AMS 2021 : Les lacunes dans l’automatisation de l’impression 3D pour la production

AMS 2021 : Les lacunes dans l’automatisation de l’impression 3D pour la production

Aussi passionnants que soient les thèmes abordés lors du sommet en ligne sur les stratégies de fabrication d’additifs, l’automatisation est une des solutions favorites car elle permet de combler les lacunes entre l’impression 3D et les méthodes de fabrication traditionnelles. À bien des égards, la technologie additive représente le rêve d’une usine automatisée (y compris les problèmes liés à la désautonomisation du travail et les avantages de la démocratisation de l’accès à la production). Cependant, la fabrication additive (AM) est loin de réaliser ce rêve. Et, comme nous l’avons appris lors du sommet de l’AMS, pour combler ces lacunes, il faudra probablement trouver des solutions de post-traitement et de nouveaux logiciels.

Dans son discours d’ouverture de l’après-midi, Jeff Mize, PDG de PostProcess, a expliqué que 46 % des coûts de fabrication d’additifs (AM) de certaines entreprises sont associés au post-traitement, selon le 2e rapport annuel de la société sur les tendances en matière de post-impression d’additifs. En particulier, les technologies de photopolymérisation en cuve représentent plus de 51 % de ces dépenses, suivies par la fusion en lit de poudre.

Image reproduite avec l’aimable autorisation de PostProcess Technologies.

Le post-traitement représente donc une énorme lacune en termes d’automatisation de la fabrication des pièces, car il nécessite des techniques coûteuses et à forte intensité de main-d’œuvre pour retirer les éléments de la zone de construction, les nettoyer (y compris le retrait des structures de support) et ensuite appliquer toutes les techniques nécessaires pour finaliser leur apparence. Et, comme l’explique le panel 3 sur le post-traitement (animé par Todd Grimm), de nombreuses entreprises ne se rendent même pas compte que le post-traitement est une chose lorsqu’elles se lancent dans la fabrication d’articles. Mize et Felix Ewald, PDG et co-fondateur de DyeMansion, ont tous deux déclaré dans ce panel que ce qui arrive à une pièce après son impression est souvent une pensée après coup pour les clients.

PostProcess s’attaque à ce problème en combinant le matériel, les logiciels et les matériaux. CONNECT3D est le logiciel de la société pour la gestion des étapes de post-traitement. Cela comprend le support et l’élimination de la résine lors de la modélisation des dépôts fondus, la photopolymérisation en cuve et les pièces polymères à jet d’encre à l’aide de matériel de pulvérisation ou d’immersion chimique, ainsi que la finition de surface par l’utilisation de supports d’abrasion et de produits chimiques. Tout ceci est destiné à être optimisé en utilisant le logiciel AUTOMAT3D de l’entreprise, qui surveille et réagit aux processus de finition.

DyeMansion s’est développé en se concentrant sur les pièces teintées par frittage laser sélectif (SLS) pour traiter de multiples parties du flux de travail de post-traitement, du nettoyage et du surfaçage de toutes les pièces par fusion sur lit de poudre (PBF), y compris la fusion multijet, à la coloration en profondeur.

Le processus de post-traitement de DyeMansion. Image reproduite avec l’aimable autorisation de DyeMansion.

Il est évident que l’automatisation de ces étapes prépare l’impression 3D à être adoptée comme technologie de fabrication de masse. Cependant, aucune des deux entreprises ne propose encore de technologie de revêtement, ce qui fait qu’il existe de nombreux créneaux à exploiter. En fait, comme ces deux entreprises ne s’occupent pour l’instant que de pièces en polymère, il faudra aussi trouver des solutions pour l’impression 3D sur métal.

Dans le panel 1 : Design Software for AM, cette question a été abordée dans une certaine mesure par des développeurs tels qu’AdditiveLab, Autodesk et Riven. Le fondateur et directeur technique de Riven, Jeff Page, a une approche unique en ce sens que Riven prend des informations sur les pièces réellement produites par balayage 3D pour déterminer les problèmes qui se sont produits et comment les corriger dans le processus de conception.

AdditiveLab signifie aider à l’industrialisation de la MA grâce à son logiciel de simulation d’impression 3D de métaux. Ce domaine est en pleine expansion, plusieurs entreprises développant actuellement des outils pour la simulation de pièces métalliques avant leur impression ; cependant, des outils comme ANSYS sont plutôt avancés et coûteux. La co-fondatrice Mariam Mir a expliqué comment le logiciel démocratise l’accès à la simulation et ouvre ainsi la MA métallique à un plus grand nombre d’utilisateurs.

Kevin Acker, consultant technique senior chez Autodesk, pense évidemment que son employeur joue également un rôle dans cette démocratisation, étant donné que des outils comme Fusion 360 sont gratuits pour les utilisateurs éducatifs et les amateurs. Mais un thème qui a émergé tout au long de la journée, et qu’Acker a abordé dans cette discussion, est que les contraintes des diverses technologies de production doivent être de plus en plus intégrées dans les logiciels de conception afin que les utilisateurs comprennent plus facilement ces limites lors de la conception.

En fait, ce fut l’un des points forts du panel 2 : les logiciels de flux de travail et d’automatisation pour la GA, qui a été le plus animé des événements de l’après-midi – en partie grâce à la modération du vice-président exécutif de la recherche chez SmarTech Analysis, Scott Dunham, et aussi en raison de la chimie entre les participants. David Tucker, directeur des solutions numériques pour Forecast 3D, a été le seul participant à gérer les lignes de production quotidiennes de pièces d’additif. Il a répondu à un certain nombre de questions de ses collègues du panel sur la façon dont nous pouvons industrialiser la MA par l’automatisation.

Malheureusement, Stefan Rink d’AM-Flow a abandonné l’entreprise en raison d’une mauvaise connexion à Internet, mais la société tente de s’attaquer à tous les problèmes, de l’identification et du tri des pièces au conditionnement de manière automatisée. Joris Peels parle de l’entreprise de manière plus approfondie ici. Cette entreprise pourrait bien être la clé de l’automatisation des usines AM. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’AM-Flow.

En rapport avec la remarque d’Acker sur la conception en tenant compte des contraintes, Tucker a expliqué que, lorsqu’il a travaillé auparavant dans le moulage par injection, il s’est rendu compte que les meilleures conceptions sont celles qui tiennent compte du processus de production lorsqu’elles sont modélisées. C’est un aspect qu’il pensait devoir être intégré à la gestion de l’approvisionnement, les concepteurs se demandant si un article sera fabriqué par PBF, photopolymérisation en cuve, etc. De plus, même les entreprises de matériaux et de machines doivent réfléchir à l’endroit où leurs machines sont utilisées. M. Tucker a souligné que les OEM pensent encore à leurs systèmes en termes de prototypage :

« Il y a des points de contrôle qui sont créés dans l’industrie du point de vue des fabricants de matériaux ou de machines. Souvent, ils ne comprennent pas à quoi ressemble l’usine ou ce qu’est la fabrication à l’échelle. Ils négocient les prix des petites machines de fabrication d’additifs pour le prototypage et nous attendons de ces modèles commerciaux qu’ils passent à l’échelle de la production. Pour être honnête, ils s’effondrent, ils s’effondrent. Ils gardent l’additif dans le domaine des prototypes ».

Tous les participants, y compris Stefan Rink, PDG d’AM-Flow, Arno Gramsma, co-fondateur d’AMPC Solutions b.v. et Todd Grimm, président de T. A. Grimm &amp ; Associates, Inc. sont d’accord sur ce point.

Le point de Grimm sur la numérisation des connaissances tribales dans un logiciel de conception est directement lié au point de Tucker :

« Je suis très enthousiaste quant à l’état actuel et à l’avenir du logiciel, car je le vois relever de nombreux défis qui sont autant d’obstacles à l’adoption de l’additif dans deux domaines clés : d’une part, le transfert des connaissances tribales ou de l’expérience pratique vers quelque chose dont le logiciel s’occupe de la réflexion pour nous en tant qu’individus et, d’autre part, l’élimination des tâches fastidieuses ou très compliquées, telles que la programmation », a déclaré M. Grimm.

M. Rink a déclaré que le défi pour la GA est qu’elle essaie d’être une technologie de production à haut volume et à mélange élevé alors que, jusqu’à présent, elle était mieux adaptée en tant que technologie à mélange élevé et à faible volume, par rapport à quelque chose de faible mélange et à volume élevé, comme le moulage par injection. En substance, il a déclaré : « C’est comme si l’on voulait qu’une usine fabrique à la fois une BMW Mini et un Boeing 747 ».

M. Gramsma a déclaré que l’AMPC tente de résoudre le problème de l’automatisation en développant des solutions pour les usines de fabrication d’ordinateurs de bureau. Pour l’instant, cela signifie des armoires verrouillables pour filtrer les particules dangereuses de l’environnement de production, ainsi que des dispositifs d’arrêt d’urgence, un contrôle de la température et de l’humidité.

Cependant, selon Todd Grimm, il faut encore une sorte de centralisation, éventuellement des interfaces de programmation d’applications (API) qui permettent aux utilisateurs d’intégrer plus facilement des imprimantes 3D dans un environnement d’usine. Il a comparé cette situation à celle qu’il a connue à l’époque de la FAO, il y a quelques années, où les clients devaient avoir un code écrit spécifiquement pour leurs ateliers, plutôt que d’utiliser un gCode général pour piloter leur équipement.

La solution AMPC 3D Print Farm. Image avec l’aimable autorisation de l’AMPC.

Tout cela est lié à ce qui a été discuté dans le panel 4 : l’AM dans le contexte de l’industrie 4.0, avec Al Siblani, président et PDG d’EnvisionTEC (récemment acquis par Desktop Metal), qui a noté que l’intelligence artificielle (AI) devra jouer un rôle croissant dans la façon dont tout cela est fait. M. Siblani a joué un rôle clé dans l’industrialisation de l’AM polymère, car son entreprise a vu la production en masse d’appareils auditifs et d’aligneurs dentaires clairs grâce à l’utilisation de l’impression 3D.

Jonah Myerberg, co-fondateur et directeur technique de Desktop Metal, a convenu que l’IA sera de plus en plus utilisée pour effectuer des tâches telles que le contrôle qualité en cours de processus via la vision artificielle. Il a en outre suggéré que ces technologies d’automatisation se développent de concert avec les processus d’AM. Mike Vasquez, fondateur et directeur général de 3Degrees, a soulevé un point intéressant en ce qui concerne ces avancées : les petites et moyennes entreprises (PME) seront-elles laissées pour compte en raison du coût de l’IA et des technologies similaires ou contribueront-elles à tirer ces PME vers le haut ?

Mon sentiment est qu’à mesure que ces nouvelles technologies se développeront, le coût de beaucoup d’entre elles diminuera, permettant aux PME de se joindre à la mêlée. Par exemple, AdditiveLab présente un logiciel de simulation moins cher que celui proposé par ANSYS et je sens qu’il y aura une plus grande concurrence pour faire baisser ces coûts. L’impression 3D, quant à elle, s’orientera davantage vers l’automatisation. Il reste à voir ce que cela signifie pour le monde entier, mais j’espère que c’est une bonne chose !

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