Du Boeing Starliner au pneu Goodyear Tesla, l’impression 3D devient une réalité de fabrication

Une photo montre un pneu non pneumatique (NPT), un pneu sans air, lors de la présentation du pneu NPT de Goodyear à Colmar-Berg, Luxembourg, le 17 mai 2022, où le manufacturier de pneus a une nouvelle usine où il expérimente avec l’impression 3D.

François Walschaerts | AFP | Getty Images

La fabrication additive est sur le point d’être adoptée plus largement par l’industrie, car les grandes entreprises Goodyear Tire & Rubber Company et Boeing ainsi que les petites start-ups innovantes prouvent qu’elle peut bien fonctionner à grande échelle dans la fabrication.

En mai, Goodyear a ouvert une usine de 77 millions de dollars au Luxembourg qui se concentre sur l’impression 3D et peut fabriquer des pneus quatre fois plus rapidement en petits lots qu’avec la production conventionnelle. Goodyear teste également sa nouvelle technologie de pneus sans air imprimés en 3D sur les véhicules électriques Tesla et les robots de livraison autonomes de Starship Technologies. Elle travaille depuis plusieurs années sur l’amélioration des techniques de fabrication dans un centre de R&D près de Columbus, dans l’Ohio.

D’ici 2030, Goodyear vise à mettre sur le marché des pneus sans entretien et sans air, et l’impression 3D fait partie de cet effort pour le leader de la fabrication de pneus basé à Akron fondé en 1898 et nommé d’après l’innovateur Charles Goodyear. Actuellement, environ 2 % de sa production provient de la fabrication additive et une plus grande intégration dans le mix est en vue.

“Comme pour toute innovation, il est essentiel de cibler le bon cas d’utilisation. L’impression 3D n’est pas pour tous les travaux. Nous utilisons la fabrication additive pour des pneus haut de gamme ultra-performants qui nécessitent beaucoup plus de complexité et en plus petits lots. tailles », a déclaré Chris Helsel, vice-président senior, opérations mondiales et CTO chez Goodyear. “Il y a toujours un avantage à fabriquer efficacement de grandes séries de pneus via une chaîne de montage normale.”

Tirer parti de la nouvelle technologie demande de la patience. “Vous ne pouvez pas l’apporter, allumez-le. Ce n’est pas un court voyage. Nous sommes sur cette route depuis 10 à 12 ans”, a déclaré Helsel. Lors d’une première commercialisation de ses pneus sans air imprimés en 3D en 2017, Goodyear a commencé à équiper des modèles de tondeuses haut de gamme fabriqués par Bad Boy Mowers.

Histoire récente et croissance future de l’impression 3D

La technologie d’impression d’objets couche par couche à partir de conceptions informatisées remonte au début des années 1980. Aujourd’hui, il transforme les usines et n’est plus considéré comme une nouveauté, bien qu’il ait été popularisé il y a plus de dix ans par la société d’impression 3D de bureau MakerBot sur le marché des amateurs de consommation. Aujourd’hui, une gamme de produits allant des pièces d’avion aux aligneurs de dents et aux sièges de voiture sont fabriqués de manière additive.

Cette nouvelle technologie est considérée comme un avantage concurrentiel et un moyen d’améliorer la base de fabrication et la chaîne d’approvisionnement aux États-Unis. Mais cela ne révolutionnera peut-être pas la production industrielle dans son ensemble.

“La fabrication additive est encore une très petite technologie spécialisée”, a déclaré Jörg Bromberger, directeur de la stratégie et des opérations chez McKinsey à Berlin, et auteur principal du récent rapport du cabinet de conseil sur la technologie industrielle. “Investir massivement dans la fabrication additive peut apporter un certain effet, mais c’est encore assez limité”, a-t-il déclaré.

Principalement utile pour fabriquer des pièces spécialisées de grande valeur et des volumes de production plus petits, Bromberger a fixé la fabrication additive à 2-3 % du marché de production de 12 000 milliards de dollars.

Le consultant de l’industrie de l’impression 3D Wohlers Associates s’attend à ce que la fabrication additive se développe à un rythme relativement soutenu et prévoit que le marché mondial atteindra 85,3 milliards de dollars en 2031, contre 15,2 milliards de dollars en 2021. Le principal secteur industriel utilisant cette technologie est l’aérospatiale, suivi du médical/dentaire et l’automobile, tandis que les applications les plus courantes de l’impression 3D sont la fabrication de pièces d’utilisation finale et de prototypes fonctionnels, selon le rapport Wohlers 2022 de l’entreprise.

Les principaux avantages de la technologie comprennent la flexibilité de conception dans diverses formes 3D qui peuvent être plus performantes ou moins coûteuses, et la production personnalisée de pièces. D’autres avantages sont la réduction des processus de pré-production chronophages et la fabrication de produits à la demande à partir de fichiers numériques.

L’un des principaux obstacles à l’adoption est le coût d’investissement. Les prix des machines d’impression 3D industrielles peuvent varier de 25 000 $ à 500 000 $ et jusqu’à 1 million de dollars pour les grands systèmes. D’autres limites sont le manque de talents en ingénierie pour mettre en œuvre la technologie, un manque de connaissances parmi les entreprises sur pourquoi et comment l’utiliser, la résistance culturelle au changement dans l’atelier et trop peu de systèmes d’impression 3D de bout en bout.

La consolidation des fournisseurs en cours sur le marché industriel pourrait fournir un service plus complet et un guichet unique d’achat pour les fabricants. Par exemple, Desktop Metal, basé à Burlington, dans le Massachusetts, a acquis The ExOne Company à North Huntingdon, en Pennsylvanie, dans le cadre d’un accord de novembre 2021 qui a réuni plusieurs solutions de fabrication additive sous un même toit.

Mais la réception par le marché boursier de l’impression 3D en tant que thème d’investissement pur n’a pas été bonne ces dernières années. Desktop Metal a perdu près de 80 % de sa valeur depuis son introduction en bourse en 2021, et les performances des autres acteurs du secteur de l’impression 3D ont été médiocres, même à mesure que la technologie progresse.

Dans un autre partenariat notable, certains des plus grands industriels du pays travaillent avec une entreprise familiale Rust Belt pour imprimer des composants en 3D.

Humtown Products, une fonderie familiale de 63 ans située près de Youngstown, dans l’Ohio, a adopté l’impression 3D en 2014 comme moyen efficace de fabriquer des noyaux et des moules industriels. Son adoption précoce a aidé l’entreprise à rester en activité après avoir traversé la récession de 2009 et alors que l’entreprise de fonderie américaine se délocalisait ou s’éteignait face à une concurrence étrangère moins chère. Humtown Products a pu fidéliser de grandes entreprises clientes, notamment GE, Caterpillar et Cummins.

Aujourd’hui, sa division de fabrication additive représente 55 % du chiffre d’affaires global et croît de 50 % par an. Le passage à l’impression 3D a été le “moment Kodak” de l’entreprise, a déclaré le propriétaire et président Mark Lamoncha. “Si vous n’êtes pas dans l’espace suivant, vous êtes en faillite”, a déclaré Lamoncha. “Cette industrie est à un tournant vers la commercialisation et dans de nombreuses disciplines, cela équivaut à conduire une voiture de course”, a-t-il déclaré.

Le constructeur de moteurs de camions Cummins utilise Humtown comme fournisseur qui peut améliorer sa précision dans la fabrication de pièces moulées imprimées en 3D et a rationalisé la production en imprimant de grandes pièces en une seule pièce plutôt que des composites. “Nous avons eu un bon succès avec cela. Les volumes commencent à augmenter, et bien que les prix soient encore un peu plus élevés que les procédés conventionnels, c’est beaucoup plus précis, et nous avons pu tripler notre capacité de traitement, ou sortie », a déclaré Larry Lee, conseiller technique de Cummins.

Humtown Products, une fonderie familiale de 63 ans située près de Youngstown, dans l’Ohio, a adopté pour la première fois l’impression 3D en 2014 pour fabriquer des noyaux et des moules industriels pour des clients tels que GE, Cummins et Caterpillar.

Produits Humtown

Humtown Products a pu exploiter la technologie grâce à un groupe de ressources d’impression 3D à Youngstown que les entreprises, le gouvernement et le milieu universitaire ont soutenu pour aider à relancer l’économie locale de l’ancienne ville sidérurgique. Ce pôle technologique englobe plusieurs entités qui positionnent le nord-est de l’Ohio à l’avant-garde de la révolution industrielle de l’impression 3D : l’accélérateur industriel soutenu par le gouvernement America Makes, l’incubateur d’entreprises de Youngstown qui abrite 12 startups additives, telles que le constructeur et concepteur de machines industrielles JuggerBot3d, et Centre d’innovation dans la fabrication additive de la Youngstown State University et nouveau centre de formation d’excellence de 12 millions de dollars.

“Les régions voient l’opportunité de développer la main-d’œuvre autour de cette technologie, mais il existe toujours un manque de connaissances sur les leçons apprises et les réussites”, a déclaré John Wilczynski, directeur exécutif d’America Makes. “Nous visons à combler cette lacune.”

La société aérospatiale Boeing travaille dur pour affiner sa propre approche de la fabrication additive. Le centre de fabrication de fabrication additive de Boeing à Auburn, Washington, est conçu pour rechercher l’utilisation de la technologie de pointe.

“Pour l’industrie, c’est très certainement un avantage concurrentiel car vous pouvez concevoir d’une manière que vous ne pouvez pas avec la production traditionnelle”, a déclaré Melissa Orme, qui est vice-présidente de la fabrication additive depuis 2019, un rôle qui recoupe les trois activités de l’entreprise. unités fabriquant des avions commerciaux, des satellites et des systèmes de défense. Elle travaille avec une équipe de 100 ingénieurs, chercheurs et autres spécialistes pour faire avancer le développement de la technologie.

Orme a cité des avantages dans des délais de production réduits par un facteur de dix, une conception simplifiée en une seule grande pièce pour l’assemblage et une durabilité accrue.

“En ce moment, nous sommes très matures dans l’utilisation de l’impression 3D pour les satellites”, a-t-elle déclaré. “Cela pourrait devenir la norme d’avoir des pièces imprimées en 3D sur chaque satellite.”

Pour la filiale Millennium Space Systems de Boeing, acquise en 2018 en tant que fabricant de petits satellites pour l’espace de sécurité nationale, des satellites 100% imprimés en 3D ont été fabriqués cette année avec 30% de coût en moins et une réduction de cinq mois du délai de production. Utilisateur régulier de la technologie depuis plusieurs années, Boeing possède également des pièces imprimées en 3D pour les hélicoptères et les sièges du vaisseau spatial Starliner, ainsi que des composants pour le Boeing 787 et des outillages pour les ailes du 787.

Même ainsi, des défis subsistent dans l’adoption de la nouvelle technologie. “Cela nécessite un changement culturel pour l’adopter”, a déclaré Orme. “Les ingénieurs apprennent à concevoir avec un risque réduit, ce qui les conduit à la fabrication traditionnelle. Nous avons besoin de plus de données de production pour atteindre un niveau de confort dans la conception pour l’additif”, a-t-elle déclaré, ce qui équivaut à sept décennies de données sur la fabrication traditionnelle. “Une fois que nous aurons fait cela, nous pourrons éliminer ou réduire le risque de cette technologie en évolution”, a-t-elle déclaré.

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