À travers les travaux de Ryan McClelland, un ingénieur-chercheur au Goddard Space Flight Center situé en Floride, la NASA souhaite associer intelligence artificielle et impression 3D pour fabriquer des pièces de vaisseaux ou d’équipements lors des missions sur la Lune ou Mars.
À l’aide d’un programme, des structures évoluées (pièces nécessaires à la confection d’équipements spatiaux) sont conçus. Cela permet de gagner en poids, en résistance et en temps par rapport aux méthodes traditionnelles.
Selon M. McClelland, ces pièces métalliques aux formes étranges peuvent ressembler à « des os laissés par des espèces extraterrestres » mais s’avèrent être d’une grande efficacité. L’intelligence artificielle travaille sous la direction des concepteurs qui transmettent le cahier des charges comportant les besoins et les contraintes de la création demandée. Ce travail humain permet d’éviter toute erreur de la part de l’IA qui risquerait de créer des structures trop fines.
Une grande vitesse de de conception et d’impression 3D ?
C’est la promesse de la NASA. Une fois lancée, l’IA ne met pas plus de deux heures pour produire un design. Et il faut compter environ une semaine pour obtenir une pièce finie, ce qui raccourcit considérablement les délais.
Jusqu’à maintenant, ces pièces ont été utilisées pour différents projets parmi lesquels des ballons-observatoires astrophysiques, des télescopes spatiaux et même la mission Mars Sample Return qui doit ramener sur Terre les échantillons de sols prélevés par le rover martien Persévérance.
Selon Ryan McClelland, l’avenir de la conception assistée par intelligence artificielle passera par l’impression 3D avec des résines et des métaux et l’utilisation des ressources in situ pour fabriquer les composants directement dans l’espace ou sur une autre planète. « Ces techniques pourraient permettre à la Nasa et à ses partenaires commerciaux de construire en orbite des composants de plus grande taille qui ne tiendraient pas dans un véhicule de lancement standard, elles pourraient même faciliter la construction sur la Lune ou sur Mars en utilisant des matériaux trouvés sur place. »
Une nouvelle matière pour l’impression 3D dans l’espace ?
L’utilisation de l’impression 3D dans le secteur aérospatial permettrait d’explorer de nouveaux matériaux (comme le titane, l’aluminium, ou encore l’inconel) et de proposer des alternatives inédites sur le marché.
C’est le cas de l’Agence Spatiale Européenne qui a découvert une nouvelle matière : le régolithe lunaire (poussière qui recouvre la Lune).
Advenit Makaya, ingénieur en fabrication avancée explique que « le régolithe lunaire est comme du béton. C’est du sable, principalement composé de silicium, de quelques éléments chimiques comme du fer, du magnésium ou de l’aluminium. »
En termes de caractéristiques, cette matière lunaire permettrait d’atteindre une résolution d’impression plus fine. Combiner son utilisation à l’IA et l’impression 3D permettrait de produire des pièces au plus haut niveau de précision et ainsi accroitre la vitesse de développement des bases terrestres dans l’espace et sur d’autres planètes.
Enfin, quelles sont les limites de l’impression 3D dans l’espace ?
Malgré les avantages que cette technologie peut apporter, celle-ci demeure récente et peut avoir des limites. Sur Terre, les fabricants du secteur ont accès à des laboratoires où chaque pièce peut être testée. On vérifie sa microstructure, sa résistance et sa fiabilité avant de la valider. Ce processus s’appelle le NDI, ou inspection non destructive. Ce n’est pas le cas dans l’espace où les composants fraichement fabriqués ne pourront bénéficier d’aucun test de ce niveau.L’objectif de la NASA est donc de trouver une alternative à ces tests afin de réduire les prix et de permettre aux ingénieurs spatiaux de fabriquer et tester leurs composants en toute sécurité lors de leurs missions spatiales.
Face à la crise sanitaire actuelle, force est de constater que la solidarité est primordiale pour combattre le Covid-19 : au nord de l’Italie, après un appel à l’aide, quelques entreprises se sont mobilisées pour imprimer en 3D des valves pour des appareils de soins respiratoires intensifs dans un hôpital démuni. Une dizaine de patients sont actuellement soignés avec une machine équipée d’une valve imprimée en 3D, un dispositif qui fonctionnerait donc très bien et a permis de faire face à l’urgence. L’impression 3D offre ainsi une réponse à des chaînes d’approvisionnement gelées, à des industries à l’arrêt à cause du coronavirus.
Il est difficile de dire que la fabrication additive apportera des réponses sur le long terme pour lutter contre le Covid-19, mais elle peut offrir quelques solutions pour soulager la population, que ce soit par exemple grâce à des petites maisons d’isolement imprimées en 3D pour désengorger les hôpitaux, ou encore des outils médicaux conçus par impression 3D pour répondre à une pénurie – les fameux masques imprimés en 3D ont fait beaucoup de bruit ces derniers temps. En Italie, c’est grâce à la communauté de la fabrication additive qu’un hôpital de Brescia, une des villes les plus touchées par le virus en Lombardie, a pu recevoir des valves imprimées en 3D et ainsi faire fonctionner plus d’appareils respiratoires pour sauver des vies. La structure était en effet en rupture et son fournisseur ne pouvait pas le livrer dans le temps imparti.
Les valves ont d’abord été imprimées en 3D sur une machine FDM
Un appel à la solidarité qui a sauvé des dizaines de vies
C’est le fondateur de The FabLab à Milan, Massimo Temporelli, qui a lancé un appel à plusieurs fablabs, services d’impression et fabricants pour qu’ils puissent imprimer en 3D les valves manquantes – Massimo explique qu’il avait reçu plus tôt un appel d’une rédactrice du journal Giornale di Brescia. C’est le bureau d’études italien Isinnova, qui a répondu à l’appel : son CEO, Cristian Fracassi, s’est exprimé sur son profil Facebook : “Nous avons reçu un appel téléphonique, on nous a dit qu’à l’hôpital de Chiari, les valves des respirateurs manquaient et que des gens mouraient. La manière ordinaire, celle de fournir des pièces standard, n’était pas réalisable pour une simple raison de temps. Que devions-nous faire ? La vie des gens était en danger, et nous avons agi. C’est tout, nous n’avons fait que notre devoir.”
L’entreprise italienne a donc apporté une petite imprimante 3D FDM à l’hôpital afin de concevoir le bon modèle de valve et vérifier directement sur place que tout fonctionnait. Une dizaine de patients ont alors été équipés avec succès. Dans la nuit du 14 au 15 mars, les équipes se sont tournées vers une solution plus industrielle, une machine de frittage laser, afin d’en concevoir davantage. Cristian poursuit :
Si nous avons agi rapidement, c’est uniquement parce qu’avec les imprimantes 3D, vous pouvez rapidement tester une petite production qui serait impossible à l’échelle industrielle. Nous souhaitons simplement qu’une seule chose reste de cette histoire : la communauté, composée d’un hôpital, d’un journal, d’une équipe de professionnels, a fait une course contre la montre et a sauvé des vies. C’est tout.
Elles ont ensuite été imprimées sur une machine SLS
Solidarité et impression 3D ont donc permis de sauver la vie de plusieurs patients atteints du Covid-19 : on espère que d’autres initiatives pourront rapidement se mettre en place pour répondre à cette crise sanitaire. N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !
Le gouvernement français veut faciliter l’ impression 3D de pièces détachées
Pièces imprimées par Spare Parts 3D
L’ impression 3D fait valoir de sérieux atouts dans de nombreux domaines, y compris celui des pièces détachées et la réparation où elle promet de jouer un rôle très important dans les années venir.
Sa faculté à fabriquer presque n’importe quelle pièce défectueuse ou manquante à la demande, laisse entrevoir un fort potentiel de développement pour soutenir les filières classiques et répondre aux besoins de réparation du grand public de plus en plus sensible aux effets de sa consommation sur l’environnement.
Parce que réparer c’est allonger la durée d’usage d’une pièce et réduire son impact environnemental, des députés de la majorité ont déposé un amendement visant à contraindre les fabricants à donner les moyens aux utilisateurs de réparer eux-mêmes leurs appareils. Adopté par la commission du développement durable dans le cadre de l’examen du projet de loi sur l’économie circulaire, le texte en question propose d’obliger les fabricants à fournir aux vendeurs et réparateurs les fichiers 3D des pièces détachées utilisables pour l’impression 3D.
« cela permettrait de développer une filière de la réparation qui gagnerait en compétitivité-service par la rapidité et la fiabilité »
Cette obligation serait conditionnée par l’indisponibilité des pièces sur le marché. Les fabricants ou les importateurs de biens meubles devraient alors être en mesure de fournir aux vendeurs professionnels ou aux réparateurs, agréés ou non, qui le demandent le plan de fabrication 3D. « Sans fragiliser les producteurs, cela permettrait de développer une filière de la réparation qui gagnerait en compétitivité-service par la rapidité et la fiabilité de ce système qui répond aux attentes des consommateurs. » Précise l’amendement. « Enfin, cette mesure concourt à l’allongement souhaitable de la durée de vie des biens meubles, mais également à terme des biens d’électroménagers, priorités de ce texte. »
En France, les initiatives sur le sujet se font encore rares. La plus notable est à mettre au crédit de l’enseigne Boulanger. Il y a trois ans, le spécialiste de l’électroménager a créé une plateforme dénommée Happy 3D, qui met gratuitement à disposition de ses clients des modèles 3D de pièces détachées à imprimer en 3D. Autre grand nom de l’électroménager, l’industriel Seb utilise également l’impression 3D pour remplacer des pièces des produits qu’il vend depuis 2016. D’autres fabricants parmi lesquels Whirpool, Electrolux, Vestel, Macgregor ou encore Dedienne Aerospace, commencent eux aussi à l’intégrer.
L’impact de l’impression 3D sur les délais et coûts importants associés aux stocks, a été vérifié par plusieurs industriels, notamment Volvo pour fabriquer les pièces de rechange de ses engins de chantiers. Selon une étude menée par le Centre de Recherche Technique VTT en Finlande, au moins 5% des pièces détachées actuelles pourraient être numérisées et imprimées en 3D.
A Montpellier l’impression 3D se met au service des personnes en situation de handicap.
Grâce à l’impression 3D, les personnes en situation de handicap peuvent fabriquer des objets adaptés à leurs besoins. L’association des paralysés de France dans l’Hérault a noué un partenariat avec un atelier spécialisé, un « fablab », qui apporte des solutions concrètes et personnalisées.
Par C.Alazet avec S.BanusPublié le 18/09/2019 à 06:30
Dans cet atelier de fabrication, un fablab, l’imprimante 3D travaille sans relâche.
Amel Garcia fait fabriquer ici un joystick (une manette) sur mesure, pour l’aider à mieux faire fonctionner son fauteuil roulant.
La jeune femme, atteinte d’une pathologie musculaire, se fatigue très vite. Elle est totalement dépendante de son fauteuil pour se déplacer.
Avec un joystick standard, mon bras fatigue facilement. Une simple boule sous la main augmente la capacité de force permet de moins se fatiguer. Du coup on bouge davantage, on fait plus de choses, ça parait bête mais c’est essentiel en vrai.
Grâce à l’impression 3D notamment, les personnes présentant un handicap accèdent à un service sur mesure et abordable financièrement.
Pour Mentzo de Winter, président de Labsud Montpellier, l’intérêt de ce partenariat, c’est aussi que les personnes en situation de handicap puissent faire elles-mêmes les objets dont elles ont besoin.
Avec le fait que les gens fassent eux-mêmes, on gagne le côut humain par rapport à l’industrie. Et les adhérents gagnent en autonomie. Il ya une adhésion de 30 euros par an pour être membre de l’association.
La révolution numérique dans l’accompagnement des personnes handicapées a commencé.
En Occitanie, 10 % de la population est en situation de handicap. L’APF Occitanie intervient auprès de plus de 1500 usagers chaque année.
LE FUTUR DES PIÈCES DE RECHANGE EST EN IMPRESSION 3D
“L‘impression 3D transformera fondamentalement le marché des pièces de rechange. Il deviendra possible de produire des pièces complexes de manière que nous ne pouvons pas imaginer aujourd’hui”.
Constantin Jauck, Merck KGaA, Strategy& survey
Glossaire et abréviations:
– Impression 3D (terme grand public) = fabrication additive (monde industriel)
– Pièces détachées, pièces de rechanges (PR) abréviation utilisée dans le texte
– Selective laser sintering and melting (SLM, SLS) frittage laser sélectif et fusion
– Fused filament deposition (FFF) Déposition par fusion de filament: la méthode la plus utilisée
– Stéréo lithography (BMD): Photo-polymérisation de résine
– Electron beam melting (EBM): fusion par faisceau d’électron
– Bound metal deposition: deposition de filament plastique chargé en métal puis frittage four HT
– DIY (do it yourself): faites le vous-même.
– Repair Café, café bricol, atelier consacré à la réparation d’objets et organisé à un niveau local pour le grand public et généralement gratuit.
L’impression 3D s’apprête à révolutionner le marché des pièces de rechange à un horizon de 5 à 10 ans mais le futur est déjà là.
Un grand distributeur de produits blancs/bruns/gris, Boulanger, met gratuitement en ligne, via sa plateforme Happy3D, des plans numériques de pièces détachées des produits électroménagers de ses marques. Le consommateur peut les imprimer pour réparer lui-même ses appareils défectueux. Il peut aussi faire appel à une plateforme collaborative Freelabster qui donne accès à plus de 500 imprimeurs en France.
Du coté des fabricants, un groupe français, Seb, leader dans l’électroménager, a bien compris l’intérêt de la réparation du point de vue des consommateurs et du point de vue écologique avec pour objectif d’inverser la tendance à l’augmentation des déchets d’équipements électriques et électroniques (D3E) en communiquant via son marquage “Produits 10 ans réparables”. Le groupe regarde de près les technologies disponibles sur le marché, et teste actuellement l’impression 3D sur une sélection de référence de ses pièces détachées. Le futur est donc déjà en place, la prise de conscience est en cours parmi les professionnels, l’impression 3D va jouer un rôle clé pour améliorer la réparabilité des produits car elle libère la plupart des freins actuels pour l’acquisition de pièces de rechanges.
Etat des lieux de l’impression 3D
Le marché des imprimantes:
Le marché des imprimantes 3D personnelles s’est envolé ces 5 dernières années. (+45% en 2017 par rapport à 2016).
Les prix suivent une pente inverse, en 2018 un bricoleur peut trouver un kit à monter à 100€ et entre 400€ et 10.000€ pour les imprimantes prêtes à utiliser avec une gamme de choix plus large.
Pour les machines grand public, l’utilisation de logiciels libres et de cartes électroniques (open-source) fabriquées en Chine ont permis une baisse des prix forte et rapide.
Au niveau professionnel, la fabrication additive se diffuse à un nombre toujours plus important de secteurs. Désormais utilisée par des groupes comme Airbus, BMW ou Adidas, pour le développement de nouvelles pièces fonctionnelles. Elle dispose également d’un potentiel d’innovation dans le domaine de la santé.
La technologie:
La palette de matières plastiques utilisées par les imprimantes continue d’évoluer pour couvrir des besoins de plus en plus divers. L’impression de pièces en métal est en pleine évolution avec des technologies qui améliorent les performances et font baisser les prix. Le système BMD (bound métal deposition) utilise des particules de métal dans un liant qui se dépose comme un filament de plastique. Les pièces terminées sont ensuite frittées dans un four haute température qui élimine le liant et agglomère les particules de métal (titane, inox, aluminium). Autre évolution prometteuse, des machines apparaissent qui permettent de déposer 4 matériaux différents. Des constructeurs commencent à utiliser des matériaux sous forme de granulés, comme ceux utilisés dans l’injection de pièces en plastique avec un fort potentiel de baisse des prix par rapport à l’utilisation classique du filament.
Intérêt et spécificités de l’impression 3D
Accélération de la phase développement des produits.
Bien adaptée à une production customisée et de petites séries
Possibilités de fabrication uniques (mettre de la matière uniquement ou l’on veut, produits plus solides et plus légers (aéronautique)
Pas de gaspillage de matière (aéronautique)
Production flexible.
Couleurs, matières différentes sur une même pièce
Intérêt et spécificités de l’impression 3D pour les pièces de rechange
Aujourd’hui les fournisseurs de pièces de rechange répondent insuffisamment aux besoins de leurs clients: PR non disponibles, prix trop élevé , délais trop long. Pour répondre à tous les besoins au niveau national et international , un fournisseur de pièces de rechange doit gérer un réseau élaboré de fournisseurs, de fabricants, un réseau de vente et clients, ce qui nécessite des décisions stratégiques importantes à différents niveaux:
Continuer à proposer la pièce ou la discontinuer
Fabriquer ou acheter .
Stocker ou fabriquer sur commande.
Où fabriquer la pièce.
Quel niveau de service offrir (niveau de stock et délai d’appro.)
Pièces détachées reconstruites par impression 3D
Comment l’impression 3D peut répondre à cette problématique
Actuellement le coût de maintien des pièces détachées en stock au-delà du temps de garantie est élevé et les fabricants arbitrent soit en ne maintenant pas certaines pièces soit en établissant des prix qui dissuadent le client ou le consommateur d’effectuer la réparation, problématique majeure dans l’obsolescence organisée.
En supprimant le stockage et en réduisant le délai d’approvisionnement, l’impression 3D va permettre une baisse drastique du coût global d’acquisition.
La pièce pourra être fabriquée localement sur commande avec un délai très court, diminuant ainsi l’impact carbone du transport. Les fabricants devront mettre les fichiers d’impression à disposition des clients, gratuits ou à titre onéreux.
On peut estimer que l’amélioration de la disponibilité des PR et la baisse des coûts vont permettre une augmentation du taux de réparation et un allongement de la durée de vie des produits. Les métiers de la réparation vont être relancés et de nouveaux métiers vont apparaitre: fournisseurs de plans-fichiers prêts à imprimer (plateformes), imprimeurs locaux (fabrications de pièces à la demande). La réparation (DIY) ) sera aussi facilitée soit à la maison soit dans des centres d’autoréparation ou des Repairs Cafés (*)
Biodiversité : des récifs artificiels en impression 3D
La construction 3D est un phénomène qui ne se limite pas uniquement aux ponts et aux maisons, les applications à caractère écologique ont également une carte à jouer, à fortiori dans le contexte environnemental que l’on connaît. Le dernier exemple en date nous est fourni par le spécialiste des solutions de restauration marine Seaboost. La start-up montpelliéraine s’est associée au spécialiste français de l’impression 3D XtreeE pour réaliser plusieurs récifs artificiels en béton, les « XReef ». Il y a un an, les deux entreprises avait déjà collaboré avec succès en créant un premier récif artificiel imprimé en 3D pour le Parc National des Calanques.
Cette fois-ci ce sont 32 structures qui ont été immergées cette semaine au large du Cap d’Agde. Lestés à 300 m sur une dizaine de kilomètres, les blocs de 1,4 tonne chacun vont remplir un double emploi : remplacer les anciens systèmes d’amarrage (chaines, pneus..) des bouées jaunes qui délimitent les zones de baignades et de navigations, et servir d’abri et de nurserie pour les différentes espèces marines.
Cette initiative est la deuxième du genre en Méditerranée. En 2017, six récifs artificielsimprimés en 3D avaient été immergés dans l’aire marine protégée du Larvotto. D’autres projets tout aussi prometteurs commencent à voir le jour, on pense notamment à Secore et ses unités de semis pour coraux fabriqués par impression 3D.
Des perspectives sans limite pour les futurs projets d’ingénierie et de restauration écologique
L’utilité de l’impression 3D réside dans sa grande liberté de conception et de formes géométrique. La technologie d’impression 3D béton développée par XtreeE a permis de recréer une complexité architecturale poreuse inédite qui imite le coralligène. Cet écosystème rocheux profond qui peut mettre plusieurs centaines d’années à se former est l’un des habitats naturels les plus riches de Méditerranée.
« Dans un contexte global de dégradation de l’environnement marin, l’impression 3D béton offre des perspectives sans limite pour les futurs projets d’ingénierie et de restauration écologique depuis les eaux méditerranéennes jusqu’à la Grande barrière de corail en Australie. » Explique XtreeE.
Les différentes cavités sont appropriées au développement de la faune et de la flore marine (poissons, crustacés, coraux, algues, mollusques) notamment pour les nurseries. A cela s’ajoute également des bénéfices d’ordre économique. L’installation permettra d’optimiser les coûts de gestion du balisage, en réduisant l’entretien et le changement des amarrages traditionnels peu résistants aux coups de mer.
Le projet, réalisé dans le cadre de l’opération Récif’Lab, aurait coûté 224 000 euros hors taxe, financés à 60% par l’Ademe, 20% par la Ville, 10% par la Région Occitanie et 10% par l’Agence de l’Eau Rhône Méditerranée. Son suivi scientifique sera assuré par une équipes de plongeurs professionnels biologistes marins de la direction du milieu marin d’Agde, de l’université de Perpignan Via Domitia et du Cefrem. Un autre récif artificiel imprimé en 3D, cette fois-ci dédié à la plongée, verra le jour en 2020. La structure en béton mesurera 10 mètres de haut et comprendra une grotte et un passage où pourront évoluer les plongeurs. Une première en France.
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