plus rapides ! [Dans un autre ordre d’idées], la vitesse est essentielle. À l’heure actuelle, l’un des facteurs qui rendent la FA si chère pour la production est son incroyable lenteur par rapport à de nombreuses autres technologies de fabrication conventionnelles. Pour augmenter considérablement les possibilités, il faut donc que la vitesse des systèmes de FA augmente considérablement. C’est ce que nous commençons à voir, avec des entreprises qui, par exemple, ajoutent davantage de lasers à leurs systèmes, mais je pense que nous avons besoin d’une augmentation un peu plus importante de la vitesse. Ainsi, celui qui y parviendra le premier bénéficiera probablement d’un bon avantage concurrentiel. »
Cette appréciation reflète le point de vue de Diegel en 2022. Elle distingue implicitement la détection d’un défaut de sa correction automatique ; elle ne constitue pas un inventaire exhaustif des fonctions de chaque machine.
De son côté, Barnes pense qu’il y a déjà un certain changement qui se produit du côté des machines, au niveau de la productivité. « Le domaine que les professionnels veulent examiner maintenant est l’espace numérique. Il faut mettre l’accent sur la cybersécurité et ce qu’elle signifie réellement ; le flux de travail numérique peut être amélioré. De nombreuses entreprises se lancent dans cet espace et proposent des solutions différentes de ce que nous avons vu par le passé. Certaines solutions logicielles permettent désormais de rectifier et de fluidifier ce flux de travail. Et ce phénomène va s’amplifier à l’avenir », souligne-t-il.
Gardez à l’esprit que ces avertissements n’ont pas pour but d’édulcorer les avancées qui ont eu lieu sur le marché de la FA cette année. En fait, Diegel reconnaît que les producteurs de matériaux ont franchi une étape supplémentaire dans leur développement :
« Le cuivre semble être un matériau très prisé dans le domaine des métaux. Nous commençons également à voir des polymères un peu plus écologiques pour la fusion sur lit de poudre (SLS), comme le nylon 11 qui est fabriqué à partir de graines de ricin plutôt que de produits pétrochimiques. Une autre tendance que j’ai remarquée lors du récent salon Formnext, à Francfort, est l’énorme prolifération d’imprimantes 3D à bras robotisé à grande échelle, pour l’impression de pièces en polymère ou en métal à grande échelle ».
Précision : le PA11 peut être produit à partir d’huile de ricin. Une origine biosourcée ne suffit toutefois pas à établir un meilleur bilan environnemental global ; production, usage et fin de vie restent à évaluer.
Et tout cela ne tient pas compte des petites victoires au niveau de l’utilisateur.
Adoption par les industries verticales – et les utilisateurs en général : où en sommes-nous ?
« Enfin, après de nombreuses années de recherche sur les matériaux, les machines, les technologies, etc. (ce qui est certainement formidable et important), la conception pour la FA commence à être appréciée comme un domaine d’une importance capitale si nous voulons que la FA soit beaucoup plus largement adoptée, et nous commençons donc à le voir comme un domaine de recherche en expansion », poursuit Diegel. Selon notre expert, outre les utilisateurs de la FA, de nombreux professionnels, dont les fabricants et les vendeurs de machines, ont négligé ce domaine de la DfAM – alors qu’ils devraient être ceux qui alertent les utilisateurs sur l’importance de ce concept. La route est certainement encore longue car de nombreuses entreprises conçoivent encore pour l’usinage ou le moulage par injection, et font ensuite une légère crise cardiaque lorsqu’on leur dit ce que coûterait l’impression.
« Si elles apprenaient à revoir leur conception de la bonne manière, elles pourraient potentiellement réduire le coût de la pièce de 25 % à plus de 90 %. Je pense donc qu’une grande partie de notre rôle consiste à enseigner comment concevoir correctement pour la FA et comment ajouter suffisamment de valeur à leurs pièces, grâce à une bonne conception, pour surmonter les coûts élevés de la fabrication additive », ajoute le professeur.
Cette fourchette de réduction des coûts est donnée par Diegel à titre de potentiel. Aucun ensemble de cas détaillés n’est fourni ici pour en faire une garantie applicable à toute pièce.
Barnes observe aussi un changement dans les questions de ses clients : au-delà de l’intérêt pour la FA, ils cherchent à fabriquer moins cher, mieux ou plus vite. Cela peut signaler une réflexion plus poussée sur la production, sans prouver à lui seul qu’un déploiement industriel est acquis.
« L’autre chose que nous avons beaucoup remarquée depuis la pandémie, c’est la volonté des entreprises d’utiliser la FA pour réduire les risques. Beaucoup d’entreprises fabriquent dans des régions éloignées et cherchent maintenant un plan pour atténuer ce risque. Je dis toujours aux gens que si vous êtes le CEO d’une entreprise et que vous ne pouvez pas répondre à cette préoccupation, vous allez être licencié. Cela ne signifie pas que vous devez répondre immédiatement à la question, mais que vous devez au moins avoir cette conversation », poursuit M. Barnes.
S’il pense que ces deux questions continueront à alimenter les conversations en 2023, il espère également qu’en termes d’adoption, l’utilisation de la technologie connaîtra une forte progression dans l’industrie automobile haut de gamme (des véhicules électriques) et dans le secteur de la réparation. Cela ne tient pas compte du fait que les problèmes liés à la chaîne d’approvisionnement, à l’inflation et à d’autres questions énergétiques continueront à inciter les gens à explorer de nouvelles solutions – et pour cela, « nous avons besoin de plus de cerveaux », [indépendamment de leur sexe et de la couleur de leur peau], conclut Barnes.
Cet entretien a initialement été publié dans le numéro de novembre/décembre 2022 de 3D ADEPT Mag.
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