Trois domaines freinent l'industrie de l'impression 10.6D de 3 milliards de dollars

La société d'études de marché SmarTech Analysis a récemment publié ses données pour l'industrie de la fabrication additive (AM). Il a déterminé qu'en 2021, le secteur de l'impression 3D a atteint 10.6 milliard de dollars de chiffre d'affaires, hors chiffre d'affaires lié aux contrats de maintenance matérielle et aux équipements de post-traitement. La société prévoit en outre que la FA devrait atteindre plus de 50 milliards de dollars d'ici 2030.

Cette croissance est étroitement liée à la tendance selon laquelle les grands fabricants utiliseront de plus en plus la technologie pour la production de masse. Cependant, pour que la FA parvienne à une adoption à grande échelle, elle devra progresser de manière significative dans trois domaines cruciaux et interdépendants : le débit, l'intégration en usine et le contrôle qualité. Heureusement pour l'industrie, ce sont aussi des problèmes qui sont activement traités.

Débit d'impression 3D

En raison de ses racines en tant que technologie de prototypage, l'impression 3D n'a jamais été conçue pour la production de masse. Au lieu de cela, sa capacité à créer des formes complexes a été limitée à des pièces uniques ou à la fabrication de petits lots. Pour cette raison, les entreprises de l'industrie de l'impression 3D se sont efforcées de développer des systèmes capables de fabriquer de nombreuses pièces aussi rapidement que possible, un concept connu sous le nom de débit.

Parmi les leaders à cet égard se trouve HP, qui a passé des années à rechercher la technologie avant de finalement dévoiler des technologies capables d'une production rapide à la fois dans les plastiques et les métaux. Le géant de l'impression 2D a transféré son expertise des têtes d'impression à jet d'encre vers l'impression 3D avec une technologie appelée Multi Jet Fusion (MJF). MJF est déjà utilisé pour produire de grands lots de pièces en polymère pour tout, de lunettes à robots d'épicerie.

Ce n'est qu'un début pour l'entreprise qui déploie aujourd'hui sa technologie Metal Jet. Une forme de ce qu'on appelle le «jet de liant métallique», Metal Jet dépose un liant liquide sur de la poudre métallique, créant un composant qui doit ensuite être fritté dans un four. Des clients aussi importants que Volkswagen investissent dans la technologie avec un plan de production en série jusqu'à 100,000 XNUMX composants métalliques annuellement pour les véhicules grand public.

Cependant, HP n'est pas la seule entreprise dans cet espace en évolution rapide. Une startup largement médiatisée appelée Desktop Metal travaille à accélérer le jet de liant métallique. GE travaille également sur sa propre version de la technologie. Ensemble, ces entreprises inaugurent une ère dans laquelle les poudres métalliques à faible coût peuvent être utilisées pour imprimer en 3D un grand nombre de pièces en une seule tâche, ce qui pourrait modifier complètement la structure des coûts de l'impression 3D métallique.

Cela signifie qu'ils affronteront les leaders établis de l'impression 3D métallique, qui reposent généralement sur le zapping de faisceaux laser de haute puissance sur des poudres métalliques coûteuses. Ces entreprises s'efforcent également d'augmenter le débit en ajoutant jusqu'à 12 lasers à leurs machines.

Usines d'impression 3D

Bien qu'une flotte d'imprimantes 3D puisse être capable de fabriquer en volume, cela ne signifie pas qu'elles s'intégreront nécessairement dans une usine existante. Cela est dû en grande partie au fait qu'ils manquent de logiciels de production de masse.

Aujourd'hui, une poignée de startups ont émergé pour relever le défi de développer des logiciels spécifiques à la FA pour les systèmes d'exécution de fabrication (MES). Ces outils permettent à la fois de gérer un parc d'imprimantes 3D et de les connecter au logiciel de production existant d'une entreprise. Ils facilitent généralement l'ensemble du flux de travail de la commande à la fabrication. Cela signifie l'établissement de devis et le suivi des commandes, la préparation des fichiers d'impression, la surveillance des travaux d'impression et la collecte des données, la mise en file d'attente du parc d'imprimantes, le contrôle de la qualité et l'expédition.

Un logiciel MES se connecte nécessairement aux outils logiciels existants d'une entreprise. Cela inclut la gestion du cycle de vie des produits (PLM), la planification des ressources d'entreprise (ERP) et les logiciels informatiques généraux. Alors que le PLM peut inclure le logiciel de modélisation 3D préféré d'une entreprise, l'ERP sera composé de tout, des programmes de paie aux outils de suivi des finances globales.

Les plates-formes MES s'efforcent désormais de prendre tous les logiciels avec lesquels un fabricant pourrait déjà travailler et d'insérer l'impression 3D dans le mélange. Cependant, ils ne se limitent pas seulement à AM. De nombreux développeurs MES cherchent à se connecter à d'autres équipements de production, tels que des machines CNC. Ensuite, avec l'aide de l'apprentissage automatique, l'ensemble du flux de travail peut être automatiquement amélioré à mesure que les données de chaque commande et de chaque travail de la machine sont réinjectées dans le cycle de travail. L'intelligence artificielle ajoute considérablement aux capacités des logiciels MES.

Contrôle qualité de l'impression 3D

Le contrôle de la qualité est peut-être le plus grand obstacle à l'adoption généralisée de la FA. En effet, avec l'additif, chaque partie est distincte. Chaque point de la plate-forme de fabrication peut être légèrement différent et même la moindre variation d'un paramètre d'impression peut modifier la microstructure de l'objet imprimé.

À son tour, un objet imprimé sous un angle ne sera pas le même que celui imprimé sous un autre. Et, comme les pièces sont construites couche par couche, il est difficile de valider les géométries internes d'un article une fois l'impression terminée. Par conséquent, le seul véritable moyen d'assurer la qualité d'un objet imprimé est d'utiliser un scanner, généralement une méthode d'un coût prohibitif pour inspecter une multitude de pièces.

Heureusement, non seulement nouveaux systèmes de tomodensitométrie avec des étiquettes de prix plus bas qui arrivent sur le marché, mais il existe d'autres outils qui sont utilisés pour garantir la qualité des pièces imprimées. Parmi eux, la simulation informatique. Des entreprises comme ANSYS ont développé un logiciel qui peut anticiper les défauts qui se produisent pendant le processus d'impression et compenser pour eux. Hexagon va encore plus loin en prédire les problèmes au niveau microscopique.

Pendant ce temps, des entreprises comme Sigma Labs et Additive Assurance ont créé du matériel pour surveiller les chambres de construction des imprimantes 3D métalliques afin de détecter les erreurs. De plus en plus, ces outils permettront une rétroaction active afin que les machines puissent rapidement corriger les problèmes pendant le processus d'impression. Lorsqu'il est connecté au logiciel MES et à la simulation d'impression 3D, l'équipement peut apprendre des erreurs passées et les corriger avant même qu'elles ne se produisent à l'avenir.

Dans l'ensemble, ces domaines progressent à un rythme incroyable, en grande partie parce que les fabricants voient l'intérêt de pouvoir produire des objets à partir de fichiers numériques à la demande. Alors que des entreprises aussi grandes que Ford, GE et Siemens se tournent vers l'impression 3D pour produire des pièces finales de qualité, elles poussent l'ensemble du marché des additifs à se plier à leurs besoins. Pour atteindre la somme colossale de 50 milliards de dollars d'ici la fin du siècle, l'industrie de l'impression 3D doit être capable de fabriquer des millions de pièces pour ces clients.