La fabrication additive a dépassé la phase où elle était censée tout remplacer. On peut donc désormais dire où elle a réellement sa place.
Ce qui se passe après l'impression
La machine a fini, la pièce est loin de l'être.
Selon le procédé et l'application, suivent : la séparation du plateau de fabrication, le retrait des structures de support, un traitement thermique de détensionnement, un pressage isostatique à chaud contre la porosité interne, un usinage des surfaces critiques car tolérance et rugosité à l'état brut ne suffisent pas, une finition de surface, l'évacuation de poudre piégée dans les canaux internes, et enfin le contrôle.
L'impression est l'étape visible, et souvent la plus petite part du coût. Comparer temps machine et temps d'usinage dans le business case, c'est comparer les mauvaises choses.
Deux conséquences qu'il faut énoncer clairement.
Le post-traitement détermine le débit. Acheter une imprimante sans construire le post-traitement, c'est s'acheter un goulot d'étranglement qui alimente un autre goulot d'étranglement.
Les structures internes peuvent devenir un risque. Les canaux internes complexes sont un cas d'école des forces de la fabrication additive, et c'est précisément là que la poudre reste piégée et que le contrôle est le plus difficile. Faciles à concevoir, difficiles à valider.
Où la fabrication additive gagne réellement
Cinq cas concrets, pas un potentiel.
Petites séries. Pas d'outillage signifie pas d'amortissement. Pour de faibles volumes, la fabrication additive est donc souvent moins chère que tout procédé lié à un outillage.
Géométrie complexe impossible autrement. Canaux de refroidissement internes, structures en treillis, formes optimisées topologiquement. Quand l'alternative n'est pas chère mais impossible, la comparaison est facile.
Consolidation d'assemblage. Remplacer un assemblage de nombreuses pièces par une seule pièce imprimée supprime éléments de fixation, joints, travail de montage et sources d'erreur. C'est souvent là le vrai bénéfice, invisible si l'on ne compare que le coût des pièces.
Outillage. Gabarits, montages et moules, y compris les moules d'injection à refroidissement conforme, l'une des applications les mieux documentées économiquement.
Pièces de rechange. Composants non disponibles pour des installations encore en service, quand l'alternative serait un nouvel outillage ou une nouvelle machine.
Où elle ne gagne pas
Tout aussi concret, car ce sont les limites honnêtes qui rendent les forces crédibles.
La production en série de pièces simples. Les procédés conventionnels sont plus rapides et moins chers à la pièce, et aucun progrès technique ne change la forme de cette courbe.
Quand qualité de surface et tolérance comptent. Les surfaces fonctionnelles des pièces imprimées doivent en général être usinées après impression, ce qui réintroduit un procédé conventionnel.
Quand les propriétés du matériau doivent être garanties et traçables. Les propriétés varient avec les paramètres du procédé, l'orientation, la position sur le plateau et la machine. Cela rend la qualification coûteuse.
Quand le matériau n'est pas disponible ou pas rentable. La poudre est chère, et le choix de matériaux qualifiés est plus restreint qu'avec les procédés conventionnels.
Où cela se situe dans le domaine
Fabrication additive et impression 3D est la cinquième des dix directions du domaine fabrication avancée d'Astra Trainer. Elle se connecte à l'ingénierie de fabrication pour le choix du procédé, au management de la qualité et de la fiabilité pour la qualification, et à la conception produit et à la CAO pour la conception adaptée à l'additif.
Elle dépend fortement des matériaux avancés, en particulier de la métallurgie et des matériaux énergétiques, car les propriétés d'une pièce fabriquée par additif sont un résultat métallurgique du procédé d'impression. Les partenaires qui adoptent la fabrication additive ont en général besoin simultanément de compétences en procédé, en conception et en qualification, pas seulement de conduite de machine. Vous pouvez découvrir les dix directions ici.
La contrainte, c'est la conception, pas la machine
L'enseignement le plus clair sur la main-d'œuvre dans cette direction.
Les machines sont disponibles et s'améliorent. Via des prestataires d'impression, une entreprise accède à la technologie même sans investir. Ce qui freine l'adoption, ce sont les personnes capables de concevoir pour ce procédé.
Quatre choses qu'exige la conception pour l'additif et que la conception conventionnelle n'exige pas.
Penser en direction de construction. L'anisotropie signifie que les propriétés diffèrent le long et en travers des couches. L'orientation influence résistance, surface, besoin en supports et coût, et doit être décidée dès la conception.
Concevoir pour supprimer les supports. Les porte-à-faux ont besoin de supports. Ceux-ci coûtent matière, temps et reprise, et sont souvent impossibles à retirer des structures internes. Une géométrie autoportante est une compétence de conception.
Savoir quand consolider. Reconnaître que six pièces peuvent en devenir une, et comprendre ce que cela implique pour le montage, le contrôle et la réparation.
Concevoir pour tout le parcours du procédé. Donc aussi pour la façon dont la pièce sera bridée pour l'usinage, dont la poudre sera évacuée et dont elle sera contrôlée.
Une personne qui n'a appris qu'à concevoir de façon conventionnelle conçoit une pièce conventionnelle fabriquée en additif à grands frais. C'est la cause la plus fréquente de déception des projets additifs.
Les métiers, nommément
Ingénieurs en conception pour l'additif (Design for Additive Manufacturing). Le rôle en tension, et celui qui débloque la valeur.
Ingénieurs procédé pour la fabrication additive. Paramètres, préparation du job d'impression, orientation et stratégie de support.
Opérateurs et techniciens pour le procédé d'impression. Y compris la manipulation de poudre.
Techniciens de post-traitement. Retrait des supports, finition et usinage. Le goulot d'étranglement du débit.
Métallurgistes et ingénieurs matériaux pour la qualification de la poudre et les propriétés des pièces.
Spécialistes de contrôle, notamment en tomographie pour les structures internes, l'une des rares méthodes qui voient à l'intérieur d'une pièce imprimée.
Ingénieurs qualification et certification pour les applications réglementées.
Spécialistes de la manipulation de poudre et de la sécurité au travail.
Qui peut être formé pour ces métiers
Usineurs et programmeurs CNC. Connaissent le bridage, les tolérances et la finition, soit la moitié du post-traitement. Et ce sont eux qui usineront ensuite la pièce imprimée.
Ingénieurs de conception. Leur manque la couche conception pour l'additif, la reconversion au meilleur effet de levier.
Métallurgistes et techniciens matériaux. Pour la qualification de la poudre et des pièces, où leur savoir s'applique directement.
Outilleurs. Pour les applications d'outillage, l'un des usages les mieux établis et proche de leur métier.
Contrôleurs CND. Pour le contrôle des pièces additives, qui exige des méthodes pour géométries internes.
Soudeurs. Une reconversion inattendue mais cohérente vers le dépôt d'énergie dirigée (Directed Energy Deposition), des procédés plus proches du soudage que de l'impression.
La poudre métallique est dangereuse. Les poudres métalliques fines présentent un risque d'explosion de poussière, et certaines, dont les alliages de titane et d'aluminium, sont particulièrement réactives. Inhaler de la poudre métallique nuit à la santé, et des valeurs limites propres s'appliquent à certains matériaux. La manipulation exige, selon le matériau, un travail sous atmosphère protectrice, une aspiration adaptée, un équipement de protection individuelle et des mesures de sécurité fondées sur une évaluation des risques par une personne compétente. Les formations construisent la compréhension et la conscience du danger. Elles ne remplacent ni une évaluation des risques ni une habilitation à manipuler un matériau donné.
Ce qu'il faut en retenir
L'impression est la moitié bon marché. Post-traitement, contrôle et qualification coûtent souvent plus cher, et les business cases les omettent en général.
La fabrication additive gagne pour les petites séries, la géométrie impossible autrement, la consolidation d'assemblage, l'outillage et les pièces de rechange. Elle perd sur le coût unitaire en série et là où surface et sûreté des propriétés comptent.
La consolidation d'assemblage est en général le vrai bénéfice, et comparer le coût des pièces au coût des pièces le masque.
La contrainte, c'est la compétence de conception, pas l'accès aux machines. Une formation conventionnelle produit une pièce conventionnelle fabriquée à grands frais.
Et usineurs CNC, concepteurs et métallurgistes sont les trois reconversions qui comptent le plus, les soudeurs s'adaptant étonnamment bien aux procédés par dépôt.
Pourquoi les business cases de fabrication additive déçoivent-ils ?
Parce qu'ils comparent temps d'impression et temps d'usinage et omettent post-traitement, contrôle et qualification, qui coûtent souvent plus cher que l'impression elle-même.
Où la fabrication additive est-elle vraiment rentable ?
Pour les petites séries, les géométries impossibles à produire autrement, la consolidation d'assemblage plutôt que des ensembles de pièces, l'outillage y compris les moules à refroidissement conforme, et les pièces de rechange non disponibles.
Qu'est-ce qui freine l'adoption de la fabrication additive ?
Le manque de concepteurs capables de concevoir pour l'additif. Direction de construction, géométrie autoportante, sens de la consolidation et conception pour tout le parcours du procédé ne s'enseignent pas en conception conventionnelle.
Pourquoi la qualification des pièces additives est-elle si coûteuse ?
Parce que les propriétés du matériau dépendent des paramètres du procédé, de l'orientation, de la position sur le plateau et de la machine spécifique. Démontrer des propriétés constantes exige donc des preuves étendues.
Qui peut évoluer vers des métiers de la fabrication additive ?
Les usineurs CNC vers le post-traitement et le bridage, les concepteurs vers la conception pour l'additif, les métallurgistes vers la qualification, les outilleurs vers l'outillage, et les soudeurs vers le dépôt d'énergie dirigée.