Comment utiliser l’impression 3D comme levier pour diminuer les coûts de production ?

De l’analyse du portefeuille de pièces en production au choix des pièces à imprimer, focus sur quelques bonnes pratiques.

Sommaire

  1. Et les pièces produites traditionnellement ?
  2. Analyse de la valeur ajoutée
  3. Analyse technique et économique
  4. Evaluer un « index d’imprimabilité »
  5. Un travail multidisciplinaire

 

Article de Franz Maufay, Consultant confirmé et Nicolas Bellot, Senior Manager chez Mews Partners

Depuis le début des années 2000, la fabrication additive est largement utilisée dans l’industrie pour fabriquer des prototypes fonctionnels et valider des concepts techniques ou marketing. Cette méthode de fabrication a fait ses preuves par la flexibilité et le confort. Les industriels sont capables de passer du modèle numérique 3D, immatériel à une pièce réelle en quelques jours au lieu de plusieurs semaines et de confirmer les choix de conception sans attendre les premières pièces. Avec la progression des développements du triptyque « machine-matière-paramètres », les caractéristiques des éléments fabriqués deviennent comparables et parfois supérieures aux procédés traditionnels comme pour le métal.

En ce qui concerne les polymères, les caractéristiques obtenues couvrent de nombreuses applications qui vont de pièces techniques comme des supports en thermoplastique amorphe respectant les normes aéronautiques à des pièces grand public.

1 – Et les pièces produites traditionnellement ?

L’impression 3D va désormais au-delà du monde du prototypage et de la petite série pour s’ouvrir aux grandes séries et les quantités produites sont toujours croissantes.

Les applications les plus courantes se trouvent dans la fabrication de nouveaux produits qui permettent d’apporter des avantages concurrentiels tant pour la création d’une nouvelle offre produit, que pour la diminution du temps de mise sur le marché (Time to Market), de la profondeur de process de production (Lead Time) ou des caractéristiques techniques de pièces : diminution du poids, compacité, intégration de fonctions.

Cependant, si cette démarche est adaptée pour de nouveaux produits en phase de conception, elle ne prend pas en compte l’ensemble des produits déjà conçus et qui seront encore fabriqués pendant plusieurs années et pour lesquels l’impression 3D peut diminuer les coûts de production.

 

Mews Partners
Nicolas Bellot, Senior Manager chez Mews Partners

2 – Analyse de la valeur ajoutée

Comment analyser un catalogue de plusieurs centaines voire milliers de pièces pour trouver les quelques pièces pour lesquelles l’impression 3D apportera des bénéfices ? Le premier réflexe serait de faire étudier chaque pièce par famille puis une à une par un expert de l’impression 3D pour déterminer s’il est possible de fabriquer la pièce par ce procédé puis de comparer les gains/surcoûts de la déclinaison « imprimable » par rapport à sa version « traditionnelle ». Si c’est envisageable pour un industriel de petite taille, centré sur un catalogue réduit de famille, ce n’est pas le cas pour une multinationale.

En effet, l’analyse fine, pièce à pièce, pour adapter la conception et la mise en œuvre d’un nouveau plan de validation adéquat sont nécessaires avant de changer de procédé de production mais sont aussi très consommatrices en temps et ressources et doivent être réduites à leur juste nécessaire.

Pour un portefeuille existant, l’intérêt est d’utiliser l’impression 3D pour diminuer les coûts de production par rapport aux techniques traditionnelles. Mais l’impression 3D n’est pas une « baguette magique » qui permet d’imprimer à l’identique toutes les géométries de pièces dans toutes les matières avec des caractéristiques identiques aux procédés traditionnels. D’autant plus que ces pièces ont été conçues et optimisées pour un procédé donné. Les concepteurs doivent alors déterminer l’imprimabilité de la pièce et l’impact de l’impression sur ses caractéristiques fonctionnelles, mais aussi sur son temps et coût de fabrication.

3 – Analyse technique et économique

Ainsi, dans quel ordre évaluer son portefeuille de pièces qui été conçu pour les procédés traditionnels et dont la viabilité économique reste à montrer (point de vue économique ?). L’étude doit être menée conjointement sur ces deux axes : technique et économique. Elle est alors priorisée selon la disponibilité et la facilité de mise en œuvre et d’analyse des données. Les métadonnées sont traitées en masse en utilisant les informations directement disponibles dans les systèmes d’entreprise  : SI étude mais aussi SI financiers. Le choix des données mais aussi le lien entre les données disponibles et les grandeurs physiques recherchées sont primordiaux car c’est de ces choix que dépendront la performance et le coût de l’analyse.

Ce travail est réalisé par un groupe de travail multi-métiers intégrant des concepteurs, des spécialistes de l’impression 3D mais aussi des financiers et des spécialistes des systèmes d’information techniques et financiers.

On peut ainsi définir un premier ensemble de pièces et de familles potentiellement fabricables et rentables en impression 3D, sur lequel on pourra débuter une deuxième étape d’analyse approfondie.

4 – Evaluer un « index d’imprimabilité »

La deuxième étape consistera à étudier la topologie et les caractéristiques techniques des pièces de ce premier ensemble pour valider la capacité à les fabriquer avec les procédés d’impression 3D. Ici encore, l’intégration avec les systèmes d’entreprise permettra d’automatiser l’analyse en calculant un « index d’imprimabilité » pour concentrer les traitements manuels sur les pièces à fort enjeu avec une forte probabilité de réussite.

Il est d’autant plus important de limiter ces traitements qu’ils sont très consommateurs d’expertise rare et de temps de calcul. De plus, ils nécessitent d’accéder à des données de conception détaillée, de production et de prix qui sont le cœur du savoir-faire d’une entreprise.

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Franz Maufay, Consultant confirmé, Mews Partners

5 – Un travail multidisciplinaire

En synthèse, si le principe de l’étude semble simple, sa réussite est conditionnée par de multiples points d’attention. En particulier les impacts des procédés d’impression 3D sur les spécificités métier ou encore la capacité à accéder à des informations de qualité provenant de systèmes hétérogènes. La clef réside dans la mise en œuvre de groupes de travail multidisciplinaires et d’un travail itératif pour définir la méthode d’analyse optimale.

Ce travail de connexion entre les SI et les expertises crée ainsi une chaîne d’analyse unique adaptée aux contraintes, aux spécificités et aux systèmes d’information de chaque entreprise. Elle s’enrichira des progrès de l’impression 3D : nouveaux procédés, nouvelles matières, nouvelles caractéristiques de pièces mais aussi des évolutions du portefeuille produit et des besoins (arrêt d’une fabrication série, changement de mix produit, évolutions de marchés…).

Cette chaîne d’analyse pourra être transposée pour être utilisée dans les phases de conception pour choisir le procédé de fabrication. L’impression 3D sera alors une alternative de production dès les conceptions initiales et les concepteurs pourront optimiser les pièces pour ce procédé. Cela permettra d’entrer dans une spirale vertueuse pour ancrer l’impression 3D dans la palette des procédés de fabrication traditionnels et décupler les gains.