Customer
Subaru
Headquarters
Camden, New Jersey
Industry
Automotive
Employees
37,000+
« La rapidité, c'est la vie » : tel est le mantra adopté par de nombreux secteurs. Que vous pilotiez un avion, lanciez une start-up ou fabriquiez des produits, il y a un avantage concret à aller vite et à gagner en efficacité. Dans le secteur manufacturier, la rapidité (associée à la précision) est essentielle car elle favorise un avantage concurrentiel, permettant à une entreprise de réagir plus rapidement aux demandes du marché.
Cette réalité n’a pas échappé à Matt Daroff, responsable de l’ingénierie de projet chez Subaru of America, Inc. (Subaru). M. Daroff et ses collègues de l’équipe de développement des produits accessoires (APD) de Subaru sont chargés de développer le vaste catalogue d’accessoires d’origine Subaru disponibles pour tous les véhicules Subaru vendus aux États-Unis. L'outillage et les fixations nécessaires pour installer ces accessoires avec précision étaient traditionnellement développés et fabriqués par des moyens conventionnels – usinage de pièces métalliques et plastiques et assemblage par boulonnage –, un processus lent et souvent coûteux, en particulier lors de la validation et de l'itération des prototypes. Subaru a vu le potentiel de la fabrication additive (FA) pour rationaliser le processus de fabrication d'outils, et c'est à partir de cette idée que l'aventure de l'équipe dans l'impression 3D a commencé.
Comme pour tout investissement important en équipement, l'achat d'une imprimante 3D par le constructeur automobile devait répondre à des critères économiques rigoureux. Cela n'a toutefois pas été trop difficile à réaliser, compte tenu du coût élevé de l'outillage fabriqué de manière traditionnelle et sous-traité. En passant à l'impression 3D, l'équipe APD de Subaru a pu approuver l'achat d'une imprimante 3D grand format Stratasys F770™, internalisant ainsi la fabrication d'outils avec un investissement en capital minimal, hormis le coût de l'imprimante. « Nous développons des outillages et des gabarits spécialisés pour l'installation précise de nombreux produits. Le coût de fabrication d'un seul de ces développements était si incroyablement élevé que, lorsque nous avons fait le calcul, il a été facile de justifier l'achat d'une F770. L'utilisation de la F770 pour le prototypage et la production d'outillage pour ce seul programme devait permettre de réduire les coûts d'environ 70 % et d'obtenir un retour sur investissement en deux ans environ », explique M. Daroff, qui précise également que la F770 a depuis été utilisée pour le prototypage et l'outillage de plusieurs gammes de produits, y compris divers véhicules en cours de développement.
L'impact de la FA sur le processus de développement des outils a été encore plus significatif. Selon Subaru, le passage à la FA a complètement transformé le flux de travail de l'équipe, avec des avantages particuliers pour le prototypage et le développement de la conception d'outils. « La cadence d'itération sur les prototypes d'outils était de l'ordre de plusieurs semaines entre chaque nouveau prototype avec la fabrication conventionnelle. La fabrication additive a réduit ce rythme à quelques jours. Cela nous a permis de réduire de plus de 50 % notre temps de développement des outils pour cette gamme de produits », explique M. Daroff. Cela a également permis de passer d’une production d’outils en série externalisée à une fabrication interne à la pièce, en flux tendu, une stratégie qui offre les avantages associés à une fabrication allégée, flexible et réactive.
Si les gains en termes de flux de travail étaient considérables, ils restaient toutefois limités par les contraintes liées à l'impression de pièces de grande taille avec les capacités de fabrication additive existantes. L'imprimante F770 utilise la technologie de filament FDM® et dispose d'une chambre d'impression aux dimensions généreuses, capable d'accueillir les grands gabarits nécessaires à l'installation des accessoires du véhicule. Si certains gabarits dépassent la longueur du plateau d'impression de 100 cm (39,4 pouces) de l'imprimante, les concepteurs d'outils de Subaru divisent l'outil en plusieurs sections, les impriment séparément, puis les assemblent. Mais lorsque l'on combine des pièces de grande taille avec les vitesses typiques des imprimantes à extrusion, les temps d'impression peuvent être longs.
Selon l'équipe APD de Subaru, cela n'était pas inattendu. Mais même en tenant compte de cela, les délais de production ont tout de même dû être adaptés au rythme auquel les outils pouvaient être imprimés. Et bien que la FA ait permis une réduction des coûts par rapport à la fabrication conventionnelle, la question suivante était de savoir comment tirer pleinement parti des avantages de la FA : gagner du temps grâce à des opérations d'impression accélérées.
La réponse est venue sous la forme d'un test bêta d'une nouvelle tête d'impression conçue pour multiplier par au moins 1,5 la vitesse de l'imprimante F770. La nouvelle tête d'impression T25 permet un débit d'extrusion plus rapide et est dotée d'un orifice plus large, ce qui réduit le temps d'impression. La tête T25 imprime également avec la même hauteur de couche de 33 mm (0,013 pouce) que la tête d'impression standard T14, produisant une finition de surface similaire pour la plupart des géométries.
Les tests internes de Stratasys sur diverses pièces ont démontré une augmentation du temps d'impression de 1,86 à 2,27 fois la vitesse de la tête d'impression standard F770 T14. Les résultats obtenus avec un outil de 91 cm de long imprimé par l'équipe Subaru ont montré une augmentation de la vitesse de 1,96 fois, soit un temps d'impression environ deux fois plus court qu'avec la tête T14. Avant d'intégrer la nouvelle tête d'impression T25, l'équipe APD s'appuyait sur deux imprimantes, la F770 et une autre grande imprimante à extrusion, pour répondre aux demandes de production. Grâce à l'introduction de la tête d'impression T25 plus rapide, Subaru a pu augmenter son débit et répondre à la demande avec la seule imprimante F770, laissant l'autre système disponible pour d'autres travaux urgents.
M. Daroff raconte : « Lorsque l'opportunité de gagner en vitesse d'impression sur notre F770 s'est présentée, nous étions tous partants. Jusqu'à présent, nous utilisions une autre machine pour prendre le relais. Désormais, nous pouvons obtenir tout ce débit sur une seule machine [F770]. Cela a immédiatement permis un fonctionnement plus robuste et plus flexible, libérant ainsi un équipement entier pour d’autres tâches. »
Si la tête d'impression T25 a permis de rendre le processus de développement des accessoires de Subaru plus efficace en termes de temps et de coûts, cette solution a apporté des avantages qui vont bien au-delà. En bref, elle a atténué certains des points faibles auxquels l'équipe était confrontée dans le cadre de ses activités courantes, lui permettant de réagir plus rapidement qu'auparavant. Cette réactivité accrue signifie que l'activité ne subit plus les conséquences et les coûts liés aux retards, ce qui réduit les pertes et le gaspillage.
Subaru cite les demandes urgentes d’outillage comme un excellent exemple : dans ces situations, un délai d’exécution plus court permet d’éviter les retards pour l’équipe d’installation, de réduire le gaspillage et de préserver des opportunités commerciales qui, sans cela, seraient perdues. « Une grande partie de notre gaspillage est liée au temps », explique M. Daroff. « Les coûts du temps perdu sont des coûts d’opportunité. Si notre équipe ne dispose pas des outils nécessaires pour installer nos produits avec confiance et précision, nous ne les installerons pas du tout. Ainsi, plus vite nous pourrons fournir à notre équipe ce dont elle a besoin pour effectuer ce travail, plus vite nous pourrons créer de la valeur pour nos clients. À l’inverse, si nous ne pouvons pas réagir rapidement pour remplacer des outils endommagés ou perdus sur le terrain, ou pour répondre à des demandes de nouveaux outils, cela signifie des opportunités perdues de livrer nos produits », ajoute-t-il.
Au-delà des économies réalisées, cela soutient également les engagements environnementaux du constructeur automobile visant à réduire les déchets, à préserver les ressources et à protéger les espaces naturels, ce qui s’inscrit directement dans le fait que tous les produits Subaru sont fabriqués dans des usines de production « zéro déchet ».
Lorsque Subaru a envisagé d'intégrer la fabrication additive en interne, l'entreprise s'est avant tout intéressée à la possibilité de faire appel à divers fabricants de solutions d'impression 3D. À la suite de discussions avec les clients internes, l'équipe de développement a restreint son choix aux technologies d'impression grand format par extrusion. « Je pense que nous avons sélectionné environ sept ou huit machines différentes à évaluer, provenant de fabricants du monde entier », explique M. Daroff. « À l’époque, aucune d’entre elles n’était de Stratasys. Compte tenu du budget dont nous disposions, j’avais le sentiment que Stratasys dépassait ce que nous pouvions raisonnablement envisager. Nous recherchions un équilibre entre coût, qualité et efficacité. »
Subaru a demandé des échantillons de pièces à évaluer aux différents fabricants envisagés. Cependant, forts d’une expérience positive antérieure avec la technologie Stratasys, ils ont demandé un échantillon à Stratasys afin de l’utiliser comme référence. Après avoir comparé les échantillons reçus, l’équipe de Subaru a constaté une nette différence en termes de résultats obtenus avec les imprimantes industrielles Stratasys. « Lors de cette évaluation, dès que nous avons constaté l’écart, la différence de qualité et le rendement des machines [Stratasys], nous disposions d’un argument suffisamment solide pour convaincre notre direction et dire : “Nous comprenons que cela représente un investissement plus important, mais cela en vaut la peine” », explique M. Daroff.
Ce n'est pas tous les jours qu'un constructeur automobile parvient à améliorer l'efficacité de ses processus de près de 100 % grâce à une simple mise à niveau de ses machines. C'est pourtant ce que Subaru a réussi à faire avec la tête d'impression T25 de son imprimante F770. Cela a ainsi ouvert la voie à des avantages considérables en aval, réduisant encore davantage le temps de développement des outils, qui est passé de plusieurs jours à une journée, voire, dans certains cas, à quelques heures. La combinaison de cette efficacité et du passage à un flux de travail « juste à temps » permet à l'équipe APD de servir ses clients et de collaborer avec eux beaucoup plus rapidement.
Daroff résume ainsi la situation : « Fournir les pièces plus tôt à nos clients leur donne l’occasion de tester des aspects que nous n’avons peut-être pas détectés lors du développement ou simplement d’identifier des possibilités d’amélioration raisonnables sur une conception déjà bonne. Cela nous permet d’apporter des corrections et des améliorations plus rapidement, en minimisant le gaspillage de temps et de matériaux sur des pièces défectueuses avant leur production, et en maximisant les opportunités d’amélioration continue. »
Pour Subaru, la rapidité ne se résume pas à imprimer plus vite : il s’agit de détecter les problèmes plus rapidement, de réduire le gaspillage et de commercialiser les accessoires avec une plus grande confiance. La F770 équipée de la tête d’impression T25 a contribué à rendre cela possible.
