La fabrication additive dans l’industrie des boissons : ce qu’il faut savoir !

Une pièce fabriquée couche par couche

Avant de nous concentrer sur la fabrication additive dans l’industrie des boissons, répondons d’abord à une question fondamentale : qu’est-ce que la fabrication additive ?

Contrairement aux procédés de fabrication par enlèvement de matière où l’on élabore des pièces usinées à partir d’une matière première, la fabrication additive permet de construire la pièce couche par couche en plusieurs étapes. Selon le procédé choisi, des matériaux (p. ex. sous forme de poudre) sont mis en place, puis durcis. On applique ensuite une autre couche sur cette couche et ainsi de suite jusqu’à ce que la pièce soit terminée. 

Par rapport aux méthodes traditionnelles, la fabrication additive présente l’avantage de ne nécessiter aucun moule ni d’outils supplémentaires. Elle s’avère également rentable pour la production d’un petit nombre de pièces ou la fabrication en série de pièces personnalisées.La fabrication additive offre par ailleurs de nombreux autres avantages : 

Liberté géométrique : elle permet de réaliser facilement des designs complexes, jugés jusque là difficiles ou impossibles à fabriquer (complexity for free).

Optimisation des performances : elle permet des conceptions de masse plus faible et utilisant moins de composants, tout en conservant les propriétés optimales des pièces.

Mise en œuvre rapide : elle permet de créer, de tester et de perfectionner plus rapidement des innovations produits.

Développement de produits moins coûteux : elle met fin à la fabrication chronophage et compliquée de prototypes onéreux.

Fabrication sur mesure : fabrication rapide d’un petit nombre de pièces à des coûts unitaires relativement bas.

Livraison rapide : la fabrication juste-à-temps de pièces par procédé additif permet d’éviter le stockage et l’entreposage. 

Fabrication additive avec du métal

La fabrication additive peut se faire avec des matières plastiques, mais aussi avec du métal. Parmi les différents procédés utilisés, c’est surtout la fusion au laser sur lit de poudre (procédé PBF) qui s’est imposée.

Dans le procédé PBF, un faisceau laser fait fondre couche par couche la poudre à base de métal. Les poudres métalliques utilisées pour cette méthode sont fabriquées à partir de différents matériaux et peuvent être choisies dans un alliage adapté à la pièce et à l’application. 

Ces avantages ont permis à la fabrication additive de s’établir dans de nombreux secteurs industriels. Elle fait aujourd’hui partie intégrante de la « smart factory » (usine intelligente). Cela s’explique par le fait que la fabrication additive est très facile à délocaliser pour de nombreuses entreprises : les données de production (données CAO 3D) suffisent en effet pour fabriquer les pièces dans les dimensions exactes spécifiées par le client. 

La fabrication additive dans l’industrie des boissons

Dans l’industrie agroalimentaire, les termes « fabrication additive » ou « impression 3D » évoquent en premier lieu des solutions d’impression qui permettent d’extruder différents aliments tels que de la pâte ou du chocolat. Or, les possibilités d’utilisation de la fabrication additive vont bien plus loin dans l’industrie agroalimentaire et, surtout, dans celle des boissons.

Dans cette industrie, ce qui compte c’est la cadence : il n’est pas rare d’avoir des taux de production de 40 000 à 80 000 bouteilles ou canettes par heure. Un arrêt de production ou un délai d’attente pour une pièce de rechange peut vite coûter cher. En cas d’arrêt de production, l’embouteilleur doit souvent se rabattre sur d’autres lignes de remplissage et les adapter d’abord aux conditionnements. Selon le site 3D-Druck.com (principal magazine en ligne indépendant pour la fabrication additive en langue allemande), un arrêt de production d’une heure peut coûter entre 4000 et 30 000 euros, selon la taille et la capacité de la ligne de remplissage complète.

Dans l’industrie des boissons, ce coût peut être évité grâce à la fabrication additive. La commande, l’expédition et l’installation de pièces de rechange classiques prennent souvent beaucoup de temps alors que les pièces fabriquées selon le procédé additif sont imprimées rapidement en cas de besoin et leur conception peut même être optimisée. 

Outre leur disponibilité rapide, les pièces fabriquées en métal de manière additive possèdent encore d’autres avantages par rapport aux pièces moulées, en particulier dans l’industrie des boissons. 

Tout d’abord, des pièces telles que la roue d’une pompe, par exemple, ne doivent pas être de conception massive (contrairement aux pièces moulées). Au contraire : des structures bioniques légères, telles que les structures alvéolaires ou en treillis, se sont avérées particulièrement appropriées. Offrant une grande stabilité, elles sont aussi bien plus légères que les pièces massives, ce qui permet des économies d’énergie au niveau de l’entraînement.

La fabrication additive permet par ailleurs d’utiliser des aciers de duretés plus élevées, ce qui réduit l’usure pendant le fonctionnement.

Enfin, de nombreuses pièces moulées classiques en acier inoxydable présentent des bulles de gaz ou des défauts de cavités (retassures). Ces retassures proviennent de la contraction du volume de matériau causée par le refroidissement et la solidification de la masse fondue. Les pièces moulées présentant ce type de cavité peuvent être défectueuses, voire totalement inutilisables, en cas de forte sollicitation. Dans l’industrie agroalimentaire et des boissons, les retassures sont d’ailleurs considérées comme de potentiels pièges à impuretés qu’il faut éviter à tout prix. Ici, la fabrication additive présente un autre atout majeur : son procédé couche par couche ne produit pas de retassures. La densité de la pièce est comparable au matériau forgé.

En résumé : la fabrication additive permet d’écourter les temps d’arrêt des unités de remplissage de boissons à une durée qui semblait encore inimaginable récemment. 

KSB : votre partenaire compétent pour toutes les questions liées à la fabrication additive.

Voilà déjà de nombreuses années que KSB fournit ses compétences à l’industrie des boissons. Nos pompes pour produits alimentaires et nos robinets performants sont aujourd’hui utilisés dans les domaines les plus divers et garantissent en permanence une qualité optimale et une sécurité absolue des processus.  

Ces qualités s’appliquent également à la fabrication additive : KSB est le premier fabricant au monde à avoir obtenu dès 2019 une certification TÜV pour la fabrication additive de pièces conformément à la directive européenne sur les équipements sous pression. Profitez de notre expertise de longue date dans le domaine de la fabrication additive : sur notre site de Pegnitz, nous vous proposons des prestations de service liées à l’ensemble du processus de fabrication additive d’un seul fournisseur, y compris des essais de matériaux certifiés dans notre laboratoire de matériaux.

Que vous ayez besoin d’un remplacement (rapide) pour des pièces classiques, d’une fabrication sur mesure personnalisée ou d’un composant conçu et développé pour un nouveau procédé : KSB réalise les solutions qu’il vous faut dans le domaine de la fabrication additive ! N’hésitez pas à nous contacter.