Comment l’impression 3D peut réduire le poids et le coût d’une pièce industrielle

Janssen Pillebout

28 février 2022

Pièce de test résine
Que l’on parle de fabrication dite « traditionnelle » ou additive , l’étape essentielle de la fabrication reste la conception de la pièce.
En fabrication additive la nouveauté c’est la liberté dans la conception des formes qu’offre la Très Haute Technologie des machines d’impression. Et là quelle que soit la technologie additive utilisée  ( dépôt de fil, polymérisation, solidification de poudre etc…) chacune avec ses particularités confère cette liberté de Conception. C’est un bouleversement des acquis de conception et des modes de pensée. L’ objectif est d’obtenir la forme la plus optimale d’une pièce : la bonne quantité de matière au bon endroit et pour les bonnes raisons. 

1. L’économie de matière intrinsèque à la définition de l’impression 3D

L’impression 3D est l’utilisation de données numériques en 3D pour fabriquer une pièce par succession de couches. La fabrication utilisée traditionnellement dans l’industrie permet quant à elle de modeler un bloc initial de matière: on parle d’ usinage pour désigner le procédé soustractif de transformation de la pièce en retirant de la matière mais également de fabrication par déformation (pliage, laminage, thermoformage ..). On comprend aisément qu’avec l’impression 3D l’économie initiale est réalisée grâce à l’utilisation de la seule matière de la pièce (si ce n’est un peu de support selon les technologies). Il n’y a ainsi plus de déchets dûs au limage, fraisage, découpage ou autre. On imprime la matière utile.

Un économie de matière mais également de mains d’oeuvre quant il s’agit de prévoir lors du dessin de la pièce les trous de perçage ou quand on fait l’économie du soudage, rivetage et autre procédés d’assemblage en combinant plusieurs pièces que l’on ne pouvait fabriquer comme un tout en fabrication traditionnelle. La conception, prépondérante à tout projet, s’affine et se complexifie un peu plus encore.

2. L’optimisation Topologique, la clé de la Conception optimale

La fabrication additive, contrairement aux techniques d’usinage traditionnelles, permet de réaliser des pièces aux géométries complexes dont le poids total  peut être optimisé à l’aide d’une méthode numérique appelée «optimisation topologique ».

Cette technique consiste littéralement à « supprimer » la matière là où les efforts ne transitent pas à l’aide d’un logiciel d’optimisation. 

Elle permet la création de nouvelles formes non usinables par les moyens conventionnels, mais surtout elle permet de donner une plus grande légèreté aux pièces.

On  procède à la réduction des masses par l’utilisation de corps creux , de structures « lattices »  et/ou de charpentes (comme dans la construction). La construction de structures dites « lattices »  autrement appelées en nid d’abeille est particulièrement remarquable car elle permet d’augmenter encore un peu plus la légèreté tout en gardant la rigidité mécanique souhaitée. C’est précisément ce qu’on appelle le bio-mimétisme. 

Le Magazine IT ( Intelligence et Technologies) mettait déjà en novembre 2016 en lumière une étude d’Alcimed en titrant Comment l’impression 3D accélère le bio-mimétisme dans l’industrie et précisait « D’abord centré sur les formes observées, la recherche s’attaque désormais à s’inspirer des structures, surfaces, et leur fonctionnalités associées que l’on trouve dans la nature. »

3. Une technologie arrivée à maturité

Si l’on revient à la genèse de l’impression 3D, la première apparition du concept est datée au début des années 80. Cela qui revient à dire que l’impression 3D a une « petite quarantaine » et déjà une sacrée évolution ou devrais je dire révolution. C’est probablement le résultat de la combinaison des avancées de la technologie numérique avec le besoin pour les industriels de répondre à des exigences toujours croissantes en terme de qualité et de compétitivité.

Pour revenir sur la réduction des coûts, en avril 2015 l’Usine Digitale abordait déjà le sujet de l’optimisation en titrant Le Défi de l’allègement et les promesses de la fabrication additive

Et parlait de promesse :

« Les industriels sont donc en recherche constante de solutions d’allègement et testent de nouvelles méthodes de conception et de fabrication pouvant les aider à atteindre cet objectif. Parmi ces technologies, la fabrication additive est l’une des plus prometteuses pour l’industrie spatiale. »

Sept ans plus tard , le 27 janvier 2022,on ne parle plus de promesse mais bien d’avancée technologique chez 3Dnatives qui titre Fraunhofer IAPT réduit poids et coûts d’une pièce automobile grâce à l’impression 3D

Le Magazine référent dans le monde de la 3D  met l’accent sur l’institut Fraunhofer for Additive Production Technologies (Fraunhofer IAPT)

Il « a récemment démontré l’importance des paramètres d’impression et des mesures d’optimisation aujourd’hui employées sur le marché. Grâce à une optimisation continue de la chaîne de valeur de l’impression 3D, il est possible d’influencer aussi bien les propriétés techniques que les coûts de la pièce finie. »

Voilà un exemple industriel de réduction du poids d’une pièce et de ses coûts d’impression grâce à l’optimisation de la chaine de valeur; de la conception au post traitement.

Les experts s’entendent à dire que la progression technologique majeure actuelle dans l’impression 3d se situe au niveau de la conception et de ses outils d’optimisation.

Un marché en croissance rapide et continue qui offre de nouvelles opportunités de développement à l’industrie

Janssen Pillebout

Janssen Pillebout

Responsable des systèmes d'information

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