JENI n’a rien d’une imprimante 3D classique. La plateforme prend la forme d’une tour éclairée de l’intérieur par une lueur rouge intense, dont les sections modulaires s’empilent dans des baies à la manière d’une infrastructure de serveurs. L’ajout d’un module augmente sa capacité, tandis que la reconfiguration d’un nœud permet d’intégrer un nouveau procédé. Une seule installation peut ainsi produire plusieurs centaines de milliers de pièces par jour et, dans certains cas, dépasser le million.
Photocentric a lancé JENI, une plateforme de production autonome associant impression 3D LCD haute résolution et post-traitement robotisé. Selon l’entreprise britannique, elle peut fabriquer des pièces en plastique avec des volumes de production et des coûts directement compétitifs par rapport à ceux du moulage par injection.
Des entretoises imprimées en 3D par centaines de milliers avec JENI.
La fabrication additive est réputée pour le prototypage ainsi que pour les composants complexes ou sur mesure, mais beaucoup moins pour les pièces ordinaires indispensables au quotidien (clips, bouchons, connecteurs ou passe-câbles) produites par millions. Photocentric estime que cette perception est désormais dépassée. Si la fabrication additive n’est jusqu’à présent pas parvenue à rivaliser avec le moulage par injection pour les grandes séries, la cause ne tiendrait pas à l’impression elle-même, mais à la main-d’œuvre, à la manipulation des pièces, aux variations entre les lots et au coût des matériaux. JENI a donc été conçue pour fonctionner en continu, sans intervention humaine, avec des paramètres de procédé propres à chaque tâche.
Grâce à ce degré élevé d’automatisation, JENI élimine le coût de la main-d’œuvre. Un seul module peut, par exemple, produire 238 000 entretoises par jour, pour un coût inférieur à 0,02 $ l’unité. Le matériau devient dès lors le principal poste de dépense. Les utilisateurs peuvent choisir les résines formulées par Photocentric ou tout autre matériau de leur choix compatible avec une longueur d’onde de 405 nm.
Photocentric présente JENI comme « du moulage par injection sans outillage ». La plateforme automatise la production à l’aide d’imprimantes 3D LCD haute résolution et de nœuds de post-traitement reliés par des systèmes robotisés à grande vitesse. Un client peut commencer par une seule commande robotisée et un module de procédé, puis ajouter d’autres modules à mesure que ses volumes augmentent.
Le fichier numérique envoyé à JENI contient les instructions d’impression ainsi que l’ensemble de la séquence de post-traitement, notamment les durées de lavage et de polymérisation. JENI surveille chaque nœud, attribue la tâche au premier équipement disponible répondant à ses exigences, puis un portique saisit la plateforme d’impression appropriée et la place en position. Chaque tâche étant traitée individuellement, le système peut exécuter simultanément différentes géométries et séquences de post-traitement au sein d’un même lot. Il peut également recourir à l’apprentissage automatique pour optimiser la production en fonction du coût, de la vitesse, de l’empreinte carbone ou de la qualité.
Les clients actuels de Photocentric exploitent déjà des applications bien adaptées à l’impression 3D résine, comme les modèles dentaires, les chaussures, les bijoux et les miniatures. L’apport de JENI tient à sa rentabilité pour ce que ses ingénieurs appellent « les pièces sans intérêt ». Les équipes de Photocentric impriment désormais en interne diverses petites pièces, notamment des boîtiers, fixations, supports, connecteurs, collecteurs, clips, poignées et boutons. Leur fabrication sur site se révèle pratique, économique et rapide. L’entreprise peut notamment produire des passe-câbles courants pour seulement 0,07 $ l’unité, contre un prix d’achat externe de 0,34 $ par pièce.
Photocentric prévoit que les premiers utilisateurs de JENI se recruteront à la fois parmi des innovateurs travaillant au sein de grandes entreprises encore dépendantes du moulage par injection et parmi des acteurs issus de sa clientèle actuelle dans l’impression 3D. JENI étant une plateforme ouverte en matière de matériaux, une même installation peut utiliser une résine différente sur chaque nœud. Un laboratoire dentaire pourrait ainsi produire simultanément des modèles orthodontiques sur six nœuds, des gouttières sur deux autres, puis des couronnes, des bridges et des prothèses dentaires sur les nœuds restants.
JENI trouve son origine dans un épisode précis de la pandémie de Covid-19. Photocentric exploitait alors un parc de 52 imprimantes LC Magna qui, à un moment donné, a produit plus d’un million de visières de protection par mois. Cette expérience a mis en évidence les difficultés opérationnelles qui ont ensuite défini le cahier des charges de JENI.
« Depuis six ans, la mission de Photocentric, et la mienne à titre personnel, consiste à faire de la fabrication numérique de masse une alternative omniprésente au moulage par injection », a déclaré Paul Holt, Managing Director de Photocentric. « Nous avons baptisé ce projet JENI, en référence à la première machine de la première révolution industrielle, la Spinning Jenny. JENI concrétise le principe selon lequel un fichier numérique entre dans le système et une pièce fabriquée numériquement en ressort. Nous en avons désormais démontré le fonctionnement en conditions réelles, en imprimant plusieurs dizaines de millions d’exemplaires de l’une des pièces que le secteur de l’impression 3D aurait été le moins susceptible d’envisager de produire. »
Le pas de pixel de JENI atteint 24,8 µm × 16,8 µm. Selon Photocentric, cette résolution offre un niveau de détail, de lisibilité des textes et d’état de surface que la plupart des solutions de fabrication additive destinées à la production ne peuvent atteindre sans finition secondaire, tout en atteignant un niveau comparable à celui du moulage par injection.
JENI convient à la production en série de pièces telles que les passe-câbles présentés ci-dessus.
L’épaisseur de couche se règle pour chaque tâche, entre les valeurs traditionnelles de 25, 50 ou 100 µm et jusqu’à 250 µm, selon le compromis recherché entre vitesse et qualité. Chaque tâche disposant de ses propres paramètres, deux pièces produites simultanément dans le même système peuvent employer des épaisseurs de couche différentes. Le volume de fabrication est actuellement déterminé par l’écran de 10 pouces de JENI et atteint 224 × 127 × 57 mm. Photocentric a privilégié ce format, car les pièces fabriquées par millions sont généralement de petite taille.
À l’inverse, la complexité des pièces ne connaît pratiquement aucune contrainte. La conception n’a pas à tenir compte des angles de dépouille, des plans de joint ou des marques de broches d’éjection, tandis que les contre-dépouilles et les géométries internes n’entraînent aucun surcoût : à volume égal, une pièce complexe ne coûte pas plus cher à produire qu’une pièce simple. Il en va de même pour la texture de surface. Avec JENI, un grain fin, des motifs ou des finitions décoratives peuvent être intégrés sans frais supplémentaires, alors que le moulage par injection impose de les usiner dans l’outillage à un coût considérable, avant de les figer pour toute la durée de vie de celui-ci.
JENI a été conçue pour fonctionner en autonomie, avec un minimum de supervision au quotidien. La plupart des clients raccordent le système à des GRV (grands récipients pour vrac) contenant 1 tonne de résine, remplacés tous les quelques jours, tandis que les nœuds ne nécessitent qu’une maintenance ponctuelle. La plateforme livre des pièces finies ; la majorité des utilisateurs ajoutent donc une courte étape en aval (tri, emballage ou assemblage complémentaire) au moyen d’équipements d’automatisation standard dimensionnés en fonction de la cadence de JENI. À raison d’une plateforme de pièces achevée toutes les 20 secondes environ, un poste de nuit sans opérateur peut produire de quoi remplir un petit entrepôt si la ligne en aval ne suit pas le rythme.
Les affirmations de Photocentric concernant la durabilité de JENI reposent sur trois facteurs : la composition du matériau, l’efficacité du procédé et le devenir de la pièce en fin de vie.
Photocentric formule ses propres photopolymères. Une part croissante des monomères et oligomères employés peut être synthétisée à partir de biodéchets de faible valeur, de déchets alimentaires et de résidus agricoles, plutôt que de produits pétrochimiques. L’exemple actuellement mis en avant est Durable DL902 Plant-Based, une résine technique comparable à l’ABS et formulée avec 52 % de matières premières biosourcées. Après polymérisation, elle atteint une résistance ultime à la traction de 46 MPa et un allongement à la rupture de 37 %. L’entreprise oppose ces propriétés mécaniques à la fragilité encore couramment associée aux photopolymères issus des premières générations de résines SLA destinées au prototypage.
Pièces fabriquées en DL902.
Le Manufacturing Technology Centre (MTC) britannique a élaboré des modèles d’émissions de carbone et d’énergie grise par pièce comparant le moulage par injection au procédé additif LCD de Photocentric, du berceau à la sortie d’usine. L’étude s’appuie sur une entretoise de circuit imprimé produite en grande série et fournie par Essentra ; elle a été publiée sous la référence Kirkwood et al., « Integrating models for calculating component sustainability metrics ». L’entretoise moulée par injection générait 8,809 gCO₂e par pièce, contre 1,322 gCO₂e avec JENI, soit une réduction de 85 %, principalement due aux déchets de matière provenant de la carotte et des canaux d’alimentation, des rebuts de démarrage et des purges. Photocentric juge ce résultat prudent, puisque ce calcul exclut l’usinage du moule et les pièces produites par anticipation puis mises au rebut. L’entreprise souligne également que ses propres données sont mesurées pour chaque tâche, et non estimées.
Une fois polymérisé, un photopolymère est un matériau thermodurcissable dont la structure chimique est réticulée. Il ne peut donc pas être fondu et remis en forme comme un thermoplastique, et le recyclage mécanique conventionnel ne s’applique pas. Pour traiter cet enjeu, Photocentric travaille sur trois axes : réduire les rebuts à la source en disposant les pièces de manière dense sur les plateformes et en renvoyant la résine non polymérisée dans le bac ; valoriser énergétiquement les pièces, puisque les photopolymères possèdent un pouvoir calorifique élevé et brûlent proprement dans les unités de valorisation énergétique des déchets ; enfin, intégrer la recyclabilité dès la conception, grâce à des formulations comportant des liaisons sécables qui pourraient décomposer un réseau polymérisé en oligomères réutilisables.
Lorsque les clients comparent JENI au coût complet de production (matériaux, main-d’œuvre, énergie, outillage, rebuts, stockage, obsolescence et coût des ruptures de stock), les calculs ont donné à plusieurs reprises l’avantage à l’impression 3D, avec un écart supérieur aux attentes de l’entreprise. Selon Photocentric, la preuve la plus claire réside dans la nature des pièces désormais produites avec JENI : des composants situés au bas de l’échelle de valeur, pour lesquels des fractions de centime suffisent à déterminer la viabilité d’un procédé de fabrication.
Avec plusieurs modules JENI, il devient possible d’imprimer des millions de pièces par jour.
JENI est disponible à la commande dès aujourd’hui. Photocentric annonce un délai de production d’environ trois mois jusqu’au test de réception en usine (Factory Acceptance Test), même si le calendrier global dépend de la rapidité avec laquelle chaque client peut tester ses pièces et arrêter son choix des matériaux. Ce travail de validation intervient avant la commande elle-même. Un test de réception sur site (Site Acceptance Test) est ensuite réalisé dans les locaux du client : le système fonctionne alors avec ses propres pièces, ses équipes sont formées et l’installation passe sous contrat de service continu.
« La prochaine étape consistera à ajouter davantage de nœuds de procédé afin d’élargir le champ d’application à différentes géométries, puis à montrer comment ce produit radicalement différent transforme les décisions de fabrication. Il s’agit de dépasser le schéma conventionnel qui enchaîne prototype puis outillage, pour intégrer la fabrication numérique jusqu’à des volumes de plusieurs centaines de millions de pièces, ou recourir à la réplication rapide », a ajouté Holt.
Depuis trente ans, le secteur répète que la fabrication additive ne produira jamais les pièces qui font réellement fonctionner le monde. Avec JENI, Photocentric parie qu’elles peuvent désormais être fabriquées numériquement, sans outillage, en grande série, à un prix compétitif et avec une empreinte carbone considérablement réduite. Si vous souhaitez en savoir plus sur JENI, rendez-vous sur le site web de Photocentric ICI.
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*Crédits de toutes les photos : Photocentric
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