Rheinmetall UK est un entrepreneur principal de défense au Royaume-Uni, fournissant à la British Army des systèmes terrestres, électroniques et d’armement avancés, avec un fort accent sur la capacité souveraine et la fabrication locale. Les programmes clés comprennent le Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), le Challenger 3 Main Battle Tank et le nouveau "UK Gun Hall" pour la fabrication de canons
Dans les précédents programmes de développement de véhicules, les conduits pour des systèmes tels que le Crew Temperature Control System étaient conçus à l’aide de tubes flexibles reliant des boîtiers de jonction fabriqués en tôle. Cette approche a bien fonctionné pendant de nombreuses années et offre une solution simple et abordable pour les conduits de véhicules. Dans les programmes de modernisation de véhicules comme le programme Challenger 3 de Rheinmetall UK, cette approche n’est plus viable en raison des importantes contraintes d’espace et de l’adaptation de l’ architecture du véhicule existante.
Différentes méthodes de production peuvent être utilisées pour des composants de conduits complexes, comme le moulage par injection ou le rotomoulage. Cependant, ces méthodes nécessitent des outillages coûteux et, pour la production en faible volume, ce coût d’outillage est important. De plus, dans les programmes de développement de véhicules, les conduits d’air passent généralement par de nombreuses itérations et nécessitent souvent des modifications tardives, car d’autres sous-systèmes se disputent l’espace disponible. Il existe donc un risque que l’outillage doive être refabriqué et que les pièces produites initialement à temps pour les essais doivent être refaites pour la série de production du véhicule.
Compte tenu de ces contraintes, la fabrication additive offre une solution. Il n’y a aucun coût d’outillage pour les pièces, les conceptions peuvent être modifiées rapidement pour s’adapter aux autres changements du système et la complexité des pièces n’ajoute pas de coût.
SLS et SLA ont tous deux été étudiés en détail pour cette application, la décision de sélectionner FFF reposant sur plusieurs facteurs.
La première considération est la fonctionnalité requise des pièces produites. Dans cette application, il existe des exigences strictes en matière de retardance à la flamme, faible génération de fumée et de faible toxicité. Les températures de fonctionnement supérieures et inférieures ont encore réduit les options de matériaux, laissant des candidats comme PA2241FR (SLS) et ULTEM 9085 (FFF). À ce moment-là, aucun matériau SLA approprié répondant à toutes les exigences n’avait été identifié.
L’état de surface est important, non seulement pour l’esthétique des pièces, mais aussi pour assurer un bon flux d’air dans les conduits. Les pièces SLS et SLA présentent un excellent état de surface directement en sortie de machine. L’état de surface des pièces FFF peut être plus rugueux et nécessiter un post-traitement pour être amélioré. Les conduits doivent bien retenir l’air afin d’éviter toute chute de pression inutile. SLA et SLS produisent des parois de pièces solides, tandis que FFF peut laisser des espaces d’air qui nécessitent une étanchéification ou une peinture pour les atténuer.
De grandes sections de conduits étaient nécessaires, par exemple 400mm+, ce qui signifiait que certaines machines SLA plus abordables n’étaient pas adaptées. Les volumes de fabrication plus importants avec les machines SLS entraînent des coûts significatifs, tandis que des machines FFF à plus grand volume de fabrication sont disponibles à moindre coût.
Pour cette application de production en faible volume , nous avons besoin d’un bon équilibre entre coût et productivité. SLS peut être très productif, mais implique un coût d’investissement élevé pour l’équipement et l’infrastructure. Les machines SLA grand format peuvent également être très productives, produisant rapidement des lots de pièces, mais elles se situent aussi à un niveau de prix élevé. Les machines FFF grand format haute température peuvent être plus abordables que SLS ou SLA, mais n’offrent pas le même niveau de productivité que les deux autres procédés.
Enfin, se pose la question de savoir si nous fabriquons ces pièces en interne ou si nous les confions à un fournisseur pour leur fabrication. Il s’agit d’une autre décision clé qui nécessite de prendre en compte le coût global du programme, la préparation de la chaîne d’approvisionnement, l’agilité de production requise et le contrôle du processus de production.
Pour prendre une décision, nous avons dû évaluer les avantages et les inconvénients de chaque technologie et déterminer si nous l’intégrerions en interne ou si nous la confierions à un fournisseur.
Les avantages de la sous-traitance de la production, tels que l’absence de dépenses d’investissement et l’accès au savoir-faire des fournisseurs, ont été dépassés par le manque de fournisseurs qualifiés disponibles, par exemple disposant de l’accréditation Cyber Essentials +, le niveau inférieur de contrôle de la production, le rythme d’apprentissage plus lent et les itérations plus lentes en raison de l’absence d’accès aux machines.
SLA et SLS exigent tous deux des dépenses d’investissement plus élevées et une intégration plus complexe dans l’atelier de production.
SLS n’a pas pu offrir un choix de matériau adapté répondant à toutes les exigences et inspirant suffisamment confiance pour compenser la plus grande complexité du processus de production.
La chaîne d’approvisionnement britannique pour les pièces SLS en PA2241FR n’était pas compétitive à ce moment-là. Pour une adoption en interne, le procédé était trop coûteux et nous n’aurions pas utilisé la machine à pleine capacité avec ces seules pièces. Si les besoins en volume avaient été beaucoup plus élevés, la production SLS en interne aurait pu être plus compétitive en termes de coûts.
Le coût d’investissement pour FFF était nettement inférieur à celui des autres options, avec une installation beaucoup plus simple dans l’atelier de production, moins de risques de sécurité et des exigences de formation plus faibles à respecter. Rheinmetall UK disposait d’une grande expérience de l’utilisation de FFF pour produire des prototypes comme aide à la conception. Ce savoir-faire signifiait que l’adoption de FFF pour la production de pièces finales présentait également un défi culturel et de formation moindre.
La productivité de FFF correspondait à la capacité de production requise par Rheinmetall UK dans le cadre du programme Challenger 3 et nécessitait un espace minimal dans l’atelier de production.
Les faiblesses de FFF dans cette application peuvent être atténuées de manière économique. En utilisant le tribofinitionnement et la peinture des pièces FFF ULTEM 9085, un produit de bonne qualité peut être fabriqué sans ajouter de coûts d’investissement ni de coût par pièce significatifs.
En considérant l’ensemble de ces compromis, il a été décidé que, pour la production des conduits, Rheinmetall UK devait poursuivre une stratégie de fabrication des pièces en interne en utilisant FFF avec ULTEM 9085 , car cette solution offrait l’option la plus abordable, la plus flexible et à plus faible risque par rapport aux autres solutions étudiées.
Il existe dans le monde entier un bon choix de fabricants proposant des imprimantes FFF haute température capables de produire des pièces en ULTEM 9085. Lors de notre processus de présélection, nous avons examiné les offres de plusieurs fabricants.
Au final, la décision d’acheter un miniFactory Ignite s’est résumée à :
Coût de la machine vs. productivité – La miniFactory Ignite était l’une des machines les moins coûteuses, tout en offrant un grand volume de fabrication et un niveau de productivité compétitif.
Zone de fabrication – pour le prix de la machine, miniFactory offrait un grand volume de fabrication permettant la production par lots. Cela signifie que nous pouvons réduire les coûts de main-d’œuvre liés à la gestion des fabrications et utiliser davantage d’heures sans surveillance pour l’impression en semaine et le week-end.
Sécurité – Les machines miniFactory sont fabriquées en Finlande et ont donc été considérées comme présentant un risque cyber plus faible que certaines machines d’autres fabricants.
Coûts d’exploitation – miniFactory Ignite est un système ouvert, ce qui signifie que Rheinmetall UK pouvait acheter la matière première en grandes quantités directement auprès du fabricant à des prix très compétitifs. Cela a un impact significatif sur le coût par pièce. De plus, le coût de possession était plus faible. Moins de consommables étaient nécessaires, par ex. des plateaux de fabrication réutilisables, des buses longue durée et un package de support abordable. Tous ces éléments contribuent à réduire les coûts de production.
Support au Royaume-Uni – tous les fabricants d’imprimantes ne pouvaient pas proposer une solution de support basée au Royaume-Uni. C’est important, car les temps d’arrêt machine peuvent non seulement affecter la productivité, mais aussi entraîner des retards dans le programme. 3DGBIRE assure le support pour miniFactory au Royaume-Uni et se trouve à seulement quelques heures de route du site Rheinmetall UK à Telford.
L’achat et l’installation de la machine n’étaient que la première étape du développement et de l’optimisation de la capacité de production.
Avec une machine installée dans l’atelier de production, nos concepteurs ont pu comprendre les impacts de leurs décisions de conception et apporter rapidement des modifications afin d’améliorer à la fois la fonctionnalité et la rentabilité. Nous avons également pu optimiser les profils d’impression pour obtenir les meilleurs résultats.
La convention en matière d’optimisation de la fabrication additive consiste généralement à consolider les pièces. Nous avons découvert que, pour cette application, c’était l’inverse. En divisant les pièces et en créant des assemblages, nous avons pu réduire la quantité de matériau de support nécessaire, voire l’éliminer complètement. Cela signifiait que nous pouvions imprimer les pièces plus rapidement, avec moins de matériau et moins d’heures de travail de post-traitement. Cela nous a également permis d’atteindre nos exigences de productivité avec une seule machine, générant des économies significatives.
Nous avons pu optimiser nos agencements de lots et établir l’approche de post-traitement la plus rentable pour l’application donnée.
L’accès aux machines a également rendu beaucoup plus facile l’expérimentation de solutions, par exemple la méthode d’assemblage optimale, les adhésifs compatibles, les approches de numérotation des pièces, les méthodes de finition de surface et les finitions de peinture. Le développement de cette solution sur mesure dans la chaîne d’approvisionnement aurait été long et coûteux.
Suite à l’acquisition de la machine miniFactory Ignite et au travail réalisé pour développer les processus de production, la fabrication additive est désormais la solution de référence pour la fabrication de conduits dans le programme Challenger 3.
L’adoption de la fabrication additive a permis une itération de conception rapide auparavant inimaginable. Nous avons pu démontrer qu’il était possible d’apporter des modifications de conception et de produire une pièce de remplacement en une journée.
Le passage à la fabrication additive a permis de réaliser d’importantes économies globales, mais le plus grand avantage concerne les économies de trésorerie. Grâce à la fabrication à la demande, les coûts liés à l’approvisionnement des pièces et à leur mise en stock ont été réduits. Il n’y a pas de coûts d’outillage ni de risque d’augmentation significative des coûts due aux modifications de conception.
Avec la production à la demande, il n’y a aucun risque que les pièces soient perdues ou endommagées en stock et, si des pièces sont endommagées lors du montage, des remplacements peuvent être fabriqués rapidement.
Le fait d’avoir les machines sur site a considérablement accéléré l’apprentissage. Nos compétences en « Design for Additive Manufacturing » se sont améliorées, permettant d’obtenir des produits de meilleure qualité, une productivité accrue et des coûts réduits.
L’adoption de la fabrication additive a également réduit le risque global du programme, malgré le fait qu’il s’agisse d’un nouveau procédé de fabrication. La capacité à répondre rapidement aux changements minimise le potentiel de retards du programme et de longs cycles d’approvisionnement.
Enfin, l’adoption de la fabrication additive pour les pièces finales a mis davantage l’accent sur l’optimisation de la conception et la rentabilité en fabrication. Le fait que les équipements de fabrication soient accessibles aux concepteurs a beaucoup aidé.
Ce projet a encore accéléré l’adoption de la fabrication additive par Rheinmetall UK pour les pièces finales. Par exemple, depuis l’adoption de miniFactory pour la fabrication de conduits en polymère, l’entreprise a investi dans la technologie Metal Paste Deposition de Rapidia pour produire des composants de véhicules en acier. Il est probable qu’à l’avenir, encore plus de composants deviendront compétitifs en termes de coûts à produire avec la fabrication additive.
Par Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Image d’en-tête : Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Utilisé sous la MOD News Licence.
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