Des chercheurs de la Business School de l’Université de Cardiff étudient comment les centres de fabrication d’impression 3D pourraient bientôt remplacer les systèmes de transport à plusieurs échelons que beaucoup d’entre nous connaissent dans le monde.

Un système à plusieurs échelons est un système basé sur la fabrication externalisée et s’appuie fortement sur des couches de fournisseurs répartis sur plusieurs centres de distribution. C’est le type de système sur lequel reposent la plupart des structures de transport dans le monde, et les chercheurs de Cardiff pensent que l’impression 3D pourrait être la technologie idéale pour faire bouger les choses.

Emrah Demir, lecteur en sciences de gestion à la Cardiff Business School, et ses collègues Daniel Eyers, maître de conférences en gestion des systèmes de fabrication, et Yuan Huang, maître de conférences en gestion des opérations, ont présenté un modèle mathématique efficace pour étudier divers scénarios de production d’impression 3D intégrée avec la planification des transports et les avantages potentiels que cela pourrait apporter aux entreprises de livraison qui luttent pour surmonter les difficultés de la logistique urbaine.

« Généralement, les problèmes de production et de transport sont résolus séparément », ont-ils expliqué. « Dans cette recherche, nous avons essayé d’intégrer à la fois des éléments importants de l’exécution des commandes des clients et des livraisons à temps, en examinant le transport et la production sur une base quotidienne et hebdomadaire. Nous avons proposé un algorithme simple mais efficace qui peut résoudre le problème du maintien de taux d’utilisation élevés des machines d’impression 3D et d’utilisations efficaces des camionnettes.

« Ce faisant, nous fournissons un outil basé sur un tableau de bord facilement reconfigurable, adapté aux opérations des PME et capable d’utiliser des moteurs non financiers. »

Camion de livraison UPS. Photo via UPS.

Intégrer l’impression 3D à la logistique de transport

Ces dernières années, l’impression 3D a été de plus en plus intégrée dans les systèmes de transport du monde entier pour aider à simplifier et à améliorer les domaines du secteur des transports, en particulier dans la logistique urbaine. La logistique urbaine fait référence à la distribution de fret urbain et aux stratégies visant à améliorer son efficacité tout en atténuant la congestion et d’autres impacts environnementaux.

Par exemple, la marine américaine a intégré l’impression 3D dans ses opérations, et dans certains cas à bord de ses navires de guerre militaires, pour produire rapidement des pièces de rechange et des prototypes à la demande, démontrant comment une ressource de transport peut également servir de support de fabrication réactif. L’équipementier d’impression 3D à jet de liant ExOne a récemment été chargé de développer une usine d’impression 3D portable pour le département américain de la Défense (DoD), contenant tout ce dont les forces armées peuvent avoir besoin pour la production de pièces de rechange sur le terrain, que ce soit sur terre, dans les airs ou en mer. .

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Ailleurs, le brevet d’Amazon sur les camions équipés d’impression 3D a le potentiel de permettre à l’avenir des centres de fabrication mobiles pour les produits de consommation. Déposé en 2015, le brevet décrit la capacité des fournisseurs de services d’impression 3D à imprimer les commandes des clients sur un camion mobile, et il était prévu à l’époque que l’entreprise visait un modèle commercial beaucoup plus large dans ce domaine.

Pendant ce temps, le fournisseur mondial d’expédition et de logistique UPS a également investi dans l’impression 3D, ayant équipé certains de ses magasins d’imprimantes 3D pour créer un réseau d’impression à la demande pour les fabricants à travers les États-Unis. Apparemment, UPS cherchait à « redéfinir la logistique des pièces de rechange et la logistique contractuelle telles que nous les connaissons », en réduisant considérablement les délais de livraison et les coûts de transport.

D’autres exemples incluent l’essai par une autre entreprise mondiale de logistique DHL de la livraison de colis par hélicoptère utilisant des drones pour fournir des produits médicaux, la coopération de la marque de livraison de colis DPD avec le spécialiste de la robotique Starship pour les livraisons du dernier kilomètre et le modèle d’économie circulaire de Rolls-Royce pour réduire le fardeau de la maintenance de son moteur à réaction. , dans lequel certains composants imprimés en 3D sont déployés, grâce à un programme de service à vie.

Livraison bleue, jaune et blanche d'Amazon effectuée en vol.  Photo via Amazon.
Le service de livraison par drone d’Amazon. Photo via Amazon.

Améliorer la distribution des soins de santé grâce à l’impression 3D et à la logistique urbaine

Au cours de leur étude, Demir, Eyers et Huang ont étudié comment l’intégration des centres de fabrication d’impression 3D à la logistique urbaine pourrait être appliquée à la distribution de produits de santé aux clients situés dans des environnements urbains. En particulier, ils ont appliqué leur modèle mathématique à la distribution des prothèses auditives dans divers scénarios où la production d’impression 3D et la planification des transports étaient combinées.

« Nous savons qu’il existe un réel besoin de prendre en compte l’environnement », ont-ils déclaré. « De nombreuses entreprises de logistique ont déjà commencé à réfléchir à la manière de réagir à cela. Dans notre travail, nous montrons une approche complémentaire possible où la production et la distribution locales de dispositifs médicaux personnalisés urgents peuvent être intégrées. C’est un cas très particulier, mais nous pensons qu’il peut être étendu à d’autres domaines.

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Les chercheurs ont basé leur enquête sur des cas réels au sein de l’industrie médicale et sont arrivés à la conclusion qu’il était « parfaitement raisonnable » d’établir ces types d’installations logistiques d’impression 3D combinées, identifiant de nombreux bureaux commerciaux déjà existants équipés de la compétence technique. avec qui le faire avec succès. La recherche pour cet article a été menée avant la pandémie de Covid-19, et les chercheurs pensent que les blocages et les perturbations de la chaîne d’approvisionnement qui ont suivi dans le monde depuis lors ont encore mis en évidence les avantages potentiels de solutions logistiques plus localisées.

« Il y a beaucoup d’appétit de la part des prestataires de services logistiques pour mettre en œuvre l’impression 3D », ont-ils déclaré. « Et notre travail montre une opportunité commerciale évidente. Il y a des difficultés techniques à surmonter pour certaines applications, mais nous prévoyons que les premiers utilisateurs utiliseront notre proposition à l’avenir.

En examinant à la fois le transport et la production d’aides auditives imprimées en 3D sur une base quotidienne et hebdomadaire, les chercheurs ont développé un nouveau modèle d’optimisation mathématique qui visait à améliorer l’exécution des commandes des clients tout en garantissant des livraisons à temps. L’algorithme a généré une solution qui maintiendrait simultanément des taux d’utilisation élevés des imprimantes 3D et des utilisations efficaces des camionnettes. Grâce à cela, ils ont ensuite conçu un outil basé sur un tableau de bord adapté aux petites et moyennes entreprises pour optimiser leurs propres processus de production-livraison, qui peuvent être facilement reconfigurés en fonction du scénario de production.

« Ce qu’il faut, cependant, c’est mettre l’accent sur la mise en place d’installations de fabrication et sur le rapprochement des personnes et des technologies », ont poursuivi les chercheurs. « C’est un véritable défi et c’est quelque chose qui est souvent négligé lorsqu’on pense à l’impression 3D. Il est important de se rappeler que c’est plus que de la technologie. Dans ce cas, nous regardons à la fois les technologies de fabrication et le transport en proposant une aide à la décision analytique.

Un camion FedEx Custom Critical, pour une livraison à la demande le jour même.  Photo via FedEx
Un camion FedEx Custom Critical, pour une livraison à la demande le jour même. Photo via FedEx

Potentiel futur du rôle de l’impression 3D dans la logistique

Alors que Demir et ses collègues se sont concentrés sur l’optimisation des processus de production et de livraison des aides auditives imprimées en 3D dans cette étude, ils pensent que le potentiel d’intégration des centres de fabrication d’impression 3D avec la logistique urbaine pourrait être observé dans de nombreux autres secteurs basés sur la livraison, tels que le commerce de détail. livraisons à domicile en magasins et supermarchés.

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« Nous savons déjà que les supermarchés utilisent des algorithmes de planification pour décider comment livrer les marchandises aux magasins ou aux domiciles », ont-ils ajouté. « Cela leur donnerait une belle opportunité d’étendre leur présence sur d’autres marchés. Nous nous sommes concentrés sur le transport desservant uniquement les installations médicales, mais il est tout à fait convaincant qu’il puisse être associé à d’autres détaillants pour partager la capacité de transport. C’est excellent pour l’efficacité et a potentiellement de bons avantages environnementaux.

« Il existe de nombreuses opportunités pour les fabricants d’étendre leurs offres ou de s’engager auprès des clients via la logistique urbaine. »

De plus amples détails sur l’étude peuvent être trouvés dans l’article intitulé « Concurrencer le dernier kilomètre : l’impression 3D stratégique dans un contexte de logistique urbaine », publié dans la revue Computers & Operations Research. L’étude est co-écrite par E. Demir, D. Eyers et Y. Huang.

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Spectacle d’images en vedettes Camion de livraison UPS. Photo via UPS.