From Boeing Starliner to Goodyear Tesla tire, 3-D printing is becoming manufacturing reality

From Boeing Starliner to Goodyear Tesla tire, 3-D printing is becoming manufacturing reality

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 | fausses images

La fabrication additive est sur le point d’être plus largement adoptée par l’industrie, car les grandes entreprises Goodyear Tire & Rubber Company et Boeing, ainsi que les petites startups innovantes, démontrent 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 que la production conventionnelle. Goodyear teste également sa nouvelle technologie de pneu sans air imprimée en 3D sur des véhicules électriques Tesla et des robots de livraison autonomes de Starship Technologies. Il travaille depuis quelques années sur l’amélioration des techniques de fabrication dans un centre de R&D près de Columbus, Ohio.

D’ici 2030, Goodyear vise à commercialiser des pneus sans air et sans entretien, et l’impression 3D fait partie de cet effort pour le fabricant 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 intégration plus poussée dans le mix est en vue.

“Comme pour toute innovation, il est essentiel de se concentrer sur 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 dans des lots plus importants. “. », a déclaré Chris Helsel, vice-président senior des opérations mondiales et directeur technique de Goodyear. « Il y a toujours l’avantage de fabriquer efficacement de grandes séries de pneus via une chaîne de montage normale.

Profiter des nouvelles technologies 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 ou 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. Elle transforme désormais les usines et n’est plus considérée comme une nouveauté, bien qu’elle ait été popularisée il y a plus d’une décennie par la société d’impression 3D MakerBot desktop dans le hobby. le marché du consommateur. Aujourd’hui, une gamme de produits, des pièces d’avion aux aligneurs de dents en passant par les 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 elle ne révolutionnera peut-être pas la production industrielle en général.

“La fabrication additive est encore une très petite technologie de niche”, 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 avoir 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 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 élevé, prédisant 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 la conception dans diverses formes tridimensionnelles qui peuvent mieux fonctionner ou coûter moins cher, et la production personnalisée de pièces. Parmi les autres avantages, citons la réduction des processus de préproduction chronophages et la création 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 aller 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 écart de connaissances entre 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 en cours des fournisseurs sur le marché industriel pourrait fournir un service plus complet et un guichet unique aux 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 d’autres jeux de l’industrie de l’impression 3D ont mal performé même si la technologie a progressé.

Dans un autre partenariat notable, certaines des plus grandes industries 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 lorsque l’entreprise de fonderie américaine a déménagé à l’étranger ou s’est éteinte 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 total 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 fabricant de moteurs de camions Cummins utilise Humtown comme fournisseur qui peut améliorer sa fabrication de précision de pièces moulées imprimées en 3D et a rationalisé la production en imprimant de grandes pièces en une seule pièce au lieu de composites. “Nous avons eu beaucoup de succès avec cela. Les volumes commencent à augmenter, et même si les prix sont encore un peu plus élevés que les procédés conventionnels, c’est beaucoup plus précis et nous avons pu tripler notre capacité de traitement, ou débit, ” a déclaré le conseiller. Technicien Cummins Larry Lee.

Humtown Products, une fonderie familiale de 63 ans située près de Youngstown, dans l’Ohio, a adopté l’impression 3D pour la première fois 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 tirer parti de 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 placent 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 concepteur et constructeur de machines industrielles JuggerBot3d, et Youngstown Centre d’innovation en fabrication additive de l’Université d’État et nouveau centre d’excellence de formation de 12 millions de dollars.

“Les régions voient une opportunité de développer la main-d’œuvre autour de cette technologie, mais il existe toujours un manque de connaissances concernant les leçons apprises et les réussites”, a déclaré John Wilczynski, PDG d’America Makes. “Notre objectif est de combler ce vide.”

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

“Pour l’industrie, c’est définitivement 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 couvre les trois départements de l’entreprise. entreprises. . unités qui fabriquent 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 technologique.

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

“En ce moment, nous sommes très matures dans l’utilisation de l’impression 3D pour les satellites”, a-t-il 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 intérieure, a produit cette année des satellites 100% imprimés en 3D à 30% de coût en moins et cinq mois de réduction du temps 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.

Pourtant, des défis subsistent dans l’adoption de la nouvelle technologie. “Il faut un changement culturel pour l’accepter”, a déclaré Orme. “Les ingénieurs apprennent à concevoir avec un risque réduit, ce qui conduit à la fabrication traditionnelle. Nous avons besoin de plus de données de production pour atteindre un niveau de confort dans la conception additive”, a-t-il 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 les risques liés à cette technologie en évolution”, a-t-il déclaré.

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