5 transformations de la chaîne d'approvisionnement grâce à l'impression 3D

Il suffit de consulter n'importe quel grand média pour s'en rendre compte : les perturbations de la chaîne d'approvisionnement se poursuivent à l'échelle mondiale. Pour les fabricants du monde entier, les problèmes liés à la chaîne d'approvisionnement constituent une menace majeure pour la productivité et la capacité à respecter les échéances commerciales critiques.

Ces problèmes persistants de chaîne d'approvisionnement continuent de contrarier les entreprises de tous types et de toutes tailles, se manifestant sous diverses formes, de la disparition de la tequila dans votre bar local aux pénuries de fournitures médicales, en passant par des entreprises telles qu'Apple qui perdent des milliards à cause de pénuries de puces. Selon les experts, les problèmes liés à la chaîne d'approvisionnement externe sont susceptibles de perdurer dans un avenir proche.

Toutefois, en mettant en place une plateforme d'impression 3D professionnelle rapide et fiable, les entreprises manufacturières peuvent contourner bon nombre de ces risques, tout en rendant leurs chaînes d'approvisionnement plus courtes et plus efficaces qu'auparavant, tout en les contrôlant entièrement.

Comment les entreprises utilisent-elles l'impression 3D pour résoudre les problèmes liés à la chaîne d'approvisionnement, tout en réinventant cette dernière pour qu'elle soit plus efficace et moins perturbable que jamais ? Lisez cet article pour découvrir comment, avec 5 exemples concrets - des organisations allant de l'armée américaine aux fabricants de pièces d'avion et de turbines éoliennes.

Questions relatives à la chaîne d'approvisionnement pour les fabricants

Pour les fabricants, les soucis liés à la chaîne d'approvisionnement peuvent engendrer un certain nombre de problèmes majeurs. Une chaîne d'approvisionnement sous-optimale peut créer des délais qui entravent la croissance et compromettent la capacité des entreprises à respecter les échéances critiques. Si une pièce critique doit être remplacée dans l'usine, les opérations de fabrication peuvent facilement être bloquées pendant le temps nécessaire à la fabrication, à l'expédition, au transport et à la réception de la pièce - ce qui représente souvent plusieurs mois.

Pour les organisations qui font appel à des fournisseurs externes pour la fabrication de pièces critiques pour la chaîne d'approvisionnement, il s'écoule beaucoup de temps et d'efforts entre le moment où l'entreprise identifie un besoin et celui où la pièce finale arrive. Les ingénieurs doivent consacrer du temps à la réalisation de dessins, à la soumission de bons de commande et à la gestion des procédures d'appel d'offres avec les multiples fournisseurs. Même lorsque le fournisseur a fini de fabriquer les pièces, celles-ci doivent ensuite être expédiées vers les sites spécifiques où elles sont nécessaires.

Des retards importants peuvent résulter d'un contretemps à n'importe quel stade de ce processus, par exemple des complications liées à l'expédition ou à la manutention, ou une pénurie de matériel chez un fournisseur en amont. Si les pièces reçues présentent des défauts ou d'autres problèmes de qualité, ce cycle long et ardu se répète, ce qui peut entraîner des temps d'arrêt prolongés ou d'autres conséquences graves pour l'entreprise.

Outils de gestion des risques de la chaîne d'approvisionnement

Les plateformes d'impression 3D peuvent permettre aux fabricants de contourner ces obstacles et ces incertitudes. Grâce à un modèle de fabrication distribuée basé sur l'informatique en nuage, les bonnes pièces peuvent être rapidement imprimées à l'endroit précis où elles sont nécessaires, au moment où elles le sont. Les imprimantes individuelles peuvent être placées à différents endroits géographiques. Grâce au logiciel d’impression 3D, les pièces stockées dans une base de données numérique stockée sur le cloud peuvent être envoyées vers n’importe quelle imprimante 3D du réseau pour y être imprimées.

Avec un simple fichier CAO, les fabricants peuvent passer de la conception à la pièce entièrement en interne - éliminant ainsi la dépendance à l'égard de tiers et les risques associés, tels que les problèmes d'expédition, les complications logistiques et les problèmes avec les fournisseurs en amont provoquant un effet boule de neige.

En contournant efficacement certaines étapes de la logistique traditionnelle de la chaîne d'approvisionnement - comme la nécessité courante de recevoir des envois pour obtenir des pièces - l'impression 3D réduit le risque associé aux perturbations de la chaîne d'approvisionnement. Pour les pièces devant être usinées, l'utilisation d'un système de fabrication additive pour le prototypage rapide permettra aux ingénieurs de s'assurer que lorsque la pièce usinée sera finalement réceptionnée des mois plus tard, elle fonctionnera comme prévu.

Lutter contre les perturbations de la chaîne d'approvisionnement à l'aide de technologies novatrices

Alors que la fabrication additive continue de progresser et d'étendre ses capacités, l'impression 3D est en mesure de résoudre un nombre croissant de problèmes majeurs liés à la chaîne d'approvisionnement.

Vous craignez que la pénurie d'aluminium ne fasse grimper les prix ? Pas de problème : les imprimantes 3D professionnelles d'aujourd'hui peuvent fabriquer des composites plus résistants que l'aluminium, en quelques heures ou quelques jours seulement. Grâce à la fabrication distribuée alimentée par des réseaux de fabrication basés sur le cloud et à la connectivité des imprimantes 3D aux technologies de l'industrie 4.0, les travaux d'impression peuvent être lancés par un opérateur depuis l'autre bout du monde et apparaître à l'endroit exact où ils sont nécessaires.

La résistance et les propriétés des matériaux des pièces composites renforcées de fibres continues (CFR) d'aujourd'hui en font un remplacement plus rapide, plus économique et plus facile pour presque toutes les pièces, même celles qui doivent répondre aux besoins exigeants des applications les plus spécialisées. Ces composites haute performance peuvent remplacer de nombreuses pièces qui étaient auparavant fabriquées à partir de métaux usinés.

Pour les pièces qui doivent être fabriquées en métal, la technologie de fabrication par filament fusionné (FFF) rend l'impression 3D métallique plus accessible, plus sûre et plus simple à utiliser au quotidien par rapport aux autres imprimantes 3D métal - qui sont plus chères, présentent des difficultés de manipulation et des risques de sécurité liés à l'utilisation de poudre en vrac, et nécessitent des opérateurs hautement qualifiés.

Vestas, dont le siège est au Danemark, est un leader mondial de l'énergie éolienne qui conçoit, fabrique, installe et entretient des éoliennes dans le monde entier. Avec des éoliennes réparties dans pas moins de 86 pays, Vestas est le plus grand fabricant mondial d’éoliennes et de pales pour éoliennes, sur terre et en mer. Vestas dispose de plus de 15 usines de fabrication dans le monde entier.

Vestas a été classée première parmi les entreprises les plus durablesdans le classement Global 100 de Corporate Knights. L'entreprise utilise la fabrication additive à des fins de durabilité dans le cadre de son objectif de décarbonisation nette zéro d'ici à 2030, et prévoit de produire des éoliennes sans aucun déchet d'ici à 2040.

Défi pour la chaîne logistique :

Pour Vestas, de nombreux outils et pièces critiques sont nécessaires dans chaque usine de fabrication et sur chaque site d'installation. Des outils tels que les jauges d'inspection sont nécessaires pour garantir la précision et l'exactitude des processus de fabrication et d'installation. Vestas n'a pas droit à l'erreur lors de la fabrication et de l'installation : les éoliennes sont des machines extrêmement chères, et les temps d'arrêt peuvent coûter une fortune.

Jusque là, Vestas avait toujours externalisé la fabrication de nombreuses pièces à de multiples fournisseurs externes basés dans le monde entier. Des instructions de fabrication détaillées étaient fournies pour chaque pièce, telles que les jauges d'inspection et les outils de marquage du centre supérieur (TC). Les pièces finies étaient ensuite envoyées aux usines de fabrication et aux sites d'installation de Vestas.

Cependant, l'externalisation de la fabrication de pièces critiques a créé quelques problèmes qui ont finalement entraîné des retards dans la livraison et l'installation des produits finaux :

• Certaines des pièces finales fournies par les fabricants locaux n'étaient pas parfaitement conformes aux spécifications et ne passaient pas avec succès le contrôle final.
• La fabrication était coûteuse en temps et en argent pour les pièces qui passaient le processus d'inspection spécialisé avec succès. Les délais d'exécution étaient en moyenne de 5 semaines pour certaines pièces et de 12 semaines au minimum pour d'autres.

Solution pour la chaîne d’approvisionnement :

En raison de la résistance et des propriétés matérielles des pièces composites renforcées par fibres continues (CFR) de Markforged fabriquées avec Onyx, de nombreuses pièces qui étaient auparavant usinées ont pu être imprimées en 3D sur place sur une imprimante 3D industrielle Markforged (X7) au lieu de faire appel à des fabricants externes.

Vestas s'est tourné vers la Digital Forge, une solution basée sur le cloud, pour résoudre ces problèmes de chaîne d'approvisionnement grâce à la fabrication additive, et a lancé son programme de fabrication numérique directe (DDM) en 2021. Grâce à un réseau d'imprimantes 3D sur les nombreux sites de Vestas, connectées grâce au logiciel d'impression 3DMarkforged Eiger™, les employés de n'importe quel site de Vestas - avec peu ou pas d'expertise en fabrication additive - peuvent facilement accéder à un inventaire numérique basé sur le cloud de plus de 2000 pièces Vestas.

Grâce à ce référentiel numérique, les employés de Vestas peuvent imprimer eux-mêmes des pièces conformes aux spécifications à tout moment, partout dans le monde, sans faire appel à des spécialistes. Imprimées à partir de spécifications numériques exactes grâce à la précision de la Digital Forge, Vestas n'a pas à s'inquiéter de l'échec des pièces aux tests de conformité. Vestas peut vérifier la précision de ses outils pendant le processus de fabrication à l'aide du logicielMarkforged Blacksmith™ pour l'inspection, l'analyse et le reporting en cours de processus.

Les délais de fabrication sont considérablement réduits, passant de 5 à 12 semaines à seulement 1 à 2 jours. Les coûts de chaque pièce ont été considérablement réduits et les frais d'expédition et de fret ont été éliminés.

Le centre national d'entraînement de l'armée américaine (NTC), Fort Irwin, est une base d'entraînement majeure pour l'armée américaine. Situé à San Bernardino, en Californie, le NTC dispense une formation interarmées et interalliés réaliste afin de former les soldats et les chefs de l'armée américaine aux combats. Ils forment les soldats pour les déploiements à venir partout dans le monde.

Défi pour la chaîne logistique :

Le centre national d'entraînement de Fort Irwin a besoin de nombreuses ressources spécialisées, telles que des véhicules et des équipements de qualité militaire, pour assurer un entraînement réaliste sur le champ de bataille. L'équipement subit une usure considérable en raison de son utilisation répétée, car le NTC forme constamment de nouveaux groupes de soldats pour les déploiements.

Par le passé, si une pièce se cassait pendant la formation, cela signifiait que les soldats avaient tout simplement moins de ressources à utiliser dans le centre de formation. Le centre national de formation de Fort Irwin étant situé dans une région reculée, les délais de livraison des pièces de rechange pouvaient aller jusqu'à trois mois.

La rupture d'une seule pièce peut avoir de graves conséquences sur la qualité de l'entraînement d'un escadron - même un seul composant peut rendre une pièce d'équipement ou un véhicule complètement inutilisable.

Solution pour la chaîne d’approvisionnement :

Grâce à l' impression 3D métal (système Metal X), à une imprimante Markforged X3et à une imprimante 3D de bureau (Mark Two), l'introduction de la fabrication additive sur le site de Fort Irwin par l'intermédiaire de la Digital Forge a aidé le NTC de l'armée à garder de bonnes conditions de préparation et à maintenir la disponibilité des équipements et des véhicules utilisés lors des entraînements.

Les imprimantes composites Markforged de l'armée américaine ont été utilisées pour imprimer des équipements de protection individuelle (EPI), des pièces de véhicules militaires (supports d'essuie-glace, bouchons d'écoutille, etc.), un assortiment d'outils et d'autres pièces de production produites en petites quantités.

Une application spécifique a permis à l'armée américaine d'économiser 244 000 dollars à elle seule. Il s'agit des bouchons qui se placent sur le toit des véhicules et qui sont utilisés dans des situations de faible luminosité pour aider le conducteur à voir la nuit. Le bouchon de fermeture est une pièce de rechange critique à faible volume pour un composant spécifique qui n'est plus en production et qui n'est plus disponible. Sans fabrication additive en interne, la reproduction de chaque bouchon coûterait environ 10 000 dollars et nécessiterait un délai de 3 mois. Sur la Digital Forge, les bouchons peuvent être imprimés en Onyx pour 230 $, ou en acier inoxydable 17-4PH pour 800 $.

Automation Alley est un centre de connaissances sur l'industrie 4.0 à but non lucratif basé à Troy, dans le Michigan. Sa mission est d'adopter la quatrième révolution industrielle : aider les petites et moyennes entreprises locales du Michigan à développer leur activité Industrie 4.0 afin d'innover, d'accroître leur résilience et d'améliorer leur agilité.

Défi pour la chaîne logistique :

Pendant une grande partie de la pandémie mondiale en cours, les efforts visant à atténuer les effets du COVID-19 ont été entravés par des failles critiques dans la chaîne d'approvisionnement en équipements de protection individuelle (EPI). Avec les retards et les pénuries de la chaîne d'approvisionnement qui perdurent en 2022, il est pratiquement impossible de fabriquer rapidement des équipements médicaux pour répondre à des besoins urgents.

En outre, pour répondre à un besoin important, la production en temps voulu d'équipements médicaux ne serait pas possible avec les processus de fabrication traditionnels, qui nécessitent la fabrication d'outils avant même de pouvoir lancer la production des pièces finales. Des procédés tels que le moulage par injection nécessiteraient des semaines supplémentaires avant que les premières étapes de la production puissent être lancées.

Solution pour la chaîne d’approvisionnement :

Grâce à une subvention de CARES ACT in 2020 des comtés d'Oakland et de Macomb dans le Michigan, Automation Alley a pu lancer le plus grand réseau de fabrication distribuée au monde, connu sous le nom de projet DIAMOnD (Distributed, Independent, Agile Manufacturing on Demand - Fabrication distribuée, indépendante et agile à la demande).

L'objectif du projet DIAMOnD est d'améliorer l'agilité et la résilience des fabricants locaux en les aidant à intensifier leur activité dans le domaine de l'industrie 4.0, tout en créant un réseau d'intervention d'urgence à grande échelle pour l'impression d'objets physiques à la demande. En échange de la fourniture d’imprimantes 3D Markforged à des petites et moyennes entreprises du Michigan, les fabricants imprimeront des équipements médicaux essentiels (tels que des EPI pour le personnel de santé de première ligne) lorsqu'ils seront appelés à le faire.

En avril 2022, le réseau d'intervention d'urgence composé de plus de 300 imprimantes Markforged a été activé pour la première fois. Le réseau du projet DIAMOnD a été utilisé pour produire en masse des pinces à garrot en Onyx, qui ont ensuite été expédiées à l'étranger pour aider les Ukrainiens ayant besoin d'une assistance médicale.

Coordonner des travaux d'impression de masse entre plus de 300 imprimantes 3D semble être une tâche compliquée et décourageante. Pourtant, les logiciels d'impression 3D utilisant l'API d'Eiger Fleet ont simplifié les choses.

Eiger fournit un référentiel numérique pour les fichiers de pièces, et Automation Alley a pu distribuer instantanément la conception de garrot tourniquet à l'ensemble du réseau, en l'ajoutant à la file d'attente de chaque imprimante en un simple clic.

Cabin Management Solutions (CMS), basée à Conroe, au Texas, est une entreprise aérospatiale qui conçoit et installe des systèmes de contrôle de cabine et de divertissement pour les jets privés et d'affaires de luxe. CMS travaille avec des sociétés de maintenance, de réparation et de révision d'aéronefs (MRO) et des propriétaires privés pour fournir ces solutions d'intérieur d'aéronefs sur mesure.

Défi pour la chaîne logistique :

La société a été créée afin de fournir une alternative rentable et rapide aux longs délais et aux coûts élevés qui étaient associés à la maintenance, aux mises à niveau et aux remplacements de pièces dans le cadre de la gestion de cabine. Cependant, de nombreux aspects de leur activité prennent beaucoup de temps, ce qui peut potentiellement allonger les délais des projets et prolonger les délais de livraison aux clients.

• Chaque commande personnalisée prend généralement beaucoup de temps : les pièces doivent souvent être conçues, fabriquées et adaptées à des plans d'avion préexistants. Comme il n'est pas rare que les demandes des clients changent au milieu de la production de ces pièces, CMS doit conserver l'agilité nécessaire pour apporter des modifications à la volée - les projets des clients doivent être terminés en temps voulu pour maintenir leur proposition de valeur, à savoir des délais d'exécution rapides.
• La plupart des travaux de réparation et de mise à jour de CMS étant effectués sur des jets de luxe, ces projets nécessitent souvent des pièces et des composants spécifiques qui ont été retirés de la production.
• Chaque pièce et matériau utilisé par la CMS dans ses projets doit faire l'objet d'essais approfondis et d'une traçabilité de la qualité pour obtenir l'approbation de l'administration fédérale de l'aviation (FAA).

Solution pour la chaîne logistique :

En utilisant une imprimante 3D industrielle Markforged X7 pour produire les pièces et les composants nécessaires en interne, Cabin Management Solutions peut désormais prendre en charge un plus grand nombre de travaux et accélérer la réalisation de chaque projet.

L'impression en Onyx FR renforcé de fibres de carbone sur la X7 permet de produire rapidement des pièces d'utilisation finale. Même pour les applications visibles de CMS où l'esthétique est primordiale, les pièces imprimées à partir de la X7 ne nécessitent pas de post-traitement supplémentaire.

En outre, l’Onyx FR est un matériau ignifuge certifié UL 94 V-0. Les pièces imprimées en Onyx FR sont très résistantes, légères et présentent la caractéristique ignifuge nécessaire pour atteindre rapidement la conformité FAA dans toutes les applications.

Dans le cadre d'un projet particulier, CMS a imprimé plus de 100 pièces différentes sur son X7 pour un jet. Les pièces comprenaient des supports d'écran tactile réglables, des panneaux d'interrupteurs d'éclairage, des chargeurs USB-C et USB-A encastrables, un contrôleur de climatisation d'habitacle, des loquets, des boutons de déverrouillage, et plus encore.

Nieka Systems est un fabricant canadien d'équipements de préparation d'échantillons par fusion de borate pour les clients des industries minières et de production de ciment. Les machines de Nieka permettent de fusionner des échantillons de minerai et de ciment en disques de verre en vue d'une analyse précise de la composition et d'un contrôle de la qualité.

Les machines de Nieka fonctionnent en mélangeant et en dissolvant des échantillons de matériaux dans du flux de borate fondu dans un creuset en platine à des températures supérieures à 1 000 degrés Celsius. Ces creusets en platine sont suspendus au-dessus de brûleurs à gaz ou d'éléments chauffants électriques par de fines attaches métalliques qui relient le creuset à la machine. Lorsque l'échantillon est entièrement dissous dans le flux, la machine retourne les creusets et verse le contenu fondu dans un moule en platine pour le refroidir. Plus tard, les échantillons préparés à température ambiante peuvent être retirés et analysés par rayons X dans une machine séparée.

Défi pour la chaîne logistique :

Dans un premier temps, Nieka a confié la fabrication des supports de creuset en Inconel à un fournisseur externe qui les a imprimés en 3D. Cependant, les délais de livraison étaient lents, très variables et difficiles à prévoir.

Nieka est une entreprise en pleine croissance : ses produits sont disponibles pour des clients dans plus de 20 pays à travers le monde. Mais en raison de la lenteur des délais et des incertitudes liées à la délégation de la production en externe, Nieka a été confrontée à des incertitudes croissantes quant à sa capacité à répondre à la demande mondiale pour ses produits.

Solution pour la chaîne logistique :

Grâce à la fabrication additive en interne avec le système Metal X, Nieka a pu fabriquer ses supports à creuset en Inconel dans des délais drastiquement réduits, cohérents et prévisibles.

Du début à la fin, chaque lot de supports à creuset en Inconel peut être fabriqué et mis en service en quatre jours seulement. Par rapport au délai moyen de plus de quatre semaines par lot du fournisseur externe, il s'agit d'une réduction de 86 % des délais.

La production de chaque lot de supports de creuset est également dix fois moins chère que le prix de l'externalisation de leur production auprès d'un fabricant tiers. Louis Croisetiere Ph.D., fondateur de Nieka Systems, estime que Nieka économise en moyenne 108 000 dollars canadiens par an grâce à cette seule application.