En avant toute vers l’avenir : la fabrication additive dans l’industrie maritime

8. août 2024

Le transport maritime est l'une des industries les plus anciennes au monde. Il y a au moins 40 000 ans, mais probablement bien plus tôt, les gens utilisaient déjà la route maritime pour la pêche, la migration et le commerce, et au fil du temps, une variété de nouveaux usages ont émergé, de la guerre au transport de marchandises et à la découverte de zones terrestres non développées jusqu'au transport de passagers.

À ce jour, cette industrie est également l'une des plus importantes au monde. Chaque année, environ 11 milliards de tonnes de marchandises sont transportées par bateau, il y a plus de 100 000 navires différents dans le monde et rien qu'en Allemagne, il existe près de 3 000 compagnies maritimes différentes.

Cependant, le Les exigences de production de cette industrie gigantesque et lucrative sont extrêmement élevées. Les composants doivent résister à des forces énormes, répondre à des exigences de sécurité strictes, être résistants aux intempéries, à la corrosion et à l'eau - et toutes ces propriétés doivent être obtenues tandis que le composant répartit son poids de manière idéale.

La combinaison de ces propriétés avec la meilleure optimisation de poids possible présente à plusieurs reprises d'immenses défis aux méthodes de production traditionnelles. Jusqu'à présent, les fabricants devaient généralement choisir l'une des deux faces, mais l'impression 3D rend possible la symbiose des deux.

Dans cet article de blog, nous examinerons les différentes applications que l'impression 3D permet dans l'industrie maritime et les avantages uniques qui peuvent être obtenus grâce à cette technologie. Nous commencerons par les différentes applications et je les diviserai en trois sous-domaines - en commençant par le transport maritime militaire.

Applications dans l'industrie maritime militaire

La marine a une tradition militaire de plus de 2 000 ans et n'a jamais perdu de son importance. Depuis la première bataille navale enregistrée, la bataille du delta du Nil entre l'Égypte ancienne et divers peuples maritimes, en passant par l'ère viking et la fin du Moyen Âge jusqu'aux temps modernes, la marine et la suprématie navale ont joué un rôle existentiel dans la guerre.

L'un des plus grands problèmes, tant dans l'Antiquité que dans les temps modernes, a toujours été la réparation des navires endommagés au combat - d'une part en termes de capacité de réparation, mais bien sûr aussi parce que chaque navire manquant dans la flotte peut entraîner une perte de ressources navales essentielles. suprématie.

Pour augmenter la rapidité des réparations, l'US Navy, par exemple, s'appuie sur la fabrication additive. Depuis 2022, plusieurs navires de guerre, dont les navires d'assaut amphibie USS Essex (LHD-2), USS Bataan (LHD-5) et USS Wasp (LHD-1), ainsi que le porte-avions USS John C. Stennis (CVN-74) et le sous-marin USS New Hampshire (SSN-778), sont équipés de leurs propres imprimantes 3D afin de ne même plus avoir à se rendre au port pour détecter d'éventuelles pertes potentielles. réparations.

Par exemple, en juin 2023, l'USS de l'US Navy Bataan a pu éviter une mission de réparation majeure due à un compresseur d'air défectueux grâce à l'imprimante 3D embarquée. Selon le contre-amiral Jason Lloyd, l'acquisition de cet appareil défectueux aurait normalement pris jusqu'à un an et coûté jusqu'à 400 000 dollars américains - mais grâce aux imprimantes 3D à bord, il n'a même pas fallu se rendre dans un port pour remplacer le composant.

Ce ne sont cependant pas seulement les navires qui bénéficient des imprimantes 3D à bord, mais aussi les soldats eux-mêmes. Plusieurs armées dans le monde utilisent déjà la fabrication additive en première ligne pour fournir rapidement aux soldats des prothèses personnalisées et des indications similaires - et grâce à une imprimante 3D embarquée, les forces navales pourront également en bénéficier à l'avenir.

La marine américaine s'appuie également de plus en plus sur l'impression 3D pour la production de pièces finales. La réduction massive de 70 % des fournisseurs au cours des quarante dernières années et la nécessité de remplacer les vieux navires tout en développant la marine posent à la Marine des difficultés majeures depuis plusieurs années.

Ces difficultés de production sont particulièrement visibles dans le cas des sous-marins. Certains sous-marins déjà commandés ont déjà plus d'un an de retard sur la date d'achèvement prévue et une amélioration de la situation tendue n'est pas attendue avant 2028 au plus tôt.

Afin d'atténuer plus rapidement cette situation, de nombreux membres de l'US Navy préconisent un recours plus étendu à la fabrication additive. Par exemple, le contre-amiral Jonathan Rucker, actuellement chef du bureau exécutif du programme des sous-marins d'attaque, a répondu lors d'une audition du sous-comité des forces armées à la question de savoir si une expansion de la fabrication additive était nécessaire : "Absolument oui, nous avons besoin de fabrication additive (...) nous ne pouvons pas répondre aux exigences de construction des sous-marins dont nous avons besoin et assurer la maintenance si nous ne passons pas à la fabrication additive."

Cette affirmation est étayée par l'exemple d'une vanne de système sanitaire. Le fabricant d'origine de cette vanne a dû déposer son bilan et la marine américaine s'est attendue à attendre deux ans en utilisant les méthodes de fabrication traditionnelles. Au lieu de cela, l'une de ces vannes a été numérisée, imprimée en 3D, soumise à des tests intensifs et finalement installée, le tout en seulement six mois.

D'autres exemples de pièces d'utilisation finale imprimées en 3D incluent une buse de crépine de vidange sur le porte-avions USS Harry S. Truman, qui a été le premier composant imprimé en 3D sur un navire militaire, et un couvercle de circulation d'air sur le sous-marin USS Kentucky.

Ces exemples ne sont que quelques-uns des nombreux domaines d'application dans lesquels l'impression 3D est utilisée dans le marine. En outre, la fabrication additive est déjà largement utilisée pour des applications de prototypage et de recherche au sein de la Marine.. Si vous souhaitez en savoir plus sur les possibilités de l'impression 3D dans l'armée, vous pouvez trouver le billet de blog correspondant ici.

Mais un autre grand bénéficiaire, outre l'armée, est le secteur privé. entreprises du secteur maritime - et nous allons maintenant passer à leurs applications.

Applications dans l'industrie maritime commerciale

Même avant que le transport maritime ne soit utilisé à des fins militaires, les gens avaient déjà reconnu sa valeur à des fins commerciales, en particulier pour le commerce. Les premières routes commerciales ont été établies par voie maritime dans la mer d'Oman dès environ 300 av. Cette dépendance nous a tous été rappelée une fois de plus en 2021, lorsque l'Ever Given a bloqué le canal de Suez pendant un peu plus de six jours, provoquant des retards d'approvisionnement mondiaux et des hausses de prix.

Cependant, le transport maritime commercial est sans aucun doute confronté à des défis majeurs. Le plus important d’entre eux est la difficulté de rendre les porte-conteneurs plus respectueux du climat. Même si la route maritime est déjà bien plus respectueuse de l'environnement que la route commerciale aérienne, des efforts sont néanmoins en cours pour réduire l'empreinte environnementale.

L'impression 3D apporte un soutien massif à ces efforts. Un excellent exemple pour l'avenir est la les recherches de Thomas Dahmen pour sa thèse de doctorat à l'Université technique du Danemark (DTU). Il a découvert que les buses d'injection permettent au carburant de s'écouler plus efficacement si elles sont courbées et a mis en œuvre ces buses incurvées à l'aide de l'impression 3D.

Cette efficacité accrue de l'injection de carburant améliore la combustion du carburant et prolonge donc la durée de vie du moteur d'une part et réduit la consommation de carburant d'autre part, faisant ainsi d'une pierre deux coups en matière de durabilité.

La fabrication additive est également la solution parfaite pour optimiser le poids des navires, ce qui a un impact majeur sur les émissions, grâce à la liberté de conception maximisée et à la capacité pour traiter des matériaux composites avec un rapport résistance/poids extraordinaire, par exemple.

Par exemple, l'impression 3D permet d'imprimer des assemblages complexes en une seule pièce et de minimiser ou maximiser le poids en différents points, en fonction du poids requis sur une pièce particulière pour aligner idéalement le métacentre.

De telles optimisations de poids aident non seulement avec les navires, mais aussi avec les équipements de recherche sous-marine tels que les robots ou les véhicules sous-marins autonomes (AUV). La société britannique ecoSUB, par exemple, utilise l'impression 3D pour ses AUV afin de produire des composants légers mais capables de résister aux forces élevées sous l'eau.

Et l'impression 3D en tant que telle est déjà utilisée commercialement sous l'eau. Par exemple, la société norvégienne Kongsberg Ferrotech a équipé son robot "Nautilus" d'une technologie d'impression 3D pour effectuer des réparations en mer sur les structures métalliques endommagées. des profondeurs allant jusqu'à 1 500 mètres, en particulier dans l'industrie pétrolière et gazière.

D'autres domaines d'application de la fabrication additive dans l'industrie maritime commerciale incluent encore une fois le prototypage, mais aussi la production de composants intérieurs de haute qualité pour les navires à passagers, tels que les bateaux de croisière ou les yachts.

En tant que dernière section du sujet d'application de cet article de blog, nous arrivons maintenant au secteur maritime privé, où l'impression 3D est utilisée à grande et à petite échelle.

Applications dans l'industrie maritime privée

L'industrie maritime privée, qui comprend les yachts, les petits bateaux comme les voiliers et les sports nautiques, est une immense industrie. Les ventes sur le seul marché des petits bateaux se sont élevées à 31,23 milliards de dollars en 2023 et devraient atteindra 78,91 milliards de dollars d'ici 2032, selon Expert Market Research.

Cependant, les conditions économiques difficiles actuelles, associées à une augmentation continue des coûts de production, posent également des problèmes à cette industrie - en particulier pour la production d'éléments personnalisés, qui deviennent de plus en plus essentiels pour les clients du monde entier.

Heureusement pour cette industrie, la fabrication additive est un maître pour le rapide, production rentable et individualisée de composants - et cela a déjà été reconnu par un grand nombre de fabricants du secteur maritime privé.

Par exemple, un certain nombre de fabricants différents, tels que comme Silverlining Furniture basé au Royaume-Uni , permettent d'imprimer en 3D d'innombrables types personnalisables de décorations, de meubles, de tableaux de bord et bien plus encore.

Mais aimeriez-vous voir de plus grands exemples d'impression 3D dans l'industrie maritime privée ? Pas de problème, comme le démontre de manière impressionnante la collaboration entre les sociétés néerlandaises KM Yachtbuilders et MX3D avec une quille de bateau en aluminium entièrement imprimée en 3D mesurant 4 mètres de long et 8 mètres d'épaisseur.

Ce n'est toujours pas assez impressionnant ? Que diriez-vous d'un bateau entièrement imprimé en 3D ? Le fournisseur néerlandais Tanaruz, par exemple, propose son Ozare 6.5, un bateau de 6,5 mètres de long et 2,1 mètres de large entièrement imprimé en polypropylène renforcé de fibres de verre. Cependant, le record du monde du plus long bateau entièrement imprimé en 3D revient à l'Université du Maine avec son 3Dirigo d'une longueur de 7,6 mètres.

En dehors de cela, la fabrication additive joue à nouveau un rôle important. en prototypage dans le secteur privé. Par exemple, la société suédoise Melker of Sweden a dû adapter l'un de ses kayaks au marché américain, ce qui aurait Il a fallu des dizaines de milliers d'euros et jusqu'à deux ans pour réaliser un prototype. Cependant, grâce à l'impression 3D et aux matériaux recyclés, ce processus de prototypage pourrait être rendu moins cher, plus rapide (seulement six mois au lieu de deux ans) et également plus respectueux de l'environnement.

Avantages de l'impression 3D dans l'industrie maritime

Maintenant que j'ai décrit certaines des applications passionnantes de l'impression 3D, voyons pourquoi exactement tous les différents sous-secteurs s'appuient sur la fabrication additive comme outil du présent et du futur.

Une plus grande indépendance

Les problèmes de livraison ne sont plus une exception dans le "monde post-Covid", mais malheureusement la norme. Les chaînes d'approvisionnement du monde entier sont aux prises avec des retards, une utilisation des capacités et des pannes totales, mais la fabrication additive rend obsolète la dépendance à l'égard d'autres fournisseurs.

Qu'il s'agisse d'une production en interne ou du recours à un fournisseur de services d'impression 3D de confiance, la centralisation de la production des composants de navires offre aux entreprises une plus grande certitude de planification et des délais de mise sur le marché plus courts grâce à la capacité de produire en interne des prototypes et des pièces d'utilisation finale.

Vitesses de production élevées

Les vitesses élevées que les imprimantes 3D industrielles peuvent atteindre garantissent également des délais de mise sur le marché plus courts. Particulièrement dans le cas des prototypes, où même les plus petits ajustements avec les méthodes de production traditionnelles peuvent prendre beaucoup de temps, la fabrication additive permet à la fois l'ajustement et la production de prototypes à une vitesse maximale.

Cependant, les vitesses de production offrent également de nombreux avantages pour les pièces finales. Le plus important d'entre eux est la production de composants à la demande, dont les domaines d'application ont déjà été évoqués à plusieurs reprises - que ce soit dans les halls de production, dans les ports ou même directement en haute mer.

Charge de travail réduite

La pénurie omniprésente de travailleurs qualifiés ne s'est pas arrêtée à l'industrie maritime. En particulier dans des professions telles que les métallurgistes, les mécaniciens et les ingénieurs en mécanique, les entreprises recherchent désespérément des renforts - et l'impression 3D offre ces renforts, même si ce n'est pas sous forme humaine.

Grâce à la fabrication additive, une variété de processus manuels peuvent être automatisés - ou, dans le cas du recours à un prestataire de services de confiance, complètement externalisés. Les systèmes d'impression industrielle sont conçus pour une automatisation maximale et permettent une impression continue jusqu'à plus de cent heures sans aucune interaction humaine, ce qui permet d'économiser d'énormes quantités de main d'œuvre et de coûts.

Des coûts de production inférieurs

L'impression 3D peut également réduire les coûts en dehors de la main-d'œuvre. En particulier pour les composants de grande taille, les processus de fabrication soustractifs conventionnels génèrent des coûts énormes en raison du gaspillage de matériaux sous forme de rebut. Cependant, ce problème est minimisé grâce à la fabrication additive.

Grâce à la structure en couches des composants, l'impression 3D ne traite que le matériau réellement nécessaire pour le composant. Les seuls déchets produits sont les fines structures de support - et celles-ci peuvent même être recyclées dans des technologies d'impression à base de poudre pour rendre le travail encore plus rentable.

Liberté de conception maximisée

La liberté de conception joue un rôle essentiel dans l'industrie maritime. Qu'il s'agisse d'optimisation du poids, de personnalisation, d'amélioration de la sécurité ou bien plus encore, des performances maximales sont impossibles sans liberté de conception et les méthodes de fabrication traditionnelles peuvent rapidement atteindre leurs limites, en particulier avec des conceptions très complexes.

La fabrication additive, en revanche, permet une liberté unique dans la conception et la production des modèles les plus complexes. Les structures internes et en nid d'abeille, les canaux, les cavités, les structures en treillis, les surfaces de forme libre et bien plus encore deviennent facilement possibles grâce à l'utilisation d'une imprimante 3D.

Une plus grande uniformité

Deux navires ne sont jamais identiques, même s'ils appartiennent à la même classe par exemple. Les différences de fabrication, d'assemblage et les tolérances de production parfois élevées dans les processus de fabrication traditionnels rendent chaque navire unique. Ce qui semble beau au premier abord peut entraîner des défis majeurs, en particulier lorsqu'il s'agit de travaux de réparation ou de maintenance, car les pièces de rechange doivent être adaptées avec précision à ces écarts.

En plus d'une précision et d'une répétabilité exceptionnelles, la fabrication additive offre de nombreux autres facteurs qui peuvent être utilisés pour accroître l'uniformité dans la construction navale. Qu'il s'agisse d'une réduction du nombre d'étapes de fabrication requises, d'une réduction de l'interaction humaine ou d'un contrôle intégré de la précision dimensionnelle dans de nombreux systèmes industriels, l'impression 3D augmente l'uniformité et minimise ainsi bon nombre des difficultés connues de l'industrie maritime.

Conclusion

Les applications et les avantages présentés dans cet article de blog ne sont que la pointe de l'iceberg, mais ils suffiront, espérons-le, à montrer que la fabrication additive ne fait pas que commencer à révolutionner l'industrie maritime, mais qu'elle est déjà au milieu du processus de transformation.

En tant que l'un des plus grands fournisseurs de services d'impression 3D en Europe, chez PartsToGo, nous sommes étroitement impliqués dans ce processus de transformation. Grâce à notre expertise, à plusieurs solutions d'impression adaptées et à des matériaux ayant passé avec succès les tests rigoureux IACS E10 pour le brouillard salin (test n° 12), le froid (test n° 11) et l'ignifugation (test n° 21), nous sommes le partenaire idéal pour la production de composants de haute qualité pour l'industrie maritime.

Si vous souhaitez bénéficier de nous et concrétiser vos idées avec une efficacité maximale, vous pouvez nous contacter directement en utilisant le bouton ci-dessous. Nous vous répondrons dans les plus brefs délais et clarifierons toutes les individualités de votre projet afin qu'il soit mis en œuvre exactement selon vos idées !

Notre solution idéale pour l'industrie maritime

Enfin, nous souhaitons souligner notre solution idéale pour l'industrie maritime, avec laquelle nombre de nos projets dans ce secteur sont mis en œuvre. Vous pouvez trouver un aperçu complet de nos solutions et plus d'informations sur nos possibilités sur notre page d'application.

En ce qui concerne les composants de l'industrie maritime, l'une des exigences les plus courantes est un rapport résistance/poids exceptionnel. Il existe quelques matériaux disponibles pour répondre à cette exigence, mais aucun d'entre eux ne peut démontrer simultanément la certification IACS E10 pour le brouillard salin, le froid et l'ignifugation - à l'exception du filament Stratasys® ULTEM™ 9085.

Ce filament peut être utilisé pour imprimer des composants petits et grands qui peuvent facilement résister à la pression de la mer et en même temps avoir une excellente résistance à la chaleur jusqu'à 176,9 °C. Ce filament joue également un rôle dans la Ligue des champions en matière de dégagement de fumée et de toxicité.

Bien entendu, un thermoplastique aussi performant nécessite également une imprimante performante capable de le traiter. Pour cette tâche, nous utilisons le F900 de Stratasys®, qui présente, entre autres, un grand volume de construction, une cohérence inégalée et des propriétés isotropes exceptionnelles.

Cela nous amène à la fin de cet article de blog. Merci de votre attention - et à bientôt dans le prochain article de blog !