Le coût de la fabrication additive métallique

L’un des principaux avantages de la fabrication additive (FA) métallique est sa capacité à simplifier des processus de production industrielle. Les pièces qui étaient auparavant fabriquées à l’aide de deux ou trois techniques de fabrication peuvent désormais être réalisées avec une seule, et en moins de temps.

Toutefois, la mise en oeuvre de machines de FA métallique doit s’accompagner de la mise en place de plusieurs systèmes et processus associés (notamment de post-traitement des pièces) et, surtout, de coûts. Nombre des coûts liés à l’impression 3D métal sont difficiles à quantifier précisément à l’avance ; d’autres sont tellement méconnus que l’on pourrait les oublier complètement.

Cet article offre une vue d’ensemble des dépenses liées à l’impression 3D métallique, y compris le matériel, les logiciels, les matériaux et les autres coûts inhérents.

Imprimantes 3D de métal

Le coût initial le plus élevé de la fabrication additive métallique reste l’imprimante 3D de métal elle-même. Cet investissement peut être rapidement rentabilisé, mais il représente tout de même une dépense importante et une barrière à l’entrée élevée.

Le prix d’une imprimante 3D métal varie en fonction de facteurs tels que sa technologie, sa qualité, son volume d’impression et ses caractéristiques. Au bas de l’échelle, les prix commencent généralement aux alentours de 50 000 euros, mais de nombreux systèmes à poudre destinées à la production en série coûtent bien au-delà des 500 000 euros. Les imprimantes 3D métal les plus grandes et les plus chères peuvent atteindre plusieurs millions d’euros.

L’extrusion de filament métallique est la technologie la moins chère, le prix des machines étant souvent inférieur à 150 000 euros.

Les systèmes à projection de matériaux et de liants (Material Jetting ou Binder Jetting) coûtent typiquement plus de 100 000 euros, tandis que la plupart des imprimantes à dépôt d’énergie directe (DED) coûtent plus de 500 000 euros (bien qu’il en existe quelques-unes à moins de 100 000 euros).

La fusion sur lit de poudre (PBF) est la catégorie dominante dans la fabrication additive de métaux ; les imprimantes SLS et DMLS les plus haut de gamme peuvent coûter plusieurs millions d’euros, mais la généralisation de ces technologies a également conduit à des systèmes plus abordables, inférieurs à 150 000 euros.

En règle générale, les systèmes d’impression 3D métallique coûtent au bas mot 100 000 euros, mais souvent dépassent les 250 000 euros.

Les prix cités dans cet article sont des estimations. Contactez-nous pour obtenir des devis précis.

Matériaux

Tout comme les imprimantes 3D de métal, le prix des matériaux pour l’impression 3D de métal peuvent grandement varier.

Les poudres métalliques destinées à la fabrication additive sont généralement beaucoup plus chères que les autres formes de matériaux comme les fils, les filaments et les granulés, car les particules doivent être parfaitement homogènes. Les poudres d’aluminium et d’acier inoxydable peuvent coûter plus de 100 €/kg, tandis que le titane (utilisé dans des industries comme l’aérospatiale et la médecine) peut coûter plus de 300 €/kg.

Un grossissement des particules de poudre métallique de Sandvik.

Mais la matière première ne représente pas le seul coût en ce qui concerne les consommables. Les systèmes PBF peuvent nécessiter de l’argon ou de l’azote pour créer une atmosphère inerte, ce qui peut revenir à plusieurs milliers d’euros par an, tandis que les procédés non PBF peuvent nécessiter d’autres matériaux : les systèmes de projection de liant, par exemple, nécessitent un liant polymère distinct.

Outre le coût des matériaux, les adeptes de l’AM métal devront peut-être investir dans des équipements de gestion et de manipulation des poudres, ainsi que dans des aspirateurs industriels spécifiques.

Logiciels

Les entreprises peuvent avoir recours à plusieurs types de logiciels spécifiques à la fabrication additive pour imprimer des pièces métalliques en 3D. On peut citer notamment les logiciels de CAO, de DfAM (“Design for Additive Manufacturing”), de simulation, ainsi que les outils de gestion des flux de production, tels que les logiciels de pilotage de la fabrication (MES).

Les divers abonnements à tous ces logiciels peuvent s’élever à plusieurs milliers d’euros par an. Les outils de pointe pour des tâches comme l’optimisation de la topologie ou l’automatisation des flux de travail sont particulièrement coûteux.

À l’heure actuelle, les abonnements sont un modèle de paiement plus courant que l’achat directe de licenses perpétuelles.

Post-traitement

Le post-traitement des pièces métalliques imprimées en 3D peut nécessiter des machines supplémentaires, telles que des machines de dépoudrage et des fours pour le traitement thermique, ainsi que des équipements de finition de surface. Cela peut représenter des dizaines voire centaines de milliers d’euros de coûts d’investissement supplémentaires.

Certains fabricants proposent des packs comprenant l’imprimante 3D et ses stations de déliantage et de frittage, mais ce n’est pas toujours le cas.

Outre le coût d’acquisition des différentes machines, il faut également penser aux charges liées aux produits utilisés par ces machines (comme les solvants chimiques ou les abrasifs de sablage) ainsi qu’à la main d’oeuvre spécialisée requise pour retirer les structures de support, par exemple.

AM factory floor with metal 3D printers, powder handling stations, and other associated systems from SLM Solutions.
Imprimantes 3D métal, machines de dépoudrage, et autres systèmes chez le fabricant SLM Solutions.

Aménagements et installations

Les aménagements et installations autour de l’imprimante 3D métal et des machines associées peuvent aussi représenter d’importants coûts d’investissement.

En effet, selon la technologie de fabrication additive métal utilisée, il faudra potentiellement équiper l’atelier ou l’usine de systèmes d’aération ou de climatisation supplémentaires, d’équipement de sécurité incendie, d’humidificateurs ou de déshumidificateurs, etc. Il peut même s’avérer nécessaire de renforcer le sol en raison du poids important des machines, qui peuvent peser plusieurs tonnes chacune.

Quelques systèmes de FA métallique Farsoon installés chez Falcontech, un fournisseur de services de production. Source : Falcontech

Certaines imprimantes 3D, telles que la Desktop Metal Studio 2 (extrusion de filament chargé en métal) ou la ExOne Metal Designlab (extrusion de pâte métallique à base d’eau), n’utilisent pas de gaz comprimé et peuvent théoriquement être utilisées dans des environnements de bureau, ce qui réduit les coûts d’installation et nécessite moins d’aménagement de l’espace.

Autres coûts

La maintenance des machines constitue également un coût pouvant atteindre plusieurs millieurs ou dizaines de milliers d’euros par an, comprenant notamment le recrutement, la formation et la rémunération des opérateurs de production spécialisés. L’expertise en matière de fabrication additive reste rare, de sorte que les ingénieurs et les techniciens peuvent prétendre à des salaires relativement élevés. Par ailleurs, dans bien des cas, les opérateurs nécessiteront également des équipements de protection (gants, combinaisons, lunettes, masques, etc.).

D’autres charges comme le loyer, l’électricité et autres commodités sont évidemment aussi à prendre en compte.

Investissement initialCharges récurrentes
Imprimante(s) 3D métalOpération et maintenance des systèmes
Machines et accessoires (post-
traitement, gestion de la poudre, four de déliantage, …)
Consommables (poudres ou filaments métalliques, gaz comprimé, produits pour le post-traitement, …)
Aménagement et équipement (climatisateurs, déshumidificateurs, sécurité incendiaire, …)Loyer et autres charges
Logiciel (license perpétuelle)Logiciel (souscription)
Formation et installationSalaires

L’impression 3D métal justifie-t-elle son coût ?

De nombreuses entreprises choisissent d’externaliser la fabrication additive métallique en raison des coûts structurels élevés, et font ainsi appel à des fournisseurs de service possédant et maîtrisant déjà toute la chaîne de production FA métal.

En effet, pour implémenter sa propre chaîne de production en fabrication additive métal, il faut surmonter d’importantes barrières à l’entrée et faire face à des frais de fonctionnement récurrents également très élevés. Mais le jeu en vaut-il la chandelle ? Tout dépend de la marge (ou des économies) que l’on souhaite réaliser.

Dans des industries comme l’aérospatial ou le médical très demandeuses où les technologies avancées comme l’impression 3D métallique présente une forte valeur ajoutée (surtout lorsque les processus et pièces sont certifiés), l’investissement dans un système de FA métal peut rapidement être éclipsé. À grande échelle, les coûts d’acquisition peuvent aussi être amortis par rapport à l’utilisation d’un fournisseur tiers comme un service d’impression 3D.