Entretien d’experts : 7 conseils pour mettre en place une ferme d’imprimantes 3D

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Comment et pourquoi mettre en place une ferme d’imprimantes 3D ? Quelles sont les choses auxquelles penser pour ne pas faire d’erreur ? Et quelles sont les erreurs régulièrement commises par les entreprises qui s’équipent d’une ferme d’imprimantes 3D ? C’est pour répondre à toutes ces questions, et à encore bien d’autres, que nous avons été à la rencontre des experts de Volumic 3D, constructeur français d’imprimantes 3D FDM professionnelles.

Voici en résumé les 7 conseils qu’ils vous donnent :

Dans quels cas met-on en place une ferme d’impression 3D ?

Souvent, les entreprises commencent avec une seule imprimante 3D. Cela permet de concrétiser des idées, de créer des prototypes. Et puis à force d’utiliser l’impression 3D, on se rend compte du potentiel de la machine. C’est généralement à ce moment-là que l’opérateur va vouloir tester d’autres matériaux. L’engrenage se met alors en place : dès qu’on concrétise un projet, on veut élargir les horizons et produire encore plus et différemment. Arrivés à ce moment de prise de conscience des possibilités de l’imprimante 3D, les différents services de l’entreprise monopolisent souvent la machine.

Lorsque l’entreprise a fait de l’outillage et du prototypage, elle se rend compte qu’elle peut faire encore plus. Pour pouvoir faire de la production intensive en petite série, elle va donc devoir s’équiper. Elle va donc garder sa machine pour du prototypage de pièces unitaires et partir sur 1, 2, 3 voire 5 imprimantes 3D complémentaires pour gagner en productivité, en précision, en capacité d’imprimer en 3D des matériaux encore plus techniques.

Chez Volumic 3D, nous intervenons beaucoup à cette étape, avec F3DF dans le rôle d’intégrateur de la technologie 3D. Nous mettons à la disposition de ces entreprises-là des imprimantes 3D ergonomiques et fiables. Notre conseil au lancement d’une ferme d’impression 3D est d’avoir 1 machine dédiée à la production intensive et 1 dédiée aux pièces unitaires.

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Qu’est-ce qui rend nécessaire la mise en place d’une ferme d’impression 3D ? Et auriez-vous des exemples de mise en place de fermes d’imprimantes 3D pour mieux en comprendre l’intérêt ?

Le constat en tant que fabricant est qu’un client qui utilise une imprimante 3D à 80% est à un stade critique, car tout son process de production peut être interrompu d’une minute à l’autre par le moindre problème. Une telle entreprise monopolise son imprimante 3D, et donc la marge d’erreur est si faible que le moindre défaut va être fatal. Il va donc devoir travailler dans l’urgence, ce qui va créer beaucoup de pression pour lui et la machine. Une entreprise dont le taux d’occupation de son imprimante 3D avoisine les 80% est donc typiquement une entreprise qui devrait songer à développer une ferme d’impression 3D.

Pour vous donner un exemple, il y a un peu plus de 2 ans, une société qui fabrique des prothèses orthopédiques (des coques talonnières en particulier) a eu besoin de mieux s’équiper pour adapter sa production à la demande. Elle s’est donc construit une ferme d’impression 3D comprenant 5 imprimantes 3D Volumic.

S’il y a un problème au moment de l’impression d’une pièce en 3D, et qu’on ne possède qu’une seule imprimante, elle sera immobilisée / bloquée le temps de résoudre le problème. Alors que si on a plusieurs imprimantes, on pourra en cas de problème lancer l’impression 3D ailleurs et donc régler le problème en parallèle.

Pour augmenter la productivité, vaut-il mieux changer la taille de l’imprimante 3D ou acquérir plus d’imprimantes 3D plus petites ?

Quand une entreprise atteint ses limites de production, l’erreur est souvent de chercher à acquérir une plus grande imprimante 3D. Mais une plus grande imprimante 3D augmente le temps d’impression, et par conséquent le risque d’erreurs. Avec une ferme d’imprimantes 3D, on peut décupler le travail de façon à optimiser l’occupation de chaque machine.

Nous avons récemment eu un exemple concret, qui illustrait parfaitement ce choix, avec un grand groupe automobile, qui devait imprimer une queue d’aronde. Le client le faisait sur une machine capable d’imprimer en une seule fois, mais le temps d’impression était relativement long. Il a donc préféré imprimer sur 3 machines Volumic en simultané pour un temps de moins de 20h sur chacune, et assembler les pièces dans un second temps. En plus du temps gagné, il a donc limité le facteur risque car l’imprimante qui fait 70h d’impression : il suffit de la moindre erreur pour perdre 70h et devoir tout recommencer. En prime, le fait d’imprimer sur 3 imprimantes en simultané gâche donc bien moins de matière en cas d’erreur car il ne faut pas reprendre du début.

Cette configuration oblige à ajouter une étape d’assemblage dans le processus de production, mais souvent cette contrainte est marginale par rapport aux gains de productivité globaux. Grâce à cette mise en place de ferme d’imprimantes 3D, on va peut-être perdre 20 minutes en conception (ajouter des zones d’assemblage, adapter ma pièce à l’assemblage…), mais on va limiter le risque et diviser le temps de production par 3.

Avec une ferme d’impression 3D, on gagne donc potentiellement sur 3 aspects clés :

  1. Limiter les risques de surconsommation par gâchis de matière,
  2. Gagner en productivité,
  3. Réduire les délais.

Lorsque le cahier des charges l’impose (impossibilité d’assembler, de re modéliser, de couper la pièce par ex.), il est bien entendu parfois nécessaire de partir sur une plus grande machine malgré tout. C’est surtout pertinent pour des pièces de très grand volume.

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Qu’est-ce qu’une ferme d’impression 3D change dans la gestion des processus de fabrication d’une entreprise ?

Lorsqu’on a plusieurs imprimantes, il y a toute une organisation à mettre en place au niveau humain, stockage des matériaux (telle référence, telle heure…), optimisation de la production…

Quand on met en place une ferme d’impression 3D, il y a un grand nombre de petites choses à savoir, qui paraissent anodines mais facilitent beaucoup le quotidien des entreprises. Par exemple, il faut se rendre compte que quand on met en place une ferme d’impression 3D, on commence à avoir beaucoup de fichiers, il faut donc classer et nommer ce qu’on lance en production. Par exemple, il ne faut pas utiliser des noms de fichiers standards, mais créer des noms qui intègrent des dimensions comme le nom des machines ou le diamètre de la buse. Ce sont des points qui permettent de gagner en productivité, et pas simplement en capacité de production.

Il faut apprendre à gérer et optimiser les temps et les flux de production, mais aussi – et peut-être surtout – à protéger l’humain. Des précautions sont nécessaires pour assurer la sécurité de l’environnement dans lequel se trouvent les imprimantes 3D, et en particulier leur opérateur. L’utilisation d’imprimantes 3D munies de systèmes de transmission d’informations en direct sur l’état des machines (comme Volunet sur les imprimantes Volumic 3D) est un  prérequis en termes de sécurité, mais voici quelques conseils complémentaires que nous donnons à nos clients :

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  • Installer les imprimantes 3D dans une salle saine et lumineuse,
  • Équiper la salle d’impression 3D soit d’une caméra de surveillance spécifique sur chaque machine (qui permet l’identification rapide de codes erreur sur les imprimantes 3D), soit d’une caméra de vue globale (qui donne une visibilité sur les voyants verts ou non),
  • Équiper la salle d’impression 3D d’un système de filtration de qualité d’air, soit directement sur les imprimantes 3D avec un capot filtrant (afin de contenir les rejets nocifs de certains matériaux comme l’ABS ou le carboné), soit avec un système de filtration globale dans la pièce à cause du degré de PPM dans l’air.
  • Avoir une climatisation. Il faut laisser les imprimantes dans un environnement tempéré (entre 17 et 23 degrés), car la moindre fluctuation d’air peut déformer l’objet surtout lorsqu’il s’agit d’un secteur minutieux (bijouterie par ex.). Sur les dernières générations d’imprimantes 3D Volumic, différents capteurs permettent de protéger vos impressions et vous alertent si une anomalie est détectée, c’est le cas pour une variation de température trop importante.

Il y a aussi des précautions de sécurité élémentaires, mais qu’il n’est jamais inutile de rappeler, comme le fait de limiter l’accès à la salle aux seules personnes responsables de la ferme d’impression 3D, ou le fait de porter des gants, des lunettes de protection et une blouse de sécurité.

Combien de personnes faut-il pour gérer une ferme ?

Tout dépend du nombre de machines qui composent la ferme d’imprimantes 3D. Gérer la production d’une ferme d’impression 3D, cela signifie les arrêter, les relancer, retirer des objets, faire des maintenances… Cela prend du temps et nécessite une connaissance totale de la machine, des matériaux et des paramétrages à donner en fonction de ce qui doit être imprimé. Il faut donc dédier au minimum 1 personne référente pour une ferme d’imprimante 3D. Il est bien sûr préférable de structurer une équipe de plusieurs personnes pour une meilleure optimisation du temps et de la production. Les personnes responsables de ces imprimantes doivent être formées, car la gestion d’une ferme d’impression 3D requiert des compétences techniques. Il faut savoir gérer certaines subtilités pour gagner en efficacité et en qualité dans un processus de fabrication additive.

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Avez-vous un exemple d’organisation régulièrement adoptée par les entreprises au sein de leur ferme d’impression 3D ?

Oui, il est fréquent par exemple de compartimenter les imprimantes en fonction des besoins de chaque service de l’entreprise. Cela arrive souvent dans les grands groupes, mais c’est aussi vrai dans une PME, où les besoins ne sont pas les mêmes selon les services : le service de maintenance n’aura pas les mêmes besoins que le service R&D par exemple.

Là où on retrouve la notion de ferme d’imprimantes 3D est lorsqu’une entreprise réunit toutes les imprimantes dans un seul endroit et ne les éparpille pas dans chaque service. Les personnes référentes de ce lieu vont donc recevoir les demandes des différents services, sur la base desquelles ils vont paramétrer et dédier les machines, organiser les productions, etc.

En résumé, la mise en place d’une ferme d’impression 3D permet donc de : 

  • gagner en productivité (une production plus importante et mieux organisée),
  • produire des pièces de grande taille en segmentant la production en plusieurs parties assemblables,
  • diversifier les applications (avoir une imprimante avec un type de filament et une autre avec un autre type de filament par exemple).
Ferme d'imprimantes 3D FDM VOlumic 3D

Avez-vous des conseils pour des entreprises qui souhaiteraient développer une ferme d’impression 3D en termes d’accessoires et de pièces de rechange à avoir ?

Un premier élément à garder à l’esprit est que plus il y a d’imprimantes 3D, plus on augmente les probabilités de pannes, donc la nécessité d’avoir plus de pièces de rechange. Souvent, les éléments les plus sollicités (usés les plus rapidement) sur une imprimante 3D sont les composants présents sur la tête d’impression 3D : buse, barrière thermique, etc. Ce sont à ces endroits que la matière « envoyée en force » peut former des bouchons. Il faut donc avoir des pièces de rechange.

Les plateaux/revêtements multiples font aussi partie des pièces de rechange à avoir. Selon ce que l’on imprime, on change de type de revêtement sur le plateau chauffant. Plusieurs types existent selon les besoins : le plateau vitrocéramique, le plateau flexible aimanté, le micro abrasif… Ces revêtements s’usent selon les contraintes auxquelles ils sont confrontés : écaillement, brisure, cassure… Il est donc important de savoir bien utiliser l’imprimante 3D (notamment en termes de paramétrage d’impression), les entretenir, et les changer !

L’avantage qu’ont les entreprises aujourd’hui dans l’entretien de leurs imprimantes 3D est qu’elles peuvent être dotées de systèmes de maintenance prédictive. La machine Supercharged de Volumic 3D, par exemple, connaît ses cycles et alerte l’opérateur pour anticiper d’éventuelles maintenances. Ce développement est le fruit de remontées clients prises en compte dans les nouveaux développements produits.

Augmenter la productivité dans le cadre d’une ferme d’impression 3D, c’est aussi penser au fait qu’avoir des bobinages plus gros permet de produire en continu sans interruption. Il faut un système de fixation un peu plus large, mais toutes les imprimantes le permettent. Des bobinages de 4,5kg sont en place sur les machines, car quand on lance des productions, c’est pour 20, 40 ou 60h. Au siège de Volumic 3D, on a une vingtaine de machines qui fonctionnent 24h/24 pour produire les pièces présentent dans nos futures machines, en quelque sorte c’est la machine qui s’auto-réplique !

Buse Volumic avec Filament

Quelques exemples de fermes d’impression 3D en place