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Une source potentielle d’économies

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Démocratisation. L’impression 3D d’objets en plastique se démocratise, avec des machines à moins de 1 000 euros. © Denis ALLARD/REA

Avec l’impression 3D d’objets en plastique, résine et métal, la fabrication des pièces de rechange et de prototypes gagnera l’atelier de l’exploitation ou de la Cuma.

Avec une moisson 2016 bien loin des rendements et de la qualité attendus, ainsi que des filières de production animales en crise, la campagne 2016-2017 risque d’être synonyme de serrage de ceinture. Comme toujours, lorsqu’il s’agit de réduire les coûts, les charges de mécanisation vont être pointées du doigt. Cependant, lorsque les systèmes de production ont déjà été optimisés, que tous les chauffeurs ont adopté une conduite économique et que le renouvellement du parc est soigneusement planifié, difficile de trouver d’autres leviers d’économie. Puisqu’il est impossible de rogner sur les factures d’atelier sans conséquence à moyen terme sur le matériel, c’est donc du côté des pièces de rechange qu’il faut chercher, avec une solution qui va se développer dans les années à venir : les produire à la ferme !

Des agriculteurs pionniers aux États-Unis

Cette idée peut paraître farfelue. Pourtant, la technologie offrant cette possibilité existe déjà et elle se démocratise rapidement, c’est l’impression 3D. La technique la plus simple, par dépôt de fil en fusion, reste la plus connue du grand public, avec des machines à moins de 1 000 euros qui réalisent de petits objets en moins d’une heure. Mais entre le Pokémon fabriqué à la maison pour faire plaisir au petit dernier et un disque de distribution pour semoir monograine, il y a une marche à franchir, que certains aux États-Unis ont déjà gravie.

Steve Mast, agriculteur et inventeur de Payson, dans l’Illinois, est devenu un fervent adepte de l’impression 3D. « J’aime créer mes propres machines et adapter les matériels du commerce à mes conditions de sol, mais je ne suis pas doué en soudure et pour les finitions, précise ce farmer de 50 ans. Avec l’impression 3D, mes idées ne sont plus limitées par mon niveau en bricolage. Du moment que je suis capable de réaliser un modèle en CAO (conception assistée par ordinateur), j’obtiens un prototype fonctionnel. Et l’arrivée de l’impression 3D pour les métaux m’offre encore plus de perspectives. »

Outre-Atlantique, les agriculteurs ne sont pas les seuls à créer des pièces avec cette technologie. Tom Shafer de Dragotec, qui produit les becs à maïs Drago, utilise les services de GVL Poly, une entreprise spécialisée dans tous les types d’impression 3D. « L’objectif est d’aller chercher les derniers 2 ou 3 % d’économies possibles dans le domaine très optimisé de la récolte du maïs grain, explique Tom Shafer. Nous adaptons nos becs avec des pointes très personnalisées, qui sont fonction des caractéristiques des cultures de nos clients. Fabriquer un moule pour produire ces pointes, parfois destinées à un seul client, avec une méthode classique n’est pas rentable. L’impression 3D débride la conception sans se préoccuper de la production, et pour un prix très compétitif par rapport au rotomoulage. Von Grotto, fondateur de GVL Poly et agriculteur à mi-temps, précise qu’il faut environ seize heures pour produire une pointe de bec avec une imprimante 3D et huit semaines pour fabriquer le bec entier avec la même technologie.

Clé de voûte : le fichier 3D

L’impression 3D fonctionne selon plusieurs procédés, qui diffèrent en fonction du type d’imprimante utilisé et du matériau concerné. Ils sont classés dans trois grands groupes : le dépôt de matière, la solidification par la lumière et l’agglomération par collage (lire l’encadré page 14). Ces trois procédés fonctionnent selon le même principe de base, c’est-à-dire la superposition de couches de matières selon les coordonnées d’un fichier 3D. La différence se situe sur la manière dont sont déposées et traitées les couches, ainsi que le type de matériau utilisé.

Nul besoin de posséder une imprimante 3D pour réaliser un objet. Il suffit de transmettre un fichier comprenant le dessin technique en 3D au format STL à une entreprise équipée de ces imprimantes pour recevoir l’objet à la ferme. Le délai varie de quelques jours (petite pièce en plastique) à plusieurs semaines (objet en plastique complexe, de grande taille ou en métal). Ceux qui ont suivi une formation sur SolidWorks durant leurs études n’auront aucun mal à produire le fichier 3D. Pour les autres, la première étape consiste à chercher les plans sur les sites de partage des schémas 3D, comme Thingiverse ou 3D Warehouse. Pour le moment, il y a peu de chance d’y trouver le joystick ou le sélecteur de graines de vos rêves. Si vous possédez déjà un exemplaire de la pièce, votre imprimeur 3D vous conseillera un prestataire pour la réalisation du modèle. Il faudra lui fournir des photos de la pièce sous tous les angles, ainsi que les mesures et les envoyer par internet. Vous recevrez le fichier au format STL en quelques jours. Si vous voulez économiser sur cette étape, le logiciel 123D Catch d’Autodesk, disponible gratuitement, réalise le dessin en 3D à partir des photos prises avec votre smartphone.

Enfin, si vous ne possédez pas d’exemplaire de la pièce ou souhaitez créer un prototype, il faudra vous initier au dessin technique en 3D. Plusieurs logiciels gratuits assez simples comme 3D Slash ou Sketch Up sont disponibles sur internet. Leur utilisation nécessite néanmoins quelques notions de géométrie et de mécanique.

Rendez-vous dans cinq ans

Selon Von Grotto, il faudra cinq à dix ans pour qu’un agriculteur fabrique rapidement une pièce pour se dépanner pendant la moisson ou adapter son matériel à ses conditions. Son collègue, Alan Croner, se réjouit aussi de la possibilité offerte par l’impression 3D de remettre certaines machines en fonctionnement. « Dans toutes les fermes, il y a des matériels qui pourraient servir mais qui sont laissés à l’abandon uniquement parce que les pièces de rechange ou d’usure ne sont plus produites, déplore l’agriculteur. Avec l’impression 3D, il sera possible de recréer ces pièces et d’éviter de remplacer un matériel encore en état de travailler. Idéalement, il faudrait remettre la main sur ces plans et les proposer en téléchargement. »

Alan Croner met ici le doigt sur l’un des points qui risquent de créer des conflits entre agriculteurs, constructeurs de matériels et fournisseurs de pièces. Car le marché de la pièce est très lucratif et certains gros « faiseurs » ont un chiffre d’affaires qui dépasse le milliard d’euros par an. Pour les constructeurs, cette activité est indispensable au maintien des petites concessions. On peut donc imaginer qu’ils vont s’adapter à l’essor de l’impression 3D en proposant de télécharger les plans d’origine des pièces, moyennant finance. Pour les éléments métalliques, certains pointent déjà du doigt les incertitudes sur le plan de la résistance des matériaux (RDM) des pièces réalisées en 3D. Les traitements tels que les trempes subies par les pièces en acier ne peuvent pas être reproduits par l’impression 3D. Sur le plan de la rentabilité, plus les pièces seront grandes et moins il sera rentable de les fabriquer soi-même car le coût d’une impression 3D est essentiellement lié à la quantité de matière employée. De même, la réalisation d’une pièce complexe en 3D est plus intéressante que celle d’une pièce simple, comme un disque de déchaumeur, qui est produite en très grande quantité et à faible coût par les spécialistes. Si les perspectives de l’impression 3D à la ferme sont enthousiasmantes, il faudra être prudent et bien choisir les pièces à produire soi-même.

Corinne Le Gall
Des plans de machines gratuits avec l’open source

Utilisée à l’origine par les informaticiens, la pratique de l’open source (code source ouvert), c’est-à-dire la mise à disposition gratuite de logiciels qui peuvent être utilisés tels quels ou modifiés, gagne le machinisme agricole. Le principe est le même que pour les logiciels : mettre des plans de machines à disposition et autoriser la construction et l’utilisation des matériels sans demander de droits. Le précurseur de cette technique est l’association Adabio (Association pour le développement de l’agriculture biologique en Savoie, Haute-Savoie, Isère et dans l’Ain). En plus de ses ateliers d’autoconstruction, l’association propose un ensemble de plans de machines, dont celle en photo ci-dessus. Libre à chacun de la construire et de l’adapter à ses besoins.

D’autres associations et quelques inventeurs militants commencent à proposer des plans en ligne. C’est dans cet esprit « open source » que certains espèrent voir se multiplier les plans 3D des pièces agricoles. Un petit tracteur, le LifeTrac, a fait le buzz sur internet en 2014. Toutefois, la construction d’un tel engin, même en disposant des plans, n’est pas à la portée de tous. En outre, pour toutes ces constructions se pose la question de l’homologation et de la présence des équipements de sécurité, en particulier lorsque des salariés sont amenés à utiliser les matériels. La prudence est donc de mise.

© c.legall
Complexité. L’imprimante 3D est capable de réaliser des pièces en plastique complexes. © Laurent CERINO/REA
Détail. L’impression du métal reproduit tous les détails des pièces. © Albuquerque Journal/ZUMA/REA
Nouveauté. Les imprimantes 3D pour le métal commencent à être produites en grande quantité. © Lydie LECARPENTIER/REA
Des procédés différents selon les matériaux

Pour les plastiques et alumides

Modelage par dépôt de fil en fusion (FDM) : il s’agit du procédé d’impression le plus populaire en raison du grand nombre d’imprimantes de ce type disponibles sur le marché. C’est aussi le plus abordable, avec des prix d’entrée de 9 euros pour des petites pièces. La technique consiste à injecter du matériau fondu et extrudé à travers une buse, afin d’imprimer par coupe transversale un objet en 3D couche par couche. La base s’abaisse à chaque couche et ce processus se répète jusqu’à atteindre l’objet complet. Le procédé permet de fabriquer des pièces solides mais dont la qualité de finition reste approximative.

Le frittage sélectif par laser (SLS) consiste à fabriquer et former un objet grâce à l’ajout de couches successives de poudre fondue. C’est la technique recommandée pour les formes imbriquées complexes. L’objet imprimé dispose d’une bonne résistance thermique et chimique mais la précision de la réalisation est conditionnée par la finesse de la poudre utilisée.

Pour le métal

Le frittage laser de métal (DMLS) agglomère de la poudre métallique grâce à un laser qui dessine l’objet par couches transversales. Cette technologie est équivalente à celle du SLS pour les plastiques. La technique est la seule qui convient aux composants denses. Elle forme des objets à la géométrie complexe. La fabrication est lente et il faut prévoir une étape supplémentaire pour la finition.

La fusion par faisceau d’électrons (EBM) utilise un faisceau d’électrons comme source d’énergie au lieu d’un laser. Ce procédé a la particularité de fondre sous vide la poudre métallique couche par couche. La technologie est rapide et précise mais elle impose l’utilisation de rayons X, avec tous les risques que cela induit.

Pour la résine

La stéréolithographie (SLA) est basée sur l’utilisation d’une cuve de résine photopolymère. La plaque de construction s’abaisse par petites portions et le liquide polymère est alors exposé à la lumière. Le laser UV dessine une coupe transversale couche après couche. La précision est bonne mais une finition s’avère nécessaire.

Le traitement numérique de la lumière (DLP) ressemble à la technique précédente mais le laser UV est remplacé par une ampoule inactinique (rouge). La précision est encore plus importante qu’avec la SLA, avec une épaisseur des objets plus limitée.

D’autres techniques, comme la projection de matériaux, sont en développement mais ces procédés de fabrication très lents s’appliquent mal aux matériels agricoles.

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Cet article est paru dans La France Agricole

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