Impression 3D dans votre chaîne d’approvisionnement : Ingéniosité, Élasticité, Résilience

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Les chaînes d’approvisionnement militaires sont les plus longues au monde, plus étendues et plus complexes que celles des industries minière, pétrolière ou gazière. Faut-il le rappeler, les chaînes d’approvisionnement militaires sont critiques et d’elles dépendent des situations de vie ou de mort. Depuis des décennies, les organisations militaires du monde entier font des recherches, testent et utilisent l’impression 3D dans leurs chaînes d’approvisionnement.

L’impression 3D pour applications militaires pendant la pandémie de COVID-19 illustre l’usage réussi de la technologie pour faire face à des situations de vie ou de mort, notamment la pénurie en équipement de protection individuelle (EPI) à laquelle étaient confrontées les troupes américaines stationnées en Corée du Sud, une zone à risque au début de la pandémie. Des imprimantes 3D Maker étaient dans un premier temps utilisées, produisant sept masques par jour.

Pour surmonter cette contrainte, l’armée et la marine américaines ont mis en place une chaîne d’approvisionnement qui a recours à l’impression 3D industrielle pour la fabrication de centaines de masques chaque jour. « Cela a été un bon test pour nous, permettant d’évaluer notre capacité de répondre aux besoins de nos troupes en situation d’urgence », explique Ross Wilhelm, technologue en chef du Naval Undersea Warfare Centre. « Nous espérons en faire un modèle pour les commandements du ministère de la Défense dans le monde entier »¹.

Le modèle évoqué par M. Wilhelm intègre de multiples facettes, notamment la conception de techniques de fabrication additive, le développement de conceptions multiples, les essais d’imprimantes 3D et de différents matériaux, et enfin la capacité de production de grands volumes d’EPI. Ce sont là des exemples d’applications potentielles de l’impression 3D dans votre chaîne d’approvisionnement : employés innovants, développement de nouveaux produits, outils, gabarits et équipements et production de produits finis.

Définition de l’impression 3D

L'engouement pour l’impression 3D il y a une dizaine d’années a donné lieu à de nombreux malentendus sur cette technologie - et à des cours boursiers anormalement élevés. Il n’est pas surprenant que les prix aient baissé et que les citoyens aient été déçus d’apprendre que l’impression 3D ne correspondait pas à ce qu’en disaient les médias. Alors, qu’est-ce que l’impression 3D exactement ?

L’impression 3D est le procédé additif d’assemblage de matériaux dans le but de créer des objets à partir de modèles numériques. L’assemblage se fait couche par couche, une couche de matériau étant ajoutée à une autre dans un procédé continu. Ce procédé additif distingue l’impression 3D des technologies de fabrication soustractive et formatrice telles que l’usinage, le moulage et la coulée. Les objets sont le résultat physique de l’imprimante 3D, créés à l’aide de modèles numériques, généralement des fichiers de conception assistée par ordinateur (CAO) et des données de numérisation.

De nombreux ingénieurs et autres vous diront que la « fabrication additive » est un terme plus précis, et il l’est, dans les applications industrielles, mais la plupart des hommes d’affaires appellent ce procédé « Impression 3D ». Cette distinction est essentielle quand vous recherchez une assistance de gestion pour l’impression 3D dans votre entreprise. Par exemple, un directeur financier qui se concentre sur les recettes et les coûts ne s’intéresse pas aux subtilités de définition, alors qu’un directeur de fabrication responsable de la production de produits de qualité l’est certainement.

De même, votre public ne se rend pas compte que l’organisme de normalisation ISO/ASTM reconnaît sept technologies principales d’impression 3D. Ces distinctions sont importantes lorsque l’on considère l’impression 3D en métal, plastique, composite ou autres matériaux. Contrairement à une machine CNC qui peut employer du plastique et des métaux, la plupart des imprimantes 3D ont une gamme étroite et exclusive de matériaux imprimables.

Par ailleurs, les vendeurs ont développé des versions exclusives basées sur les normes ISO/ASTM. Dans le domaine des métaux seulement, il en existe 50 versions, la dernière étant la technologie d’impression 3D en métal liquide de Xerox. Étant donné le vaste choix de capacités et de matériaux, votre parcours d’impression 3D doit partir de ce que vous voulez accomplir : Ce que vous souhaitez fabriquer détermine la technologie qui peut produire cette pièce.

Possibilités de l’impression 3D

La pandémie mondiale a mis en lumière les faiblesses de la chaîne d’approvisionnement de chaque entreprise, certaines avec des résultats désastreux. En effet, une enquête Gartner réalisée auprès de professionnels de la gestion de la continuité des activités a révélé que 3 sur 4 d’entre eux ont déclaré une situation d’urgence et qu’un tiers a connu d’importants problèmes de récupération d’un ou plusieurs processus métier critiques. Comment votre organisation s’est-elle adaptée à la pandémie ?

L’impression 3D réduit également le montant de capital immobilisé dans les en-cours et les stocks de produits finis, permettant ainsi une plus grande souplesse de fabrication. Mais vos ingénieurs doivent être convaincus que les pièces fabriquées sur imprimante 3D sont aussi fiables que les pièces fabriquées avec des technologies conventionnelles. Aucun ingénieur ne mettra son nom sur une pièce s’il a le moindre doute sur la partie imprimée en 3D. Ce conservatisme s’applique non seulement aux pièces hautement réglementées, par ex. implants médicaux et composants d’avions, mais aussi à toute pièce qui aurait des résultats catastrophiques (ou mettrait fin à une carrière) si elle était défaillante.

Les progrès réalisés en matière de matériel informatique, de matériaux imprimables et de logiciels de conception, associés à une innovation technologique continue, rendent l’impression 3D viable dans la chaîne d’approvisionnement. Par exemple, la technologie d’impression à métal liquide de Xerox peut réduire les délais de production de plusieurs jours à quelques heures. La durée du cycle est plus courte parce que le procédé post-traitement l’est aussi. L’imprimante Xerox 3D à métal liquide réduit également le coût de vos pièces en utilisant des alliages prêts à l’emploi, les mêmes que vos ingénieurs savent utiliser dans la fabrication conventionnelle.

L’avantage significatif de chaque technologie d’impression 3D est la liberté de conception que la fabrication traditionnelle n’est pas en mesure d’offrir. Vous pouvez réduire la consommation de matériaux et le poids des pièces - sans compromettre les propriétés mécaniques. La façon d’y parvenir est de tirer parti des outils logiciels qui soutiennent le DfAM (Design for Additive Manufacturing). Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAD) prennent en charge la conception générative (optimisation de la topologie) de nouvelles pièces et la reconception de pièces existantes. En permettant au logiciel d’exécuter des milliers de reproductions de conception en fonction des paramètres de performance définis par votre ingénieur, on obtient des modèles idéaux presque organiques. Le résultat optimise la capacité inhérente de l’impression 3D à fabriquer des articles qui ne peuvent être réalisés avec aucune autre technologie de fabrication.

Ensemble, les derniers matériaux, matériels informatiques et logiciels permettent aux ingénieurs de concevoir des pièces imprimées en 3D ayant des caractéristiques de performance qu’ils comprennent et utilisent déjà en toute confiance. Ainsi, vous pouvez faire passer l’objectif de votre chaîne d’approvisionnement du coût unitaire le plus bas à un coût optimisé basé sur la performance et la fabrication de la conception idéale de votre client.

Risques de l’impression 3D

À de nombreux égards, les risques associés à l’impression 3D dans votre chaîne d’approvisionnement ne sont pas différents des risques posés par les fournisseurs qui utilisent des procédés de fabrication conventionnels. Les fournisseurs traditionnels et vos opérations internes ont naturellement des problèmes de qualité, des retards de matières premières, des problèmes de livraison et des difficultés financières.

L’impression 3D de produits finis apporte un autre niveau de risque gérable, à condition que vous compreniez la technologie et que vous évaluiez correctement vos fournisseurs. Par exemple, deux obstacles à l’utilisation de l’impression 3D dans la fabrication sont le coût du capital et du matériel ainsi que la pénurie d’opérateurs qualifiés. Ces coûts sont une raison importante pour laquelle le nombre de bureaux de services d’impression 3D, qui pourraient être vos partenaires dans la chaîne d’approvisionnement, est minuscule par rapport au nombre de bureaux de services de fabrication et d’ateliers de travail traditionnels. Le manque de fournisseurs compétents pour imprimer vos articles en 3D est un risque, surtout lorsque les pièces DfAM ne peuvent pas être produites à l’aide des technologies conventionnelles.

Un autre risque dépend de la manière dont vous prévoyez d’utiliser la technologie d’impression 3D. Vous avez peut-être déjà utilisé une imprimante 3D peu coûteuse qui produit du plastique pour un prototypage rapide et itératif et, en effet, vous devriez l’avoir fait. Mais, à mesure que vous passez à des technologies d'impression 3D plus avancées pour fabriquer des produits finis, vous devrez peut-être répondre à de nouvelles questions telles que la certification des produits finis.

Par chance, les bureaux de services d’impression 3D atténuent les risques de votre chaîne d’approvisionnement. Le personnel fournira à vos ingénieurs de précieuses informations sur la conception des pièces en ce qui concerne les matériaux requis, les performances souhaitées et la qualité de la finition. Des opérateurs expérimentés et compétents produiront vos pièces. Un bureau de service, même s’il n’est utilisé que pendant une courte période, élimine le besoin d’investir dans une technologie d’impression 3D avancée tant que l’on n’a pas fait la preuve de son utilité commerciale.

Recommandations

Trente ans après l’invention des premières imprimantes 3D et dix ans après l’apogée de l’engouement à leur égard, l’impression 3D est utilisée par les fabricants et les bureaux de service du monde entier. Les pièces actuelles comprennent des pièces très simples comme les gabarits de montage ou des appareils vitaux comme les implants médicaux. Les professionnels de la chaîne d’approvisionnement bénéficient de décennies de recherche, d’essais et d’erreurs passées à  :

• Utiliser des imprimantes 3D peu coûteuses pour reproduire rapidement de nouveaux produits et employer des imprimantes de qualité industrielle pour créer des pièces en plastique et en composite utilisées dans les usines avant de passer à l’impression 3D en métal des produits finis.
• Commencer par la fin, c’est-à-dire déterminer la technologie qui peut produire vos pièces et quel fournisseur ou partenaire de la chaîne d’approvisionnement possède l’imprimante 3D qui fabriquera des pièces de qualité à un prix abordable.
• Déterminer à quel niveau de votre chaîne d’approvisionnement l’impression 3D est la mieux adaptée et offre la valeur la plus significative, même si ce niveau n’est pas la production de produits finis.
• Élaborer votre étude de rentabilité sur l’impression 3D en ayant recours soit à des appareils internes lorsque cela se justifie, soit à des partenaires de la chaîne d’approvisionnement jusqu’à ce que vous connaissiez les coûts réels du capital, de l’ingénierie et de la fabrication.

¹ Lutte contre le Coronavirus : La Marine développe des masques tactiques imprimés en 3D pour les forces américaines en Corée, https://americanmilitarynews.com/2020/08/coronavirus-defense-navy-develops-3d-printed-tactical-masks-for-us-forces-korea/