Jonah Myerberg, co-fondateur et directeur de la technologie, Desktop Metal.

Du prototype au produit: l’essor de l’impression 3D métal

En un coup d’oeil:

  • Le passage de Desktop Metal dans les applications du prototypage et de l’outillage à production à grand volume de pièces destinées à un usage final inaugure apparemment la prochaine vague de technologie de fabrication de masse.
  • La société de solutions de fabrication additive pour métaux deviendra cotée en bourse avec Trine pour une valeur combinée après transaction de 2,5 milliards de dollars.
  • Les fabricants de métaux apportent des imprimantes 3D et leurs solutions numériques à la chaîne d’assemblage afin de réduire les coûts de production et les délais de livraison pour une variété de pièces métalliques.

Lorsque Desktop Metal a annoncé son intention de devenir une société cotée en bourse, l’industrie de l’impression 3D s’est redressée.

Seul le temps peut combler les vides sur la façon dont les entreprises ont pu surmonter les défis posés par la pandémie, mais l’annonce a attiré l’attention sur la capacité de l’entreprise d’impression 3D métallique à rivaliser avec d’autres processus de production industrielle à grande échelle. Cette décision marque une étape importante dans la croissance de la fabrication additive (FA) et élève efficacement le statut de Desktop Metal en tant que véritable étude de cas sur la façon dont une entreprise prétendait traverser les vents contraires de la pandémie tout en capitalisant sur les vents favorables séculaires qui soutiennent la relocalisation de la fabrication et de la chaîne d’approvisionnement la flexibilité.

Voici l’accord: la société d’impression 3D métal de Burlington, Massachusetts, qui avait déjà levé 430 millions de dollars, a signé un accord de combinaison avec Trine Acquisition Corp., une société d’acquisition à vocation spéciale, le 26 août. Une fois l’accord conclu au quatrième trimestre de 2020, la valeur des fonds propres post-transaction de jusqu’à 2,5 milliards de dollars cimente le statut de licorne de Desktop Metal, renforçant sa position d’acteur principal à part entière dans le domaine de la fabrication additive. L’industrie a accéléré à un taux de croissance annuel composé de 25% au cours des trois dernières années et devrait grimper à 146 milliards de dollars en 2030, contre 12 milliards de dollars en 2019. Le passage de Desktop Metal dans les applications du prototypage et de l’outillage à production à grand volume de pièces destinées à un usage final inaugure apparemment la prochaine vague de technologie de fabrication de masse, ce que les fondateurs de l’entreprise ont surnommé la «fabrication additive 2.0».

«Autant que tout le monde veut y mettre un nom – Industrie 4.0 ou la révolution numérique dans la fabrication – ce que nous vivons, c’est cette tempête parfaite de technologies qui pénètrent dans l’espace de fabrication grâce à de nombreuses technologies numériques», a expliqué Jonah Myerberg, co-fondateur et directeur de la technologie, Desktop Metal. «L’impression 3D nous permet de rapprocher les conceptions de l’espace numérique et de l’espace physique.»

À vos marques, prêts, rivaliser

Lorsqu’il s’agit d’exploiter de nouvelles sources d’avantage concurrentiel, la FA est en train de devenir une ressource remarquable. Sa liste croissante d’avantages est étayée par des variables qui peuvent rendre les produits plus ou moins précis, plus ou moins poreux, ou modifier les propriétés des produits pour les rendre plus légers, plus solides et plus rapides à produire que leurs homologues de fabrication traditionnelle.

Si les experts ont raison, les technologies AM pourraient entraîner une production plus locale, fournir aux fabricants des solutions de conception et de logiciel et réviser les chaînes d’approvisionnement. De plus, en période de stress, ces capacités sont de bon augure pour les entreprises de FA qui sont passées à une vision claire des stratèges passant au crible le pipeline d’innovations croissantes.

Jonah Myerberg, co-fondateur et directeur de la technologie, Desktop Metal.Métal de bureau

La fabrication additive est le terme fourre-tout pour différents types d’impression 3D. Ayant abandonné la réputation de produire des tchotchkes et autres bibelots faits maison, AM a été adopté par les fabricants de métaux qui l’amènent à la chaîne d’assemblage pour réduire les coûts de production et les délais pour une variété de pièces métalliques, ainsi que pour son potentiel à transformer la valeur Chaînes.

Les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile et du médical ont utilisé la technologie pour accélérer le prototypage, explorer de nouvelles conceptions et créer des solutions personnalisées plus légères, moins chères et plus efficaces. Avec moins de pièces impliquées dans le processus de fabrication, moins de matière est gaspillée et le temps d’assemblage est réduit.

Myerberg caractérise également la FA comme un processus numérique. «En une seule étape, vous pouvez prendre une pièce numérique et vous pouvez l’imprimer dans une pièce physique, puis vous pouvez tester cette pièce physique à l’aide de FEA (éléments finis une analyse) et CAE (cingénierie assistée par ordinateur), et le casser pratiquement avant de le fabriquer physiquement », a-t-il expliqué. «Et vous n’avez pas à investir dans l’outillage. Vous pouvez l’améliorer sur votre CAO et prédire que la prochaine sera une pièce améliorée.

«Quand vous regardez la fabrication numérique de ce point de vue, tout est question d’amélioration continue», a poursuivi Myerberg. «Comment rendre le processus meilleur ou plus stable? Comment pouvons-nous prendre les informations que nous collectons et les réintroduire dans les machines pour améliorer les pièces? »

La pandémie renforce le potentiel d’impression 3D

Plus récemment, AM a pris pied dans les stratégies de réduction des risques, les usines optant pour la localisation de la production et l’approvisionnement et la montée en puissance de l’automatisation des fabricants. «Nous parlons de la façon dont les chaînes d’approvisionnement seront révolutionnées et de la façon dont l’impression 3D va consolider la fabrication et nous permettre de relancer la fabrication ici aux États-Unis et dans d’autres pays», a déclaré Myerberg. «Tout cela est vrai. Mais la fabrication additive ne sera pas la solution idéale pour toutes les opportunités.

«Cela fonctionne de concert avec de nombreuses autres technologies», a-t-il ajouté. «Ce que la pandémie nous a montré, c’est que les entreprises et les entités comme les hôpitaux doivent réfléchir à leur chaîne d’approvisionnement. Ils apprennent à se demander quels produits ils utilisent le plus. Ont-ils un approvisionnement très stable en pièces détachées pour assurer leur fonctionnement? Où peuvent-ils compter sur la flexibilité de leur chaîne d’approvisionnement? Et vont-ils être attachés?

Myerberg désigne le Massachusetts General Hospital, qui s’appuyait sur des fournisseurs européens pour les pièces de ventilateurs. Lorsque l’hôpital a été confronté à des pénuries en avril, les fournisseurs n’ont pas été en mesure de livrer les pièces indispensables, a-t-il expliqué. Au lieu de cela, le fournisseur a pu envoyer des fichiers CAO directement à Desktop Metal pour imprimer les pièces.

Imprimante et four Desktop Metal's Shop System.Imprimante et four Desktop Metal’s Shop System.Métal de bureau

«Les hôpitaux commencent à se pencher sérieusement sur leur propre chaîne d’approvisionnement», a déclaré Myerberg. «Ils disent:« De quoi avons-nous besoin sur place? De quoi avons-nous besoin à proximité? Et que devons-nous avoir dans le pays pour éviter qu’une crise médicale ne se reproduise?  »

Alors que la production à grande échelle est généralement considérée comme un fléau pour la FA, la technologie 3D est venue à la rescousse pour soulager un goulot d’étranglement pour les tests de coronavirus en produisant les écouvillons nasaux cruellement nécessaires, a déclaré Joshua M. Pearce, un ingénieur académique à Michigan Tech qui est connu pour ses travaux sur le matériel open-source et l’impression 3D. Les méthodes de fabrication conventionnelles qui utilisent des moules d’injection sont conçues pour un volume de production maximal. En cas d’urgence, cependant, le processus rencontre un problème car il manque de la flexibilité et de la vitesse nécessaires pour itérer.

Pearce a noté que L’impression 3D peut combler cet écart et produire à grande échelle, à condition que le bon matériau, les bons fichiers de pièce et les bonnes imprimantes soient disponibles. L’un des meilleurs exemples de la pandémie est celui où le PDG et co-fondateur de Desktop Metal, Ric Fulop, ainsi qu’un consortium d’experts, ont joué un rôle déterminant dans l’activation d’un réseau de «fabrication distribuée» pour produire jusqu’à quatre millions d’écouvillons nasopharyngiens imprimés en 3D enregistrés par la FDA par semaine pour faire face à la demande.

Ce que le métal de bureau apporte à la table

Selon Myerberg, Fulop a reconnu une demande pour une nouvelle impression 3D métal processus en 2014. À l’époque, Myerberg était un concepteur de systèmes de cellules électrochimiques Li-ion et autres systèmes énergétiques haute performance pour les applications automobiles et militaires à A123Systems, une société fondée par Fulop.

La paire a lancé des idées pour une nouvelle impression 3D métal processus et leur ambition ont rapidement progressé pour recruter une équipe de six scientifiques et ingénieurs des matériaux pour co-fonder Desktop Metal en 2015. Parmi eux se trouvaient le professeur du MIT Ely Sachs, l’inventeur de la technologie de jet de liant, et John Hart, Professeur associé de génie mécanique au MIT et directeur du laboratoire de fabrication et de productivité.

Une lame de tondeuse produite sur le Shop System de Desktop Metal.Une lame de tondeuse produite sur le Shop System de Desktop Metal.Métal de bureau

Avance rapide jusqu’en 2020, où le portefeuille AM ​​de Desktop Metal permet à plusieurs industries d’exploiter les deux tensions de complexité et de gérabilité. Le Studio System, un système d’impression 3D en métal pour la production à faible volume, est conçu pour «travailler là où l’ingénieur travaille et prototypes», a déclaré Myerberg. Ce système utilise un processus appelé dépôt de métal lié et est basé sur le moulage par injection de métal dans lequel des tiges métalliques liées façonnent les pièces couche par couche.

En revanche, le Shop System de Desktop Metal est un système de jet de reliure à un seul passage haute résolution conçu pour la fabrication de volumes moyens. Il utilise des encres liantes pour métallurgie des poudres pour imprimer des pièces métalliques finales pour une variété d’industries, de la fabrication et de l’outillage à l’automobile et à l’électronique. Des lots de pièces et de géométries complexes peuvent être imprimés toutes les six à 12 heures en utilisant jusqu’à 70 kg d’acier par jour. La taille de point du système de magasin de 16 microns par goutte est utilisée pour imprimer des pièces à haute résolution (1600 DPI), comme une lame clicker utilisée dans une tondeuse à cheveux.

«Les minuscules caractéristiques du composant sont très importantes pour le fonctionnement de la tondeuse à cheveux», a expliqué Myerberg. «Ils sont également difficiles et coûteux à fabriquer par emboutissage ou moulage par injection de métal», a-t-il déclaré. «Les clients peuvent imprimer des centaines et des centaines de ces pièces en même temps. Cela leur fait gagner beaucoup de temps, d’outillage et de découpe, et leur donne la haute précision dont ils ont besoin. Cela n’a pas été possible avant que le jet de liant jet d’encre à très haute résolution ne soit disponible. »

Pommeau de changement de vitesse.Pommeau de changement de vitesse.Métal de bureau

Myerberg reconnaît que l’impression 3D métal n’est pas une solution incontournable pour tous les fabricants et, dans de nombreux cas, elle ne peut pas être justifiée par les coûts. Et, comme Pearce, il pense que ses capacités ont mûri au point de remplacer les processus de fabrication traditionnels dans de nombreux secteurs, en particulier pour les solutions personnalisées de masse.

Les exemples du portefeuille de Desktop Metal abondent: Accouplements Killacycle pour motos de courses de dragsters, supports de capteurs qui abritent des capteurs dans des environnements à haute température ou corrosifs, engrenages et disques d’embrayage personnalisés ou boutons de changement de vitesse pour véhicules haute performance. «Les équipementiers veulent offrir à leurs clients la possibilité de personnaliser leur Ferrari ou Porsche», a déclaré Myerberg, ajoutant que le logiciel intégré de Desktop Metal peut gérer les demandes sur mesure.

Sa dernière offre, le système de production, utilise un processus de projection de liant sans outils, ce qui signifie que les pièces sont supportées par de la poudre libre et ne nécessitent pas de soudage sur une plaque de construction. Ce système de matériau ouvert est conçu pour une création rapide, pour tester l’ajustement et le fonctionnement des pièces avant la production et imprimer des pièces métalliques à grande échelle. Desktop Metal se vante que le système peut transformer le seuil de rentabilité en atteignant des vitesses d’impression jusqu’à 100 fois plus rapides que les technologies traditionnelles et peut produire jusqu’à 10 000 pièces par jour. Le système accepte également une variété de matériaux, de l’acier inoxydable aux métaux réactifs tels que le titane et d’autres alliages haute performance. Le système de production sera prêt à être expédié dans la seconde moitié de 2021.

Faire pencher la balance

Desktop Metal ne peut pas combler toutes les lacunes de fabrication, mais l’adaptabilité et la résilience de l’entreprise face à l’incertitude, ainsi que sa cotation publique, fournissent néanmoins un récit instructif. Myerberg soutient que les entreprises qui exploitent la fabrication additive en combinant la technologie d’impression 3D avec des plates-formes logicielles intégrées dotées de capacités de conception générative réaliseront des synergies opérationnelles.

«C’est atteint ce point de basculement dans les industries où les concepteurs peuvent commencer à considérer la FA comme une véritable solution pour fabriquer des produits à grand volume», a déclaré Myerberg. En fin de compte, les solutions de FA sont les catalyseurs qui offriront une portée plus large et une optimisation plus élevée que les méthodes de fabrication conventionnelles ne le pourraient jamais, a-t-il déclaré.

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