Mise en contexte de la fabrication additive

La fabrication additive (FA) est un ensemble de procédés destinés à produire des objets à partir de modèles de données 3D. Cette production d’objets se fait couche par couche par opposition aux méthodes de fabrication soustractives ou par déformation de matière (moulage, forgeage, pliage, etc.). La fabrication additive peut également parfois être nommée procédés additifs, techniques additives, fabrication additive par couche, fabrication couche par couche, ou fabrication libre (Gibson, Rosen et Stucker, 2015).

Initialement la FA, alors appelée prototypage rapide (PR), avait pour but d’accélérer le temps et de réduire le coût de développement de produit du fait de sa capacité à matérialiser dans un temps et à un coût record la forme du produit en développement. Cependant, avec l’amélioration des précisions des procédés et l’amélioration des propriétés des matériaux, les applications obtenues par FA sont sorties du cadre unique du PR pour se diriger vers l’outillage rapide (OR) et la fabrication rapide (FR) (Gibson, Rosen et Stucker, 2015).

Cette opportunité naissante d’utilisation des technologies de FA pour fabriquer de l’outillage et des pièces de production est à l’origine d’un besoin d’informations de la part des industriels. En effet, le choix de ces technologies est en partie rendu complexe, car il existe sept catégories standardisées de technologies de FA qui répondent chacune à des besoins spécifiques (Gibson, Rosen et Stucker, 2015).

Historiquement, l’aide à la décision reposait sur l’expérience individuelle, le savoir et l’expérience des personnalités reconnues d’autorité au sein d’une organisation. L’opinion et la subjectivité étaient des facteurs importants.

Gibson (2002) définit trois problèmes principaux auxquels les outils d’aide à la décision de technologies, de matériaux et de post-traitements peuvent répondre :
• au niveau de la sélection : quelle technologie répond aux besoins de l’utilisateur ?
• au niveau de l’investissement : quelle technologie l’utilisateur de l’outil doit-il acheter pour fabriquer sa pièce ?
• au niveau du choix des paramètres de fabrication : quels sont les paramètres qui doivent être maîtrisés et quel est le processus donnant des résultats optimums ?

Le cadre de cette étude couvre les deux premières questions. La question de la planification n’est pas traitée, car nous avons la vision d’un utilisateur souhaitant confier la fabrication à un sous-traitant ou à une personne spécialisée dans l’opération du procédé ou de la machine retenu(e).

Les applications de la FA peuvent être séparées en trois grands types en fonction de l’utilisation faite de celles-ci : le prototypage rapide (PR), l’outillage rapide (OR) et la fabrication rapide (FR) (Gibson, Rosen et Stucker, 2015). Cette catégorisation permet de comprendre l’évolution de la performance de ces technologies et l’élargissement progressif des besoins auxquelles elles répondent.

Le prototypage rapide (PR)
Le terme de PR est apparu à la fin des années 1980 avec l’arrivée d’un besoin de complexification des pièces à réaliser. Ce concept a pu émerger entre autres grâce aux bases mathématiques de la modélisation géométrique 3D développées, à l’apparition de modeleurs, de la conception assistée par ordinateur (CAO) volumique et des travaux de recherche sur la mise en forme des matériaux en couches. Ces prototypes ont pour objectif de valider des aspects du produit final tel que : l’esthétique, la maniabilité, le fonctionnement, etc. En réduisant le cycle de développement de produit par l’utilisation de technologies de FA, le temps de développement et les coûts de développement en sont grandement réduits (Gibson, Rosen et Stucker, 2015).

L’outillage rapide (OR)
Dans les années 2000, le concept d’OR est utilisé pour fabriquer des outillages grâce à des technologies de FA. L’OR est divisé en deux grandes familles : l’OR de courte série et l’OR de production.

Dans le cas de l’OR de courte série, il s’agit d’obtenir un faible nombre de pièces produites grâce à l’OR en quelques jours, à un coût de fabrication réduit et avec peu de procédés de mise en œuvre. L’OR de courte série est généralement produit par outillage indirect. Les technologies de FA sont ainsi utilisées pour fabriquer un motif avant que celui-ci ne soit converti en outils de mise en forme.

L’OR de production vise également à réduire le délai d’obtention et le coût de fabrication par rapport aux procédés conventionnels soustractifs. Cependant, dans le cas de l’OR de production, un des avantages majeurs de la FA réside dans la liberté de conception qui permet d’augmenter le champ des possibilités dans le cas du moulage par injection par exemple. L’OR de production est généralement produit par outillage direct. Les technologies de FA sont ainsi employées directement pour fabriquer des outils de mise en forme (moule, matrice, etc.).