Dossier publié initialement dans 3D ADEPT MAG en septembre–octobre 2020, puis mis en ligne en février 2021. Il comprend une contribution de Harshil Goel (Dyndrite) et Ty Pollak (Open Additive), dont les opinions et références au marché sont conservées dans leur contexte historique.
Comment accéder aux paramètres de fabrication, utiliser d’autres matériaux et mieux maîtriser les données d’une machine ? Pour certains acteurs de la fabrication additive métallique, des plateformes plus ouvertes peuvent apporter des réponses. Encore faut-il préciser ce qui est accessible, modifiable et documenté.
Ce dossier traite de l’essor et des raisons qui amènent les entreprises à considérer les plateformes de « fabrication ouverte ». Plus important encore, il vise à donner aux fabricants de diverses industries une autre option à envisager lorsqu’il s’agit d’investir dans les technologies de fabrication additive métallique.
L’ouverture peut concerner les matériaux acceptés, les paramètres, les données, les interfaces logicielles ou le matériel. Elle ne signifie pas nécessairement que le code source est disponible sous licence open source. Ces différents niveaux doivent être examinés séparément.
Pour discuter de ces choix, 3D ADEPT Media a interrogé Dyndrite et Open Additive, deux entreprises qui défendent une plus grande ouverture des outils de fabrication additive.
Fondée en 2016, Dyndrite développe un noyau géométrique et des outils logiciels pour la fabrication numérique. Le dossier examine aussi son Developer Council, qui réunit des acteurs de son écosystème.
Open Additive présente pour sa part des systèmes de FA métallique configurables, destinés notamment aux utilisateurs souhaitant modifier ou intégrer des fonctions de procédé et de suivi.
Harshil Goel, fondateur et CEO de Dyndrite™ et Ty Pollak, président et CEO d’Open Additive partagent leurs points de vue sur ce sujet.
Comment reconnaître une plate-forme “ouverte” de fabrication additive ?
Dans ce dossier, « ouvert » désigne plusieurs possibilités : choisir des matériaux tiers, modifier des paramètres ou accéder aux données et aux interfaces. Les offres d’Origin, d’Arburg et de Freemelt illustrent des démarches différentes, qui ne doivent pas être confondues.
Pour les polymères, Origin emploie des résines photopolymères avec son procédé P3, tandis que le freeformer d’Arburg transforme des granulés thermoplastiques. L’ouverture aux fournisseurs de matériaux ne rend ni les matières ni les procédés interchangeables.
En métal, Freemelt décrit son système ONE comme une plateforme à logiciel open source, permettant de développer des matériaux et des stratégies de balayage du faisceau d’électrons. L’accès au code, aux données et aux paramètres doit être évalué avec les licences et la documentation correspondantes.
Les procédés métalliques peuvent employer des fils ou des poudres ; ces matières premières ne sont pas équivalentes. La soudabilité ou l’aptitude au moulage ne suffit pas à qualifier un alliage pour la FA. Le dossier décrit par ailleurs un cycle de développement : « plus les concepteurs concevront de produits, plus nous aurons d’applications. Plus il y aura d’applications, plus de matériaux seront développés, et plus d’imprimantes évolueront ou seront introduites sur le marché ».
Si on examine le développement des systèmes de FA métal, une partie de ces défis montre que les matériaux ne peuvent pas être le seul facteur à prendre en compte pour qualifier un système de fabrication additive ouvert.
Autres caractéristiques clés d’une plate-forme ouverte de fabrication additive
En plus d’une plateforme ouverte de matériaux, il faut garder à l’esprit d’autres éléments lors de la recherche d’une plate-forme de FA ouverte, éléments qui ont de forts contre-arguments soulevés par les fabricants d’imprimantes 3D industrielles bien établies.
Architecture ouverte VS Architecture fermée.
Une architecture fermée peut limiter les possibilités de modifier le matériel, les logiciels ou les matériaux. Une architecture ouverte peut offrir davantage de contrôle, mais l’étendue réelle de cet accès varie selon les fournisseurs et les contrats.
Il est compréhensible que les entreprises qui ont été à la pointe de la technologie de FA protègent la propriété intellectuelle qu’elles ont développée au cours des dernières années. Elles sont également dans une position unique pour capitaliser sur ce marché.
La propriété intellectuelle et la capacité à garantir un service industriel sont des enjeux pour les fournisseurs. Toutefois, stabilité, répétabilité et traçabilité ne découlent pas automatiquement d’une architecture propriétaire : elles doivent être démontrées pour tout système.
L’argument des entreprises qui développent un système à architecture ouverte est de fournir « un outil permettant non seulement de fabriquer des pièces, mais aussi de faire des progrès dans l’industrie ».
Cet argument pourrait certainement être plus attrayant non seulement pour les fabricants mais aussi pour les chercheurs, car un tel système permet une plus grande flexibilité. Les opérateurs qui utilisent ces systèmes ont plus de liberté pour modifier, développer et/ou intégrer des composants matériels ou logiciels.
« Idéalement, la plate-forme devrait être conçue dans un esprit d’ouverture dès le départ, avec un espace physique adéquat, des informations disponibles sur la configuration et la possibilité d’accéder aux données du système », explique Open Additive. En outre, les systèmes de fabrication additive ouverts permettent aux utilisateurs d’intégrer leur propre technologie propriétaire, qui n’a rien à voir avec « des matériaux ou des paramètres ouverts ».
Configuration ouverte ou configuration fermée ?
Concentrons-nous sur les systèmes à lit de poudre par exemple. En fonction du projet réalisé, les opérateurs peuvent avoir besoin d’atteindre une certaine performance avec le(s) laser(s), l’optique, la plaque de construction, le dépôt de poudre ou les capteurs.
Certaines caractéristiques sont définies avant la vente et ne sont pas librement modifiables. La simulation peut aider à préparer les réglages, mais les changements doivent être testés et validés sur la machine et le matériau concernés.
Dans un système ouvert comme dans un système fermé, de nombreuses variables influencent la qualité d’une pièce. Leur définition, leur suivi et leur maîtrise sont nécessaires ; l’ouverture ne garantit pas à elle seule une impression réussie.
Cependant, une chose que tout le monde devrait apprécier dans les systèmes de FA ouverts est la flexibilité. En effet, on ne peut pas prévoir tous les types de projets qui pourraient être réalisés avec une machine et la capacité d’adapter la machine avant ou après la vente est certainement précieuse.
Cette liste de pour et de contre n’est certainement pas exhaustive, car le débat ne fait que commencer. Cependant, le principal acteur qui mène la conversation est le client.
Que veut le client ?
Une enquête d’Essentium portant sur 162 responsables de grandes entreprises industrielles, dont les résultats ont été communiqués en janvier 2020, illustre ces attentes. Les pourcentages ci-dessous concernent les répondants de cette enquête commanditée par un fournisseur, et non l’ensemble des industriels.
Les obstacles cités dans le dossier sont le coût des matériaux (51 %), celui des machines (38 %) et les difficultés de passage à l’échelle industrielle (31 %).
Parmi les répondants, 50 % évoquent le besoin de matériaux de qualité à un coût abordable, 85 % voient un potentiel d’augmentation des revenus grâce à la FA industrielle et 22 % déclarent que la dépendance à un fournisseur limite leur flexibilité.
Harshil Goel et Ty Pollak ne peuvent pas être plus d’accord, car ils croient fermement que le moment est venu d’accélérer le passage à des systèmes de FA métallique plus ouverts.
Contribution de Harshil Goel et Ty Pollak : leur vision des systèmes ouverts
Note de la rédaction : la contribution qui suit expose la position des deux intervenants en 2020. Les nombres de machines et de membres du conseil décrivent cette période. Les standards d’interface d’un écosystème logiciel ne doivent pas être assimilés automatiquement à des normes industrielles formellement adoptées.
Si les modèles commerciaux traditionnels ont permis de maintenir la croissance du secteur dans son état actuel, ils ne sont pas adaptés pour propulser et soutenir le secteur dans l’environnement actuel, dans lequel des dizaines de fournisseurs sont désormais en concurrence, offrant des centaines d’options matérielles et logicielles à optimiser pour un éventail étourdissant d’applications par une base d’utilisateurs beaucoup plus sophistiquée. Dans ce nouveau climat, le modèle de solutions de FA métal fermées et hautement propriétaires limite la promesse ultime de la FA à ses utilisateurs finaux : une plus grande liberté de conception, des coûts réduits et une meilleure qualité des pièces. Ainsi, des solutions matérielles et logicielles plus ouvertes sont la clé de la croissance future du secteur.
La primauté du parcours d’outil
À son niveau le plus élémentaire, l’impression 3D se résume à tracer un chemin (par exemple, une ligne ou une zone) avec un outil actif (par exemple, une tête d’impression, un laser, etc.) pour joindre des morceaux de matière en une pièce solide. Aujourd’hui, l’industrie de la FA métallique dispose de plus de 300 systèmes métalliques, dont la plupart sont des systèmes fermés et propriétaires, avec leurs propres stratégies de traçage d’outil uniques qui sont généralement difficiles à comprendre, sans parler du contrôle.
Cela signifie que même si vous pouvez faire fonctionner les mêmes paramètres de processus sur les machines de différents fournisseurs, cela produira trop souvent des pièces nettement différentes tant du point de vue métallurgique que géométrique, ce qui rendra les normes et le contrôle des processus difficiles et coûteux. Comparez cela aux outils d’usinage traditionnels qui peuvent exécuter le même parcours sur différentes machines, ce qui donne des pièces similaires. Des systèmes matériels/logiciels plus ouverts permettant la compréhension et le contrôle du parcours d’outil sont donc essentiels à l’accélération de la FA pour améliorer la qualité et réduire les coûts.
Les pièces métalliques imprimées en 3D sont bien au-delà des “supports de tondeuse à gazon”.
Nous sommes coincés dans une situation sans issue : Les vendeurs de systèmes de machines développent chaque année de nouveaux matériaux et paramètres de traitement tout en liant ce développement à leur stratégie de propriété intellectuelle. Les fabricants de systèmes de machines et leurs équipes de logiciels et d’ingénieurs sont poussés à bout pour développer ces paramètres. Mais ils utilisent des pièces génériques/représentatives pour tester et valider. Cependant, les utilisateurs finaux repoussent les limites de ces imprimantes en produisant une géométrie de plus en plus complexe et sophistiquée qui exploite le véritable mandat de l’impression 3D : avec une géométrie nettement plus exotique que les pièces génériques. Les utilisateurs finaux considèrent ces nouvelles pièces avancées comme un élément essentiel de leur stratégie de propriété intellectuelle, et ne sont donc pas disposés à partager cette géométrie avec qui que ce soit.
Ainsi, l’industrie de la FA métallique est maintenant coincée dans un scénario où les intentions des vendeurs de systèmes et de leurs clients sont en désaccord. Très franchement, il faut que quelque chose donne. Le fabricant de systèmes a besoin de meilleurs outils pour développer de meilleures machines. L’utilisateur final a besoin de solutions qui répondent à l’évolution de ses besoins, une architecture ouverte est l’un des principaux moyens de sortir de cette situation difficile.
Réduire le risque d’obsolescence
Si les systèmes ouverts ont été jusqu’à présent principalement bénéfiques pour la communauté de la R&D, ils permettent également aux producteurs, des grands fournisseurs au petit atelier d’usinage, de modifier la configuration de leur système en fonction de l’évolution des besoins et de la technologie. En conséquence, le risque d’obsolescence diminue et un plus large éventail d’applications futures peut être pris en charge. Cela peut inciter les organisations à s’engager à entrer dans le jeu plus tôt, sachant qu’elles peuvent commencer à développer des compétences et des cas d’utilisation, mais sans s’enfermer dans les capacités existantes. Ainsi, les systèmes à architecture ouverte peuvent réduire l’un des principaux obstacles à adopter la FA en métal, à savoir la crainte d’effectuer un investissement majeur qui verrouille les capacités futures dans un secteur qui évolue rapidement.
Vers des systèmes plus intelligents
Un élément clé dans le développement des normes de FA et des stratégies améliorées de contrôle des processus est l’intégration de divers capteurs et analyses pour surveiller, et même modifier, le processus de construction. Pour développer et utiliser au mieux ces capacités, les utilisateurs doivent pouvoir accéder aux données brutes et traitées des capteurs, comprendre toutes les analyses disponibles ou créer leurs propres analyses. Cela permet d’informer l’opérateur et de contrôler la machine afin de prendre des mesures sur la base des informations obtenues. Les architectures fermées font obstacle à chacune de ces étapes, d’où le manque d’informations utiles sur les processus disponibles sur les machines AM métalliques actuelles. Au contraire, les systèmes matériels et logiciels ouverts sont essentiels pour réaliser l’état futur de l’industrie, dans lequel les plates-formes de FA métallique deviennent des outils de production plus intelligents.
Connecter l’écosystème numérique
Aujourd’hui, les machines de FA métal font de plus en plus partie d’un écosystème numérique, qui ne fera que s’interconnecter de plus en plus. Alors que le logiciel de la machine contrôle tout ce qui concerne le processus de construction – les paramètres, les contrôles de processus, la résolution, la vitesse, les flux, etc. – il doit être intégré à d’autres outils qui permettent la configuration et l’optimisation avant la construction, l’utilisation efficace des actifs disponibles, la collecte et l’analyse des données en temps réel et après la construction, etc.
La machine doit donc être capable d’accepter et de produire une variété de formats standards, compatibles avec les différents outils logiciels utilisés dans ce paysage numérique. Il faut donc des cadres logiciels qui acceptent à la fois des normes ouvertes et des normes propriétaires, et qui offrent à l’utilisateur une plus grande souplesse pour contrôler la machine au moyen de plug-ins logiciels et d’API personnalisés selon les besoins. Les cadres logiciels ouverts avec des API accessibles à d’autres personnes que les développeurs de logiciels internes sont la clé de la croissance future.
Construire des ponts grâce aux normes et aux nouveaux noyaux de géométrie
« Nous ne pouvons pas avoir 30, 40 ou 100 fabricants d’imprimantes différents, tous avec des normes concurrentes différentes ». Harshil Goel, lors de l’événement Dyndrite Developer Council 2020 en avril.
Tous les participants étaient d’accord. Les normes sont un sujet central pour la croissance future de l’industrie de la FA métal. Sans normes applicables à l’ensemble du secteur, la croissance collective de l’industrie est freinée, ce qui affecte chaque OEM individuellement. Dyndrite s’efforce d’aborder la question des normes par le développement du noyau géométrique central visant à faire avancer l’industrie de la FA et à développer des écosystèmes intégrés critiques qui alimentent la fabrication numérique.
En outre, la société a également lancé le Dyndrite Developer Council pour travailler avec les fournisseurs de l’industrie afin de développer des normes que tous peuvent utiliser et aider à développer le noyau Dyndrite pour répondre aux besoins collectifs. Une des tâches clés et essentielles dont s’occupe actuellement le conseil des développeurs est le développement d’une API standard de parcours d’outils pour aider à résoudre les problèmes de parcours d’outils décrits précédemment. Les membres du conseil couvrent l’ensemble du secteur, des entreprises établies telles que 3D Systems, EOS, SLM, Renishaw et ANSYS, aux nouveaux acteurs du marché, notamment Open Additive, Aconity3D et Impossible Objects. L’intérêt pour des systèmes plus ouverts s’accroît dans tout le Conseil, y compris chez SLM et EOS.
Le Conseil compte désormais 20 membres et continue de se développer car les fournisseurs prennent conscience de la nécessité de collaborer, même lorsqu’ils sont en concurrence. Aux côtés de Dyndrite, Open Additive est un champion de l’accélération de l’innovation grâce à des solutions plus ouvertes, et cherche à étendre le développement et l’application des normes de FA à ses stratégies de contrôle des machines de FA métallique ainsi qu’à ses outils de collecte et d’analyse de données multi-capteurs.
Conclusion
Le choix d’une plateforme dépend du contrôle réellement nécessaire : matériaux, paramètres, données, intégration logicielle et maintenance. L’ouverture peut coexister avec une propriété intellectuelle protégée. Avant l’achat, il faut examiner les droits d’accès et de modification, l’assistance disponible, la traçabilité et les conséquences des changements sur la qualification.
Ce dossier a été initialement publié dans le numéro septembre–octobre 2020 de 3D ADEPT MAG.
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