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La fabrication agile, un outil en période de perturbation

Lors de son événement virtuel du 8 juillet, 3D Systems a présenté une série de conférences sur les solutions de fabrication numérique. Dans le discours d’ouverture, intitulé «L’essence de la fabrication agile», Phil Schultz, vice-président exécutif des opérations de l’entreprise, et Radhika Krishnan, son vice-président exécutif et directeur général des logiciels, ont discuté de la façon dont les fabricants peuvent transformer leur flux de travail, un problème qui a gagné en importance à l’ère de COVID-19.

Dans une interview avec Machine Design, Schultz et Krishnan ont expliqué ces problèmes et comment la fabrication additive a été utilisée pour accélérer le développement de produits pendant la pandémie, ainsi que la façon dont ces leçons seront appliquées aux futurs défis de fabrication:

Conception de la machine: Quelle est l’essence de la fabrication agile?

Phil Schultz: La fabrication agile consiste à pouvoir évoluer rapidement et facilement en réponse à l’évolution des conditions du marché et à la demande des clients. Je pense que nous pouvons tous convenir qu’il ne s’agit pas d’un nouveau concept, mais sa prise de conscience a certainement été renforcée à la lumière de la pandémie mondiale. Avec la propagation de COVID-19, notre société a été forcée d’embrasser un changement qui a affecté la façon dont nous fonctionnons et interagissons.

Alors que le nombre de cas de COVID-19 augmentait et que les travailleurs de la santé avaient besoin de volumes accrus d’EPI pour traiter les patients, il était très évident que la pandémie avait perturbé les chaînes d’approvisionnement. La fabrication additive (AM) est passée au premier plan, démontrant son importance dans les efforts de réponse à la pandémie en raison de sa promesse de ne nécessiter aucun outillage, des temps de réponse quasi immédiats et de la capacité de créer des géométries complexes et personnalisées.

L’un des autres avantages frappants qu’AM apporte est la fabrication distribuée par rapport à une chaîne d’approvisionnement centralisée chargée de la logistique et du temps complexes. C’est ce que 3D Systems a pu démontrer pendant les premiers jours de la pandémie via nos installations de fabrication à la demande. Nous avons rapidement produit les pièces nécessaires aux hôpitaux italiens dans notre usine en Italie et avons pu les conduire directement à l’hôpital. Cela n’aurait pas été possible avec un environnement de production centralisé et fortement outillé.

Au-delà du souci immédiat de traverser cette situation, nous devons également en tirer des enseignements, et une grande leçon pour beaucoup est le rôle essentiel de la préparation. De nombreux fabricants voient de plus près leurs chaînes d’approvisionnement et comment ils peuvent créer une plus grande agilité de fabrication en utilisant AM.

Pour les fabricants qui souhaitent adopter la fabrication agile, trois éléments clés doivent être pris en compte:

  • Réduisez les dépendances sur les façons de faire existantes, y compris tout, des méthodologies de production traditionnelles et des cycles de développement de produits aux relations avec les fournisseurs, la gestion des stocks et les talents internes.
  • Lorsque les fabricants repensent et affinent leurs processus, ils doivent garantir la qualité de la production, la répétabilité et la traçabilité… quelle que soit la technologie utilisée.
  • Enfin, ces solutions doivent être rationalisées et optimisées par les bonnes solutions logicielles pour maximiser la productivité et la flexibilité.

MARYLAND: La pandémie a contraint un certain nombre de fabricants à réexaminer les opérations internes et externes. Qu’est-ce que vos clients vous ont dit en ce moment?

PS: Les affaires dans la «nouvelle normalité» ont sans aucun doute changé et mettent en lumière des défis que beaucoup de nos clients n’ont pas rencontrés auparavant, ou du moins pas à cette échelle. Aux États-Unis, nous assistons à une intervention politique à tous les niveaux – fédéral, étatique et comtés – qui influence les perturbations des chaînes d’approvisionnement.

La demande de produits évolue rapidement, ce qui oblige les entreprises à être plus agiles. Les employés travaillent à distance ou certains ont été mis en congé, ce qui signifie que le «savoir-faire de l’entreprise» est réduit ou dispersé. Il existe une demande croissante de solutions individuelles, la personnalisation et la personnalisation étant des demandes courantes. Et la numérisation et le commerce électronique sont en augmentation, ce qui augmente la demande pour une livraison plus rapide à travers les frontières.

La fabrication agile est une solution puissante pour tous ces défis. Concevoir et mettre en œuvre le bon flux de production – qui comprend les matériaux, le matériel, les logiciels et les services – peut transformer le fonctionnement de ces entreprises. La vitesse et l’automatisation offertes par ces solutions peuvent être essentielles différenciateurs en augmentant et en maintenant un avantage concurrentiel.

MARYLAND: Comment la fabrication additive continue-t-elle d’évoluer et quels sont certains des obstacles à cette évolution?

Radhika Krishnan: La fabrication subit une transformation alors que les entreprises introduisent la puissance de la fabrication additive dans des flux de travail basés sur les technologies traditionnelles. Les fabricants qui ont acquis une réputation de leaders de l’industrie ont déjà compris comment la fabrication additive (MA) peut compléter leurs flux de travail traditionnels pour un avantage concurrentiel.

Nous avons vu des preuves dans la dernière étude E&Y qui confirment que l’adoption de l’additif progresse, avec près de 75% des entreprises adoptant la technologie. En conséquence, les fabricants peuvent atteindre la liberté de conception, augmenter l’agilité, augmenter la production et améliorer le coût total de fonctionnement global.

Boîte de devis Krishnan

Au cours de l’histoire relativement courte de la fabrication additive – cela fait un peu plus de 30 ans que Chuck Hull a inventé la technologie – nous avons vu la transition de l’impression 3D passer de l’utilisation pour le prototypage à faire partie intégrante des flux de travail pour de vraies applications de production. Il est remarquable de regarder les applications des puissances AM et le chemin parcouru en tant qu’industrie. AM permet la création de pièces et la transformation des soins de santé qui ne pourraient pas être réalisées avec les seules technologies traditionnelles. De mon point de vue, le seul obstacle à l’évolution est le refus d’ouvrir nos esprits à ce qui est possible.

Nous voyons de plus en plus d’entreprises considérer leur atelier comme un flux de travail de bout en bout complet qui comprend à la fois des technologies additives et soustractives. Dans cet environnement, l’importance des logiciels augmente de façon exponentielle car c’est le fil numérique qui sous-tend l’ensemble du flux de travail. Je pense que nous verrons plus d’entreprises apporter un niveau de sophistication à la façon dont les logiciels s’intègrent dans leurs flux de production.

Nous verrons la connexion de différents environnements – conception, ingénierie, atelier et contrôle qualité – dans un processus de fabrication basé sur le cloud qui exploite les capacités de plates-formes individuelles pour alimenter l’ensemble du processus. Dans cette solution de production, le logiciel est le fil numérique qui relie chaque fonction à ajouter contrôle, visibilité et traçabilité. En fin de compte, cela permet à toutes les personnes impliquées d’accéder aux données pour l’analyse et la simulation, aidant à créer et à fournir des produits de haute qualité pour alimenter les revenus et la croissance.

MARYLAND: De nombreux fabricants de petite et moyenne taille pourraient bénéficier d’une stratégie d’additifs, alors quels sont les obstacles persistants à l’entrée?

PS: AM est une solution extrêmement avantageuse pour de nombreuses applications tout au long du cycle de développement de produit, du prototypage à la production, mais elle n’est pas adaptée à chaque application. Le plus grand obstacle à l’entrée que nous voyons est le manque d’expertise disponible pour guider le processus de sélection de la bonne technologie pour les besoins de l’entreprise.

Tout d’abord, il faut comprendre ce qu’est l’objectif final et construire l’analyse de rentabilisation qui inclut le bon flux de travail pour atteindre cet objectif. Lorsque AM est déterminée comme étant la «bonne» technologie, vous devez comprendre comment elle complète les autres technologies dans le flux de production et quelles sont les lacunes à combler.

Ce processus commence par regarder l’application, sélectionner le bon matériau, choisir la technologie d’impression 3D appropriée et le logiciel nécessaire pour rassembler tous les composants. S’engager avec un partenaire qui possède l’expérience, l’expertise et le savoir-faire pour guider un fabricant à travers le processus d’examen, de planification et de mise en œuvre d’une stratégie additive atténuera les obstacles à l’entrée.

MARYLAND: Comment l’additif a-t-il changé le processus de conception? Et l’inverse est-il également vrai: les besoins des concepteurs ont-ils changé la façon dont les imprimantes 3D offrent des solutions à ces clients?

RK: La fabrication additive permet la liberté de conceptionpermettant aux concepteurs et aux ingénieurs de créer des pièces impossibles avec les technologies traditionnelles. Avec AM, les clients peuvent accélérer leurs cycles de développement de produits, créant souvent des prototypes sur la même technologie d’impression 3D et utilisant les mêmes matériaux qui seront utilisés pour produire la pièce finale. Comme ces prototypes sont testés, itérer sur la conception est rapide et efficace en raison de la sophistication des logiciels CAD / CAM d’aujourd’hui.

Aujourd’hui, les fabricants reconnus comme innovateurs dans leurs industries ont adopté les technologies additives dans le cadre d’un environnement hybride – une combinaison de technologies additives et soustractivesqui repose sur un flux de travail optimisé, de la conception des pièces au post-traitement. En adoptant ces technologies avancées, il est également nécessaire de repenser les «règles» selon lesquelles ces flux de travail fonctionnent.

Un changement de mentalité est nécessaire pour la conception pour la fabrication additive (DfAM) par rapport à la façon dont les choses ont été faites pour l’usinage ou le moulage par injection. Pour ceux qui ne sont pas familiers avec la conception d’une pièce à produire à l’aide de la fabrication additive, il y a un risque inhérent à ne pas optimiser la conception pour la MA, ce qui pourrait entraîner une augmentation du temps de fabrication et des coûts associés.

C’est là que la valeur vient du partenariat avec une entreprise qui a l’expérience et l’expertise de l’industrie pour concevoir le bon flux de travail pour répondre à l’application. 3D Systems estime que le succès de la fabrication passe par des solutions numériques de bout en bout. Nous commençons par examiner les besoins des applications d’un client et concevons la bonne solution pour atteindre le résultat souhaité. En fait, l’innovation dans les applications client conduit directement notre enquête sur les matériaux. Nous réévaluons continuellement les matériaux et les solutions dans lesquels nous investissons en fonction de la façon dont les clients essaient d’utiliser la technologie.

Le logiciel fait partie intégrante et l’épine dorsale centrale qui relie ces solutions de bout en bout, de la numérisation d’une pièce à la conception et la simulation, la fabrication de la pièce avec des technologies additives et soustractives et l’inspection de la pièce. Le fait d’avoir tous les bons composants en place permet d’assurer une utilisation finale réussie avec les propriétés mécaniques souhaitées.

Pour illustrer cela, nous pouvons examiner un cas d’utilisation réel. Cummins, un concepteur, fabricant et distributeur basé à Indianapolis de moteurs, de filtration et de production d’électricité a fait sa marque dans le monde de la course grâce à la puissance de l’AM. Le Cummins Diesel Special n ° 28 de la société a choqué le monde de la course en 1952 en remportant la pole position de l’Indy 500 avec le meilleur temps au tour de l’histoire. En 2017, la # 28 a été invitée au Goodwood Festival of Speed ​​au Royaume-Uni pour participer au légendaire Goodwood Hillclimb avec des centaines de voitures modernes et patrimoniales.

Lors de la préparation du n ° 28, les ingénieurs de Cummins ont découvert qu’il fallait une nouvelle pompe à eau. En raison de sa conception unique, les pièces de rechange n’étaient pas disponibles et elles n’avaient pas le temps d’utiliser les méthodes traditionnelles de moulage au sable pour produire une nouvelle pièce. En utilisant un logiciel d’ingénierie inverse et de l’AM en métal, les ingénieurs de Cummins ont pu rétroconcevoir, inspecter et imprimer en 3D un boîtier de pompe à eau 50% plus rapidement que possible en utilisant les méthodes traditionnelles de moulage au sable.

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