Fabrication additive dans la transformation technologique

L'aérospatiale fait partie des bénéficiaires des développements actuels dans l'impression 3D métallique. Les petites séries et la haute complexité de composants légers et performants font déjà partie des atouts de la fabrication additive. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch et Dr. Stefan Leuders conviennent : l'industrie aérospatiale est l'un des bénéficiaires des évolutions actuelles dans l'impression 3D métallique. Les petites quantités et la complexité élevée de composants légers et haute performance font déjà partie des forces de la fabrication additive. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne

Le Dr Stefan Leuders souligne le potentiel de l'AM à améliorer la durabilité, notamment par la réparation et la remise à neuf d'outils et de composants. La capacité à réparer et à remettre à neuf des composants et des outils est un aspect crucial d'une économie circulaire future. © voestalpine

Dr. Tim Lantzsch (à gauche) du Fraunhofer ILT et Dr. Stefan Leuders (à droite) de voestalpine discutent des tendances actuelles dans l'impression 3D métallique, qui ont le potentiel de transformer durablement la production industrielle. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch (gauche) du Fraunhofer ILT et Dr. Stefan Leuders (droite) de voestalpine discutent des tendances actuelles dans l'impression 3D métallique, qui ont le potentiel de changer la production industrielle à long terme. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne

Dr. Tim Lantzsch et Dr. Stefan Leuders discutent des perspectives à long terme de la fabrication additive, y compris l'intégration dans les processus de production existants et le rôle de la FA dans l'économie circulaire. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch et Dr. Stefan Leuders abordent les perspectives à long terme de la fabrication additive, y compris l'intégration dans les processus de production existants et le rôle de la FA dans l'économie circulaire. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne

Dr. Tim Lantzsch et Dr. Stefan Leuders expliquent les obstacles technologiques de la fabrication additive, en particulier le défi de développer de nouveaux matériaux et d'assurer la fiabilité du processus en production de masse. © Fraunhofer ILT, Aachen

La fabrication additive, en particulier l'impression 3D métallique, s'est développée ces dernières années d'une technologie prometteuse à un composant sérieux de la production industrielle. Des secteurs tels que la mécanique, l'aérospatiale, l'automobile et la métallurgie sont confrontés à une transformation technologique qui pourrait avoir des impacts profonds sur la conception, la production et la durabilité. Le Dr Stefan Leuders, responsable de la technologie et de l'innovation au voestalpine Additive Manufacturing Center GmbH, Düsseldorf, et le Dr Tim Lantzsch, chef du département Fusion laser poudre sur lit au Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen, discutent des tendances actuelles de la fabrication additive (FA), analysent les opportunités et les risques, et montrent quels secteurs peuvent en bénéficier particulièrement.

Nous sommes heureux de parler de l'avenir de l'impression 3D avec deux experts reconnus. Quelles sont les tendances actuelles dans la fabrication additive ? Quelles évolutions vous semblent prometteuses ?

Dr Tim Lantzsch : Une tendance importante que je perçois est l'adaptation croissante des matériaux et des applications aux exigences spécifiques de la fabrication additive. Beaucoup des matériaux utilisés jusqu'à présent n'ont pas été initialement conçus pour les procédés additifs. De plus, nous constatons que la technologie est encore coûteuse, mais qu'en ciblant des réductions de coûts et en se concentrant sur des applications de niche, sa valeur ajoutée peut être mieux mise en évidence.

Dr Stefan Leuders : Les tendances actuelles en fabrication additive se concentrent fortement sur l'exploitation plus complète des avantages spécifiques de la technologie pour différents domaines d'application, tout en les utilisant également. Ce qui me paraît particulièrement prometteur, c'est la volonté croissante de repenser des approches de développement qui existent depuis longtemps, plutôt que de simplement appliquer ces méthodes telles quelles à de nouveaux produits qui pourraient ensuite être fabriqués via un procédé additif. Pour moi, il ne s'agit pas principalement de remplacer des procédés existants, mais plutôt d'augmenter la valeur du produit grâce à la FA.

On entend souvent que la FA est « trop chère ». Avec quels défis économiques liés à la fabrication additive vous occupez-vous ?

Dr Tim Lantzsch : Les défis économiques résident principalement dans les coûts élevés des équipements et des matériaux. Ces coûts déterminent en grande partie le prix des pièces, et il existe encore un potentiel important d'optimisation. La sécurité du processus est particulièrement critique, car elle n'est pas encore assurée à grande échelle. Nous travaillons à faire évoluer la fabrication additive d'une niche de spécialistes vers une technologie robuste et largement applicable, compétitive également en production de masse.

Dr Stefan Leuders : Un facteur économique central reste le taux horaire des équipements, et je partage cette vision. En ce qui concerne les coûts des équipements, nous observons toutefois une dynamique croissante, notamment sous l'impulsion de la concurrence hors Europe, ce qui entraîne également une augmentation du coût relatif des matériaux utilisés, créant ainsi une pression accrue pour réduire les coûts. Néanmoins, la réduction des coûts reste une clé essentielle pour l'utilisation industrielle de la FA afin d'explorer de nouveaux champs d'application à l'avenir.

Quels sont, selon vous, le potentiel et les limites de la fabrication additive ? Que peut nous offrir la FA en particulier en matière de durabilité ?

Dr Stefan Leuders : La fabrication additive offre un potentiel considérable en matière de durabilité, notamment par la réduction drastique de l'utilisation des matériaux. Contrairement aux procédés soustractifs, seule la matière réellement nécessaire à la pièce est fondue. De plus, lors de la phase d'utilisation, des avantages apparaissent souvent, par exemple par la réduction des rebuts ou par des temps de cycle plus courts dans le moulage par injection d'aluminium ou de plastique, grâce à des outils fabriqués de manière additive avec un refroidissement proche de la contour. Un autre aspect important est la réparation et la remise à neuf des outils et pièces, facilitées par la FA. Cela peut considérablement prolonger la durée de vie des produits et réduire la consommation de ressources. Cependant, il existe aussi des défis : la technologie reste relativement jeune pour une utilisation industrielle, notamment en termes d'automatisation et de sécurité du processus, qui nécessitent encore des améliorations.

Dr Tim Lantzsch : Le potentiel de la fabrication additive réside principalement dans sa capacité à réaliser des géométries complexes et des solutions sur mesure, qui seraient difficiles ou impossibles à produire avec des procédés traditionnels. Et clairement : en utilisant le matériau de manière ciblée, en ne traitant que la quantité réellement nécessaire, la consommation de ressources peut être considérablement réduite. Cela devient particulièrement pertinent lorsqu'on considère le cycle de vie complet d'un produit. Cependant, il faut aussi prendre en compte que la fabrication et la préparation du matériau sont énergivores. De plus, l'intégration dans les processus de production existants est souvent difficile, car la FA est encore souvent perçue comme une technologie isolée.

Quels sont les obstacles technologiques actuels pour la fabrication additive, et sur quoi travaillez-vous ?

Dr Stefan Leuders : Un point crucial pour nous est le développement de nouvelles voies de processus afin de répondre aux exigences techniques et économiques de nos clients. La conception et la configuration des pièces et outils fabriqués jouent également un rôle important. La FA étant naturellement liée à la question des « matériaux » au sein du groupe voestalpine, nous travaillons intensément au développement de nouveaux matériaux et de leurs traitements post-fabrication pour exploiter pleinement le potentiel technologique de la FA.

Dr Tim Lantzsch : Exactement, l’un des plus grands défis technologiques actuels de la fabrication additive est la diversité des matériaux. Beaucoup des matériaux utilisés aujourd'hui n'ont pas été initialement conçus pour la FA, ce qui entraîne souvent des compromis en termes de qualité et de performance. C’est pourquoi nous collaborons avec des fabricants de matériaux pour accélérer la qualification de nouveaux matériaux pour la FA.

De plus, nous travaillons intensément au Fraunhofer ILT pour améliorer la sécurité du processus et faire évoluer les équipements existants, afin que les procédés additifs puissent être utilisés de manière plus stable et efficace. Un autre enjeu majeur est la standardisation des processus pour garantir une qualité constante en production de masse.

Le secteur évolue donc lentement mais sûrement. Qui sont les gagnants de cette évolution dans la fabrication additive ?

Dr Stefan Leuders : Les gagnants à long terme seront les entreprises prêtes à investir stratégiquement dans de nouvelles technologies tout en gérant l’incertitude qui y est liée. Des exemples récents dans l’aérospatiale ou la technologie médicale illustrent cela. Pour moi, il ne s’agit pas seulement de ressources économiques, mais aussi parfois de la culture d’entreprise.

Inversement, les secteurs et entreprises fortement dépendants d’une production de masse axée sur les coûts auront plus de difficultés. Cependant, il existe encore de nombreux domaines d’application, principalement dans la fabrication d’outils et moins dans le produit final.

Dr Tim Lantzsch : Je partage cette opinion. Les secteurs qui tireront le plus profit de cette évolution sont ceux qui ont besoin de pièces sur mesure, hautement complexes, et qui peuvent exploiter pleinement la flexibilité et la liberté de conception offertes par la FA. Dans l’aérospatiale et la technologie médicale, la FA offre d’énormes possibilités pour optimiser les composants tout en réduisant poids et consommation de matériau. La construction automobile haut de gamme et la compétition automobile bénéficieront également de la fabrication additive, notamment par la production de composants plus légers et plus performants.

Merci beaucoup pour cette discussion passionnante.

Rejoignez-nous du 19 au 22 novembre à Francfort-sur-le-Main lors de la foire Formnext, au stand commun du Fraunhofer, Hall 11, Stand D31, pour en savoir plus sur les possibilités offertes par la FA.