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Vers une démocratisation de la fabrication additive polymère et composite

Par Fanny Charreteur*, collaboration spéciale

Ces dernières années, la fabrication additive ou encore l’impression 3D polymère et composite a connu une croissance remarquable, marquant ainsi une évolution significative de l’industrie. Cela s’explique non seulement par le fait que la technologie est devenue accessible, mais est également de plus en plus fiable et performante. Quelques acteurs de l’écosystème québécois de la fabrication additive en témoignent en présentant les récentes avancées scientifiques et technologiques en impression 3D, leurs axes de recherche, les avantages que procurent l’intégration d’imprimantes 3D dans les entreprises, les tendances manufacturières et des applications pratiques.

Le Centre de développement des composites du Québec (CDCQ) : réduire les coûts en développant des matériaux innovants
Certes, les technologies de fabrication additive polymère ou composite comme la photopolymérisation (p. ex. : SLA) et l’extrusion (p. ex. : FDM) sont disponibles depuis un certain nombre d’années. Toutefois, l’intégration d’imprimantes 3D sur le plancher de production des entreprises n’était pas, jusqu’à tout récemment, pratique courante. Les coûts associés à l’achat d’équipements et de matières premières représentaient un frein à l’adoption de la fabrication additive. De plus, comparativement aux procédés traditionnels comme l’usinage ou l’injection, les matériaux ou plus spécifiquement les pièces imprimées pourraient présenter un manque de performance.

Dans ce contexte, le Centre de développement des composites du Québec (CDCQ), un centre collégial de transfert de technologie (CCTT), a concentré ses efforts de recherche sur l’innovation dans les propriétés des composites. Ainsi, l’intégration de fibres de carbone, de fibres de verre ou de fibres hachées aux polymères confère à la pièce légèreté et résistance. Il en résulte également une amélioration du fini de surface et implicitement sur les étapes de post-traitement. Par ailleurs, dans une optique de réduction des coûts de la matière première et de diminution des rejets, l’économie circulaire apparaît comme une avenue intéressante. Les chercheurs du CDCQ sont conscients de la difficulté du recyclage et de la revalorisation des pièces en fin de vie qui sont produites par fabrication additive. Toutefois, les étapes de broyage et de fusion liées à la transformation peuvent affecter les propriétés de la matière première et, par le fait même, les caractéristiques de la pièce. Plusieurs hypothèses comme l’ajout d’additifs, de charges ou le développement de procédés pyrolytiques font ainsi l’objet d’études.

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Afin d’appuyer leurs travaux de recherche par des applications pratiques, le CDCQ, en collaboration avec Alstom Canada, Bombardier et Bell Hélicopter, a conçu une jupe de train avec de la fibre de carbone recyclée. Pour développer cette pièce, un moule a été fabriqué par impression 3D, ce qui permet d’y apporter aisément des modifications ou d’y ajouter des fonctionnalités sans affecter de manière significative les coûts. Ce processus a permis de valider une preuve de concept, et ce, tout en laissant entrevoir des avancées prometteuses en ce qui a trait au développement des matériaux et à la fabrication additive.

Mekanisk : fabriquer des pièces de qualité en combinant performance des matériaux et amélioration technologique 
Spécialisée dans la conception et la fabrication de prototypes et de pièces finales par impression 3D, Mekanisk a clairement constaté une révolution dans ce domaine au cours des dernières années. Le développement de nouveaux matériaux a permis d’envisager l’intégration de la fabrication additive dans de nombreux secteurs d’activités. La diversité a également engendré une diminution des coûts de la matière première. Mais d’autres facteurs rendent l’impression 3D encore plus abordable et attrayante. Outre le fait que la concurrence, en ce qui a trait à la vente d’équipements, a pris une ampleur considérable, la technologie ne cesse de progresser. Les imprimantes affichent désormais une fiabilité notable, sont plus rapides, permettent des volumes d’impression plus conséquents et répondent aux enjeux de précision. Comme le souligne l’entreprise Mekanisk, ces différents facteurs sont favorables à l’intégration de la fabrication additive par les industriels puisqu’ils génèrent des gains de temps pour produire une pièce et permettent, entre autres, d’éliminer certaines étapes ultérieures à l’impression comme l’assemblage, de diminuer les coûts de logistique et de décentraliser la production vers les utilisateurs finaux. De plus, la pièce répond non seulement aux requis de performance, mais contrairement aux procédés traditionnels, la fabrication additive permet de s’affranchir des contraintes géométriques pour développer des produits personnalisés ou sur mesure. L’impression 3D industrielle permet donc un retour sur investissement, et ce, qu’il s’agisse de développer un prototype, de valider une preuve de concept ou encore de produire des pièces à usage final en petite ou moyenne série.

Au cours des cinq dernières années, la demande chez Mekanisk n’a pas cessé d’augmenter et de plus en plus de secteurs cherchent à produire des pièces par impression 3D : aéronautique, aérospatiale, ferroviaire, automobile, nautique, biens de consommation, industriel, outillage, robotique, médical, dentaire, industrie du cinéma, etc. Cette ouverture à divers domaines est appuyée par le fait que les normes et les standards de l’industrie en ce qui concerne la fabrication additive sont en constante évolution. Toutefois, une tendance se dégage dans les entreprises : la fabrication additive devient une technologie de choix pour développer et concevoir des pièces présentant des fonctionnalités intégrées ou des produits personnalisés qui sont soit impossibles, soit trop onéreux à fabriquer selon les approches standard.

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Exo-s : intégrer la fabrication additive sur le plancher de production pour mieux répondre aux besoins des entreprises
Exo-s, une entreprise québécoise spécialisée dans la conception de pièces en plastique pour l’industrie automobile, a intégré, il y a quelques années, la fabrication additive sur son plancher de production en complément aux procédés traditionnels (injection, injection-soufflage).

L’adoption de l’impression 3D a amené l’entreprise à investir davantage dans l’innovation, le temps associé à la conception de pièces et aux essais étant réduit. Cette approche permet à Exo-s de développer et de fabriquer des composantes automobiles se caractérisant par leur géométrie complexe et leur performance. En ajoutant la fabrication additive à ses différents services, l’entreprise s’est démarquée sur la scène internationale et a acquis une nouvelle clientèle.

L’intégration de la fabrication additive dans la PME procure certes des avantages techniques en ce qui a trait à la conception des pièces, mais l’intérêt est également financier. En effet, cette technologie permettant de produire rapidement des pièces à l’interne, la gestion des stocks en est facilitée; le processus d’approvisionnement est nettement simplifié, éliminant ainsi certains frais liés à la livraison et à la main-d’œuvre. De plus, la fabrication additive ne requiert pas le développement et la fabrication de moules et d’outillages spécifiques. Ainsi, comparativement aux procédés conventionnels, la production de pièces personnalisées à petit et moyen volume est moins coûteuse. Considérant ces faits, Exo-s a clairement réalisé un retour sur investissement en intégrant la fabrication additive à ses opérations.

Cet article est une initiative du Carrefour québécois de la fabrication additive (CQFA) et toute l’équipe tient à remercier le Centre de développement des composites du Québec (CDCQ), Mekanisk et Exo-s pour leur collaboration.

*Fanny Charreteur est coordonnatrice du Carrefour québécois de la fabrication additive du Pôle de recherche et d’innovation en matériaux avancés au Québec (PRIMA)

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