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TO THE POINT – VMZINC’s column

Additive manufacturing: the fourth industrial revolution!

About ten years ago, it was predicted that forthcoming industrial revolutions would be continuously occurring on an unprecedented scale. Our sector of activity, construction, is also experiencing these unbridled technological evolutions. Without the general public really being aware of the revolutions that are underway in terms of building design and production, or the amazing capacity for intellectual and structural adaptation of the entire chain of professionals concerned.

3D Printers: are they really still just printers?

I wrote a Post in 2015 on the subject of 3D printers and their potential for development (post 18: “3D printers: breakthrough innovation for the construction industry”).

This sector is rapidly evolving. It has already reached series production level, with the production of corrective glasses made of composite material, and manufacture of small ceramic bricks.

Two trends are emerging: firstly, the size of the objects being manufactured is constantly increasing and secondly, new materials are being tested on a daily basis. So the traditional melted plastic thread is facing competition from concrete, aluminium, steel, cobalt-chrome, titanium, ceramic and composite wood. With particular attention given to recycled materials (recycled plastic granules, sawdust with binding agents, conversion of food waste, etc.)

The term “3D printer” is now replaced by “additive manufacturing”, which simply means that, under the control of a computer, the object is built by depositing layerupon layer of material, or by solidification. As opposed to subtractive manufacturing, where material is removed to create the desired form, where the mass is cut into and therefore loses material, this “additive manufacturing” makes it possible not just to produce components effectively but also to create small series of new components that are even more innovative, which previously could not be done (in the automotive and aerospace sectors for example).  Strictly speaking, these additive manufacturing processes are not all actually “printing”, hence the semantic change. So what in fact is this?

 Four additive manufacturing  techniques

- Fuse Deposition Modelling (FDM): This is what is now called the “general public” printing technique using thermoplastic polymers

 -  Selective Laser Sintering (SLS): Selective sintering by laser using powder fused by energy from a high power laser, enabling plastic or nylon to be mixed with carbon or glass fibres to give greater rigidity. This technique is used for ceramic and certain metals.

 -  Stereolithography, which consists of controlled solidification of a liquid plastic material by laser.

-  Selective Deposition Laminating, with laser cutting of successive layers that are subsequently stacked (paper, plastic or even metal bases).

In Dubai in 2016, offices were built using large plastic shells assembled on site (see link below). In the United States, concrete houses with a ground surface area of 225 m² were built in 24 hours!

http://www.numerama.com/sciences/173099-dubai-a-construit-premiers-bureaux-impression-3d.html

 Architects and designers at the heart of this 4th industrial revolution

Architects have understood that 3D printers can play a significant role in the production of their models, especially when the latter represent buildings with complex forms. This is the end of the road for models made with wood, glue and foamboard! More generally speaking, additive manufacturing will become an incomparable tool for computer assisted design and decision making in architecture firms. It will accelerate the conceptual research phase, while at the same time simplifying it.

And what about Mathias Bengtsson, the Danish designer who took it into his head to work with his 3D printer using software simulating organic growth and incorporating hundreds of parameters in terms of mass, energy, gravity and pressure loads?  This process enabled him to produce a table with successive layers of titanium fused by an electron beam via the EBM technique (Electron Beam Melting) used in aeronautics.

https://www.youtube.com/watch?v=RPYrg0dTmD8

 In industrial circles, the term used is “increased” manufacturing

One might think that additive will mainly take off for production of parts and components to sell as they are, or integrated into mass distribution products. Industrials are talking about “alternative” manufacturing that diversifies and complements traditional series production. This is already the case in the aeronautics industry. Airbus is already using this technology to develop hundreds of components for its A350 programme. PSA Group is already producing some components (interior door handles at Peugeot).

But it would appear that in the short term, the main focus is on production via the method of adding tools, in particular templates and fixing used on production lines. Products that we don't see but that are decisive for the reliability of these lines. This is what industrials refer to as “increased manufacturing”. It has been demonstrated that replacing wear parts that are often expensive  (small series) and lengthy to obtain (artisanal manufacturing) can be revolutionised by 3D printers, which therefore drastically reduce costs.

If there is a real economic advantage to be had, it will work… and it's already working!  

 VMZINC

Director of VMZINC communication

Article - 2017/08/22

[chroniquevmzinc]

A PROPOS : La Chronique de VMZINC 

Fabrication additive : la quatrième révolution industrielle !

On nous l’avait prédit il y a une dizaine d’années que les révolutions industrielles à venir s’enchaîneraient à un rythme absolument inédit pour l’humanité.  Notre secteur d’activité, la construction vit ces bouleversements technologiques effrénés. Sans, d’ailleurs, que le grand public ne mesure réellement les révolutions en cours en matière de conception et de réalisation de bâtiment, ni la formidable capacité d’adaptation intellectuelle et structurelle de toute la chaine de professionnels concernés.

Imprimante 3 D : s’agit-il encore seulement d’imprimantes ?

J’avais déjà consacré un Post en 2015 aux imprimantes 3D et du potentiel de développement qu’elles laissaient entrevoir ( « Imprimantes 3D : innovation de rupture aussi pour la construction ).

Ce secteur évolue à très grande vitesse. On est d’ores et déjà passé à des fabrications de série, comme par exemple pour des lunettes de vue en matière composite ou des petites briques en céramique.

Deux tendances voient le jour : la dimension des objets créés ne cesse d’augmenter. Par ailleurs, on teste tous les jours de nouveaux matériaux. Ainsi, le classique fil plastique fondu est concurrencé par le béton, l’aluminium, l’acier, le cobalt-chrome, le titane, la céramique ou le bois composite. Et ce avec une attention particulière donnée aux matériaux recyclés (granulés de plastique recyclé, sciures de bois avec liants, reconversion de déchets alimentaires, etc.)

Le terme d’imprimante 3D est désormais supplanté par celui de « fabrication additive » qui indique simplement que l’objet est construit par dépôt de matière, couche par couche ou par solidification, sous contrôle d’un ordinateur. En opposition à la fabrication soustractive où l’on enlève de la matière pour atteindre la forme désirée, où l’on « taille dans la masse » et où on perd donc de la matière, cette « fabrication additive » permet non seulement de produire efficacement des composants mais aussi d’en créer en petite série de nouveaux encore plus innovants, qui n’étaient pas réalisables auparavant (par exemple dans l’aérospatial et l’automobile). Ces processus de fabrication additive ne s’apparentent pas tous à de "l’impression”, d’où l’évolution sémantique. De quoi s’agit-il réellement?

Quatre techniques de fabrication additive

- Le Fuse Deposition Modeling (FDM) : C’est la technique des imprimantes maintenant dites “grand public”  utilisant des polymères thermoplastiques

- Le Selective Laser Sintering (SLS) : Le frittage sélectif par laser utilise de la poudre fusionnée par l’énergie d’un laser de forte puissance, qui permet des mélanges de plastique ou de nylon avec des fibres de carbone ou de verre pour donner plus de rigidité. On parle d’utiliser cette technique pour la céramique et certains métaux

 - La Stéréolithographie qui correspond à la solidification contrôlée d’une matière plastique liquide par un laser.

 - Le laminage par dépôt sélectif consiste en une découpe laser de couches successives qui sont ensuite empilées (base de papiers, de plastiques ou même de métaux)

En 2016, à Dubaï, des bureaux ont été construits à partir de coques plastiques de grandes dimensions assemblées sur place (voir lien ci-dessous).

http://www.numerama.com/sciences/173099-dubai-a-construit-premiers-bureaux-impression-3d.html

 Aux Etats-Unis, des maisons en béton de 225m² au sol ont été réalisées en 24 heures !

 Les architectes et designers au cœur de cette 4ème révolution industrielle

Les architectes ont compris l’intérêt des imprimantes 3D pour la réalisation de leurs maquettes notamment quand celles-ci simulent des bâtiments de forme complexe. C’est donc la fin programmée des maquettes en bois, colle et carton ! Plus généralement, la fabrication additive va devenir un outil incomparable d’assistance à la conception et à la décision au sein des agences d’architecture qui accélérera, tout en la simplifiant, la phase de recherche conceptuelle.

Et que dire de Mathias Bengtsson, ce designer danois qui s’est mis en tête de faire travailler son imprimante 3D sur la base d’un logiciel de simulation de croissance organique intégrant des centaines de paramètres de contrainte de masse, d’énergie, de gravité ou de pression. Il a ainsi produit une table par couches successives de titane fusionné par un faisceau d’électrons selon la technique de l’EBM (Electron Beam Melting) utilisée en aéronautique.

https://www.youtube.com/watch?v=RPYrg0dTmD8

 Dans l’industrie, on parle de fabrication « augmentée »

On pourrait croire que la fabrication additive va prendre son essor essentiellement dans la production de pièces et composants à vendre tels quels ou intégrés à des produits de grande diffusion. Les industriels parlent ici d’une fabrication « alternative » qui diversifie et complète les productions classiques de série. C’est déjà le cas dans l’aéronautique. Airbus développe déjà pour son programme A350 des centaines de composants selon cette technologie. PSA réalise déjà des composants ponctuels (poignées intérieures des portes chez Peugeot).

Mais il semble qu’à court terme, l’intérêt se porte sur la réalisation par la méthode additive des outils, notamment des gabarits et des fixations utilisés dans des lignes de production. Des produits que l’ont ne voit pas mais qui sont déterminants pour la fiabilité de ces lignes. Les industriels parlent ici de « fabrication augmentée ». Il est démontré que le remplacement des pièces d’usure souvent chères (petite série) et longues à obtenir (fabrication artisanale) peut être révolutionné par les imprimantes 3D qui en divisent ainsi le coût de manière prodigieuse.

S’il y a un réel avantage économique, c’est que ça va marcher … et ça marche déjà !  

 VMZINC

Article du 22/08/2017

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