MADEELI a engagé une réflexion, avec le financement de l’Etat et de la Région et avec le concours d’Aerospace Valley et de l’IRT Saint Exupéry, sur les impacts technologiques et commerciaux de la fabrication additive (FA) sur les filières de sous-traitance industrielle en région Occitanie / Pyrénées-Méditerranée. . Cette étude, confiée à D&Consultants, vise à clarifier et mettre en perspective les conditions de création de valeur de la FA dans les principales filières du territoire en particulier l’aéronautique et le spatial, pour lesquels les conséquences apparaissent les plus proches et les plus fortes.

1. Fabrication Additive : enjeux et impacts en
Occitanie / Pyrénées-Méditerranée
Restitution de l’étude
DominiqueCarlac’h – Présidente
Mathieu Mauny – Directeur général
Céline Seguy - Consultante
11 janvier 2017

2. 2
Près de 80 entretiens approfondis réalisés sur les 3
filières cibles : transports, santé et agro-industries
MESURE DE L’IMPACT SUR LES ENTREPRISES
MANUFACTURIÈRES RÉGIONALES
IDENTIFICATION DES ENJEUX DESTECHNOLOGIES
AM PAR FILIÈRE
PHASE 1 PHASE 2
MESURE DU POTENTIEL RÉGIONAL ET
PRÉCONISATIONS
PHASE 3
Aerosoft
 40 entretiens réalisés auprès de donneurs
d’ordre et d’acteurs clés sur la FA
 6 entretiens réalisés auprès de sous-
traitants conventionnels régionaux
 33 entretiens réalisés auprès de sous-
traitants en FA régionaux

3. 3
1. Contexte et enjeux de la FA
Technologies et usages
Impact de la FA sur la filière de sous-traitance

4. 4
Les opportunités de la FA Les matériaux imprimables
 Une technologie permettant de s’affranchir de la
plupart des contraintes qui s’appliquent aux
procédés conventionnels grâce à ses nombreux
avantages
− Liberté de conception
− Possibilité de condenser des assemblages de
multiples pièces en une seule
− Intégration de fonctions
− Gain de masse par optimisation de la forme
− Possibilité de produire des pièces uniques et
personnalisées
− Raccourcissement des délais de mise sur le marché
− Réduction des coûts de fabrication
− Réduction des stocks
 6 types de matières premières à différents
niveaux de maturité industrielle
La FA : de quoi parle-t-on ?
Une technique offrant de nombreuses opportunités pour la production de pièces
complexes, personnalisées, en petite série et dans de nombreux matériaux
Polymères Marché développé
Métal Déploiement 2018/20
Céramique Déploiement 2018/20
Composite Déploiement 2020/25
Tissus biologiques Déploiement 2020/25
Matières alimentaires Déploiement 2020/25

5. 5
Les technologies FA
Une multitude de technologies développées mais seulement quelques unes
utilisées et/ou prometteuses pour l’industrialisation
Photopolymé-
risation en cuve
Stéréolithographie
(SLA)
Fusion sur lit de poudre
Fusion Sélective par
Laser (LBM)
Fusion par faisceau
d’électrons (EBM)
Frittage sélectif par
laser (SLS)
Extrusion de matière
Dépôt de fil fondu
(FDM)
Dépôt de matière sous
flux d’énergie dirigé
Dépôt de poudres
FAMILLESTHECHNOLOGIES
Polymère
Métal
Faible Moyen Fort
Niveau de diffusion :
Céramique
Composite
MRL - Manufacturing Readiness Level

6. 6
Polymère Métal
 Technologie mature ayant atteint des MRL élevés et déjà
largement démocratisée
 Quelques enjeux demeurant pour un usage industriel
amplifié
 Prix d’une machine : 30 à 40 k€
 Série max : environ 10 000 pièces par an
 Marché français : 220 M€
 Des technologies ayant atteint des MRL relativement
élevés mais avec un faible niveau de diffusion
 Plusieurs limites freinent encore son expansion
 Prix d’une machine : 500 à 1 500 k€
 Séries max. : environ 1 000 pièces par an
 Marché français : 25 M€
Mise en regard des 2 typologies de FA les plus utilisées
Des technologies à différents enjeux et niveaux de maturité
Solution mature avec encore des gisements de création de
valeur à capter (maintenance / réparation et outillage)
Des développements complémentaires nécessaires pour
pouvoir disposer de solutions « Plug & Play »
Gain de productivité de 10 à 100 attendu
Temps de
fabrication
Taille des
pièces
Répétabilité
Qualification
/ Certification
Besoin de formation
des opérateurs
Techniques Régl. Compétences
Taille des
pièces
Répétabilité
Qualité
de
surface
Connaissance
de la
métallurgie
Recyclage des
poudres
Qualification
/ Certification
Techniques Régl.
Coût : CAPEX et OPEX
(poudres / énergie / contrôle)
Temps de
fabrication
Difficulté de
paramétrage
Besoin de formation
des opérateurs
Economiques Compétences

7. 7
Fusion Sélective par Laser (LBM) Fusion par faisceau d’électrons (EBM)
 Production de pièces métalliques à l'aide de lasers de
haute puissance, faisant fusionner progressivement et
localement une poudre métallique dans une
atmosphère contrôlée
 Adaptés pour la fabrication de pièces de petites
dimensions mais nécessitant une grande précision
 3 fabricants leaders : LBM solution, EOS et 3D Systems
Avantages Inconvénients
- Précision
- Qualité de surface des pièces
- Vitesse de production
- Présence de contraintes résiduelles
- Nécessité d’avoir un support plan
Les technologies FA métal
Les 2 technologies maîtresses en FA métal : LBM et EBM
Spatial Lanceur (Ni)
Aéronautique
Santé Prothèses
Injecteurs de carburant, tourbillonneurs
Spatial Satellite (Al)
 Technologie chauffant la poudre de métal à une
température entre 700° et 1000°C, ce qui permet de
produire des parties métalliques très denses et donc de
conserver les caractéristiques du matériau utilisé
 Adaptée pour la fabrication rapide de pièces de petite
dimension ne nécessitant pas une grande précision
 1 fabricant unique : Arcam
Avantages Inconvénients
- Vitesse de fabrication (55 à 80 cm3/h)
- Limitation des déformations
- Réduction du besoin de renforts et de supports
- Précision
- Taille des pièces pouvant être fabriquées
- Maîtrise de la métallurgie
Spatial Lanceur (Ti)
Aéronautique
Santé Implants (Ti)
Pièces cellules en Ti (Falcon 5X)
Spatial Satellite (Ti)
Aéronautique Inconel

8. 8
Les différents usages de la FA dans les entreprises
Des usages fonctions de la typologie de fabrication et de la typologie de pièces
Quatre typologies de fabrication
• Application commerciale la plus
développée
• Coûts de fabrication réduits
• Cycle de production raccourci
• Fabrication d’un outil entre 20%
et 40% plus rapidement
• Usage connaissant la plus forte
croissance
• Production de pièces finies et
fonctionnelles uniques, de
petites ou de moyennes séries
Prototypage rapide Outillage rapide Fabrication directe Réparation
• Techniques de «rechargement»
par projection de poudre (DED)
Trois typologies de pièces
Iso-design Intégration de fonctions Optimisation topologique
• Généralement pas économiquement
avantageuses
• Sauf exceptions : petites séries ou si procédés
conventionnels coûteux en outillage
• Petites modifications de conception sur pièces
existantes afin d’intégrer des fonctions
supplémentaires
• Permet de s’affranchir de l’assemblage de
plusieurs sous-ensembles
• Génération de géométries complexes
• Possibilité d’atteindre un gain de masse
important tout en conservant une résistance
mécanique

9. 9
La chaine de valeur de la FA
Un marché très fragmenté avec une tendance à l’intégration verticale le long de
la chaine de valeur
• Maillon constitué
de grandes
entreprises du
secteur de la
chimie et de la
métallurgie (peu
d’acteurs en
France)
• Enjeux sur la
diminution des
prix des matériaux,
le recyclage des
poudres et leur
certification
• Marché mondial dominé
par 2 grandes
entreprises étrangères :
Stratasys et 3D Systems
• Un maillon en pleine
restructuration vers une
concentration des
acteurs : de nombreux
rachats pour proposer
une offre multi-
technologies/matériaux
et couvrir l’ensemble
des services de la FA
(fourniture de matériaux,
développement de
logiciels, fabrication à
façon, etc.)
• 3 niveaux de logiciels
- Conception appliquée
à la FA
- Simulation du proces-
sus de fabrication
- Pilotage des machines
• Marché mondial
dominé par 2 acteurs
leaders du
prototypage virtuel :
Dassault Systèmes et
Altair
• Maillon éclaté entre
de nombreux acteurs
de 3 typologies
- Grandes sociétés
d’ingénierie
(Assystem)
- Acteurs spécialisés
dans un secteur
d’activité (Sogeclair
Aerospace)
- Entreprises
spécialisées en FA
(Fusia, Prismadd)
• Tendance à
l’internalisation de
cette compétence
chez les grands DO
• Maillon atomisé en de
nombreux acteurs de
petite taille et de 2 types
- «Traditionnels» ayant
diversifié leur offre en FA
(Farella, Estève)
- «Nouveaux entrants»
uniquement positionnés
sur la FA (Poly-shape)
• Une tendance à
l’intégration verticale
de la chaîne de valeur
- JV Poly-Shape/LISI
- Prismadd a travers ses 3
sociétés (Farella,
Rhonatec et Creatix3D)
• Un maillon
globalement mal
organisé avec des
sous-traitants
encore insuffisants
(ex.: Bodycote en
situation de
monopole en France
sur le HIP)
• Un maillon constitué
d’acteurs positionnés
sur le contrôle non
destructif des pièces
par tomographie à
rayons X et ayant
adapté leur offre à la
FA
*
* Acteurs les plus cités lors des entretiens
Matériaux Machines Logiciels Conception Production FA
Post-
traitement
Contrôle

10. 10
Economiques Techniques
 L’intégration de la FA au sein des entreprises nécessite
des ressources financières importantes
− CAPEX : achat des machines et mise en place d’un
environnement sécurisé
 1 million d’euros (+/- 500 000€) en moyenne pour les
machines métalliques
 40 000 € pour les machines plastiques
− OPEX : matières premières, consommables nécessaires pour
faire fonctionner les machines, contrôle qualité, post-
traitement et main d’œuvre devant être qualifiée
 Des machines encore peu matures pour une utilisation
en milieu industriel avec de nombreux obstacles
− Mauvais état de surface des pièces
− Lenteur des vitesses d’impression
− Capabilité non maîtrisée
 Une explosion du nombre de modèles sur le marché
entraînant des conséquences d’obsolescence accélérée
− Des fabricants cherchant à continuellement améliorer leurs
offres
− De nombreux brevets tombant dans le domaine public,
entraînant une prolifération rapide des machines et impactant
directement leur coût
Les enjeux de la FA pour la filière de sous-traitance
Des enjeux principalement économiques et techniques dont les entreprises
souhaitant intégrer la FA doivent avoir conscience
− Taille des pièces limitée
− Contrôle qualité non
intégré
Risque d’investir dans des technologies qui demandent des ressources financières importantes mais qui
deviennent obsolètes en quelques années, ne laissant pas le temps aux entreprises de les amortir

11. 11
Stratégies de sous-traitance des donneurs d’ordres
Une stratégie décomposée en 3 étapes
• Sélection des sous-traitants selon plusieurs critères
− Niveau d’expérience dans le secteur industriel
− Capacité à être force de proposition (cotraitance)
− Capacités d’investissement suffisantes
− Intégration verticale sur la chaîne de valeur
− Diversité de l’offre (technologies, matériaux, tailles des pièces)
2. Collaboration avec un ou plusieurs sous-traitants
3. Positionnement « Make or Buy »
1. Définition des spécifications techniques en interne
• Mise au point du cahier des charges technique afin de pouvoir supporter les achats ainsi que le développement de la supply chain
• Partenariats privilégiés avec des sous-traitants que les DO vont accompagner dans ce
développement technologique
Donneurs d’ordres Sous-traitants
« Make » « Make & Buy » « Buy »
Avionneurs / Constructeurs
Equipementiers de rang 1
Quelques exceptions
Motoristes
Faible Moyen Fort
Niveau d’adoption − Internalisation de la fabrication des pièces confidentielles et des pièces critiques
− Externalisation de la production des pièces d’une haute complexité, en petites séries
ou composées d’un matériau n’étant pas le cœur de métier du donneur d’ordres

12. 12
Roadmap prévisionnelle des pièces produites en FA
 La grande majorité des pièces remplacées
seront des pièces de structure selon
− Le niveau de criticité
− La taille
Remplacement progressif de certaines typologies de pièces en fonction de leur
niveau de criticité et de leur procédé actuel de fabrication en aérospatial
Polymère : Remplacement des pièces complexes déjà amorcé
Constructeurs Motoristes
2016 2017 2018 2019 2020
Métal : Remplacement de certaines typologies de pièces uniquement
2018
Classe 3
Classe 2
2019
Classe 1
2017
 Seules les pièces aujourd’hui réalisées en
fonderie seront transposées en FA dès 2017
 Selon certains DO, 20% des pièces des
moteurs seront réalisées en FA d’ici 2025
Spatial
20192017
Pièces de petite taille
Pièces de grandes dimensions
20222017
Pièces statiques
Pièces tournantes
 Remplacement progressif en fonction de
− La taille
− Le type de pièces
20192017
Pièces de petite taille
Pièces de grandes dimensions
2020
Pièces de structures
Pièces de propulseurs
2022
Pièces du moteur
complet du lanceur
2016

13. 13
Roadmap prévisionnelle du marché de la FA
Le marché de la FA drivé par le secteur aéronautique au regard du volume de la taille des séries
− Le spatial représente un volume de pièces pouvant être réalisées en FA négligeable par rapport à l’aéronautique
Nécessité d’attendre l’arrivée des nouveaux programmes aéronautiques pour voir l’arrivée
massive de pièces intégrant des fonctions et optimisées topologiquement
− En dehors de démarches d’amélioration continue des programmes actuels
− L’utilisation de pièces redesignées sur les programmes actuels représentant une contrainte pour les constructeurs
au regard des longs procédés de certification nécessaires
La rampe de lancement de la FA en région Occitanie / Pyrénées-Méditerranées se fera en 2 temps
3 périodes clés pour la sous-traitance en FA
2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029
Volumedu
marché
2015-2018
marché en phase de maturation
des technologies
2018-2025
1er infléchissement correspondant à
l’arrivée à maturité des technologies FA
> 2025
2ème infléchissement correspondant
au lancement des nouveaux
programmes aéronautiques
11 2

14.  Des procédés menacés par la FA …
 … mais non voués à disparaître car restant compétitifs
dans de nombreuses applications
− Fabrication de pièces en matériaux non imprimables en FA
− Fabrication de pièces nécessitant une très bonne qualité de
surface
− Pour les séries de taille importante : plus de 1 000 pièces
pour le métal et 10 000 pièces pour le plastique
14
Menaces Opportunités
− Injection
− Usinage
− Formage
− Assemblage
 Un complément de revenu pour plusieurs métiers
conventionnels, la FA faisant appel à certaines de leurs
compétences
− Usineurs pour la finition des pièces afin d’obtenir un bon
état de surface
− Entreprises spécialisées sur les techniques de traitement de
surface, de traitement thermique et de contrôle
 Un outil de gain en productivité pour les moulistes
− Fabrication de maîtres modèles pour les métiers de la
plasturgie et de la fonderie
− Levée d’un certain nombre de freins liés aux délais et aux
coûts de fabrication
Impacts sur la filière de sous-traitance conventionnelle
Bien que la FA puisse présenter une menace pour certains métiers de la sous-
traitance conventionnelle, elle constitue une réelle opportunité
Plastique Métal
− Usinage
− Moulage par sable
− Moulage par céramique
− Moulage brûlé pendant la
coulée

15. 15
Evolution prévisionnelle des besoins en compétences
Une filière de sous-traitance devant se structurer pour être en capacité de
répondre aux futurs besoins des DO en FA
• Besoin de
développement de
techniques moins
coûteuses et
chronophages (ex.
contrôle in-situ)
pour accélérer la
certification des
pièces
• Compétence
internalisée chez
les grands
donneurs
d’ordres,
notamment dans
les secteurs
aéronautique et
spatial
• Mais qui restera
externalisée chez
les donneurs
d’ordres de tailles
plus réduites
• Les sous-traitants
conventionnels
voient leur activité
faiblement
menacée à horizon
5/10 ans
 Compétences en
métallurgie
restent d’un fort
intérêt
 Possibilité de
produire des
moules en FA
• Besoin d’acteurs
intégrés et multi-
technologies ayant
attient une taille
critique suffisante
Matériaux Machines Logiciels Conception
Production
FA
Post-
traitement
Contrôle
• Mise sur le marché
de matériaux dans
de plus forts
volumes
• Diversification des
matériaux (alliages
/ polymères /
résines /
céramiques)
• Besoin de
machines plus
performantes
• Diminution des
coûts de revient
• Simplification
d’utilisation pour
une prise en main
par des opérateurs
de production
• Besoin d’une
meilleure
interopérabilité
entre les logiciels
de conception,
pilotage, simulation
• Développement
des compétences
et multiplication
des acteurs en :
 Traitements
thermiques
 Amélioration
des états de
surface
• Besoin de fédérer
/ regrouper /
mailler production
et parachèvement
Métiers menacés Métiers qui devront être développésEn sous-traitance :

16. 16
2. Dynamique de la FA en Région Occitanie /
Pyrénées-Méditerranée
Cartographie des acteurs positionnés sur la FA

17. 17
Les donneur d’ordres
Une grande majorité des donneurs d’ordres appartenant au secteur aérospatial
Toulouse
Figeac
Castres
Tarbes

18. 18
Le tissu académique
Des organismes de recherche reconnus et des plateformes dotées de moyens
technologiques avancés
Gramat
Toulous
e
Tarbes
Decazeville
Albi
Tutelles de l’InstitutClémentAder
Alès
Typologies de structures : Organismes de recherche
Plateformes
Nîmes
Plateforme Mimausa
Carmaux

19. 19
Les acteurs positionnés sur la chaîne de valeur de la FA
 21 de ces sous-traitants ayant leur siège social localisé en région Occitanie / Pyrénées-Méditerranée
 Une grande majorité d’entreprises de petite taille
− 36% sont desTPE et 40% des PME
 27 de ces sous-traitants adressent le secteur des transports, dont 96% l’aéronautique
29 entreprises recensées ayant une activité lancée et/ou pré-commerciale
2 2 1 412 26
Matériaux Machines Logiciels Conception
Production
FA
Post-
traitement
Contrôle
26
19
12
10 10
0
0
5
10
15
20
25
30
Aéronautique Spatial Automobile Ferroviaire Médical Agro-industrie
Répartition des sous-traitants régionaux en FA par secteur d’application

20. 20
Les acteurs positionnés sur la chaîne de valeur de la FA
Des entreprises couvrant l’ensemble de la chaîne de valeur ainsi que l’ensemble
des matériaux
Matériaux Machines Logiciels Conception Production FA
Post-
traitement
Contrôle
PlastiqueMétalCéramique
POLYFOR
M
Le traitement de surface et le traitement thermique : les seules compétences manquantes en région et dont le
besoin est remonté de la part des donneurs d’ordres interrogés

21. 21
3. Préconisations pour les entreprises du
territoire

22. 22
Préconisations pour les entreprises du territoire
 Un investissement massif dans la FA serait risqué pour 3 principales raisons
1. L’immaturité technologique des machines
2. La nécessité de présenter en amont aux DO une feuille de route claire et convaincante
3. Les besoins du marché en FA encore relativement restreints pour justifier l’arrivée de nombreux acteurs
 Les besoins du marché en FA devraient augmenter fortement d’ici 10 ans
− D’ici 2020, l’arrivée à maturité des technologies, notamment métal, devrait permettre de déclencher une première phase de
montée en puissance
 Nécessité d’engager des actions à court terme permettant de définir une stratégie technologique et
industrielle afin d’accompagner la seconde phase de montée en puissance attendue pour 2025
− Veille technologique
− Participations aux journées techniques et/ou tables rondes organisées sur la thématique
− Formation du personnel
− Montages de projets R&D
− Investissements limités dans des machines dédiées au prototypage et à l’outillage rapides
− Etc.
Nécessité d’engager des actions afin d’anticiper la montée en puissance de la FA
sans pour autant investir massivement dès maintenant dans la FA

23. 23
Préconisations pour les entreprises du territoire
•Validation des atouts de la
FA vis-à-vis des activités des
clients
1. Etude
d’opportunité
•Etablissement d’une
roadmap technologique
présentée aux clients
2. Démarche
client
•Réalisation d’essais avec
une structure équipée
ou
•Sélection de la technologie
pour des essais en interne
3. Sélection de la
technologie
•Montée en compétence
pour l’internationalisation
de la technologie
ou
•Intégration d’un fabricant
de machine dans le projet
4. Montée en
compétence
•Financiers : achat
d’équipements
•En temps et humains :
réalisation d’essais
5.
Investissements
•Intégration de la FA en
interne pour de l’outillage et
du prototypage rapide ou en
tant qu’offre de service
complémentaire
6. Déploiement
Une stratégie de développement en 6 étapes

24. MERCI