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Une entreprise à la pointe de l’impression 3D métal industrielle

Science Technologie

La préfecture de Fukui est surtout connu comme la région d’origine de la délicieuse variété de riz koshihikari. Mais il abrite aussi bien d’autres trésors, à commencer par l’entreprise japonaise qui a porté l’impression 3D métal industrielle au plus haut niveau mondial. Dans l’article qui suit, nous vous proposons de découvrir Matsuura Machinery Corporation et sa dernière création le Lumex Avance-25, une machine qui est en train de révolutionner la production des matrices et des moules.

Des progrès considérables en termes de coûts et de rapidité

En novembre 2002, Matsuura Machinery a mis au point son premier centre d’usinage hybride alliant en un seul équipement frittage laser direct de métaux (DMLS) et fraisage de précision. Cette machine, baptisée Lumex Avance-25, en est aujourd’hui à sa quatrième génération. Elle est capable de produire des pièces en trois dimensions qu’elle construit étage par étage. Le système de frittage laser durcit à chaque fois une fine couche de poudre métallique de 0,05 mm d’épaisseur déposée sur le plateau d’impression, après quoi les dites couches sont usinées par une tête de fraisage ultra rapide qui leur donne la qualité de surface requise. (Pour plus de précisions, voir la vidéo ci-dessous.)

Gotô Motohiro, chef du service de recherche, devant le prototype du Lumex conservé au laboratoire de recherches du Centre de technologie industrielle de la préfecture de Fukui.

La finition des surfaces frittées par fraisage et sans démontage permet de fabriquer des moules d’une précision beaucoup plus grande qu’avec les autres méthodes. L’incorporation de canaux dans la masse frittée, un autre avantage du Lumex, améliore considérablement le processus de refroidissement des résines injectées dans les moules, la qualité des pièces moulées et le rendement de la machine. Les objets ainsi obtenus sont d’une telle solidité qu’on peut les considérer comme des produits finis. Le Lumex Avance-25 est la première machine qui marie la fabrication additive avec l’usinage en un seul équipement.

Les délais de conception et de fabrication qui étaient jusque-là de deux semaines à un mois ont été réduits des deux tiers et les coûts jusqu’à la moitié. Les frais de main d’œuvre devraient eux aussi diminuer de façon conséquente étant donné le degré d’automatisation du Lumex Avance-25. Ce centre d’usinage constitue donc une véritable manne pour les entreprises soucieuses de réduire leurs dépenses.

Imprimante 3D, un mot galvaudé

Quand Matsuura Machinery a mis au point le prototype du Lumex, le terme « imprimante 3D » n’était pas très courant. L’entreprise a donc commencé par donner à son nouveau produit le nom compliqué de « machine hybride de frittage laser direct de métaux ». Au début le Lumex n’a pas eu beaucoup de succès parce que son coût était prohibitif – environ 70 millions de yens (environ 490 000 euros au cours actuel) par machine – et que les techniques de fabrication additive étaient encore mal connues.

Matsuura Katsutoshi, le PDG actuel de Matsuura Machinery Corporation

Mais les choses ont changé aux alentours de 2013, quand les grandes enseignes de produits électroménagers ont mis en vente des imprimantes 3D à usage personnel pour moins de cent mille yens (env. 700 euros) l’unité. Ces petites merveilles qui mettent en forme divers matériaux, entre autres le plastique, donnent à première vue l’impression de créer des objets en trois dimensions à partir du vide. Les médias se sont d’ailleurs empressés de les qualifier de « boîtes magiques ». Et c’est ainsi que le boom des imprimantes 3D a démarré.

Les techniques de l’impression 3D ont fait peu à peu leur chemin si bien qu’à l’heure actuelle, elles sont aussi présentes au niveau de la consommation courante que dans les applications industrielles. Au Japon, elles ont grandement bénéficié du système de subventions instauré par le gouvernement pour encourager les investissements dans les technologies de pointe.

En dépit du succès de l’impression 3D, Matsuura Machinery a longtemps conservé le nom de « machine hybride de frittage laser direct de métaux » pour le Lumex. Ce n’est qu’en 2014 que l’entreprise s’est enfin résignée à l’appeler « imprimante 3D métal hybride ». « Nous avons eu beau insister en répétant que notre produit était une “machine hybride de frittage laser direct de métaux” ou une “machine à fabrication additive”, les gens ont continué à le qualifier d’ imprimante 3D », explique Matsuura Katsutoshi, le PDG de l’entreprise.   

La fin du problème de l’usure mécanique

Les produits proposés par Matsuura Machinery ont évolué tout au long de l’histoire de l’entreprise. Fondée en 1935, elle a commencé par faire des tours et des fraiseuses avant de se lancer dans la fabrication de centres d’usinage, c’est-à-dire de machine-outils à commande numérique, avec changement automatique de fonction. Elle est ensuite passée au stade du Lumex. A l’heure actuelle, les centres d’usinage constituent encore 95 % de son chiffre d’affaires. Mais Matsuura Katsutoshi pense que tout cela va changer grâce au dernier né de l’entreprise. « Depuis quelques temps, nous recevons des demandes de plus en plus nombreuses à propos du Lumex. Le marché semble enfin prêt pour ce nouveau produit. Nous espérons que d’ici 2020, les ventes nous rapporteront quelque trois milliards de yens. »

Mais le Lumex n’est pas né du jour au lendemain. Il est le fruit des efforts de Matsuura Machinery pour optimiser la productivité des centres d’usinage. En cherchant à améliorer la vitesse et la précision de ses machines, l’entreprise s’est trouvée constamment confrontée au problème de l’usure mécanique qui va de pair avec une vitesse élevée et diminue la précision des pièces. Et c’est ainsi qu’elle a envisagé de recourir à un laser ultra rapide pour découper les pièces sans le moindre contact avec le matériau, explique Matsuura Katsutoshi. « Je me demandais depuis longtemps s’il était possible d’utiliser le laser pour le fraisage, afin d’éviter le problème de l’usure mécanique et de la dégradation du métal. » C’est alors que Matsuura Machinery a été contacté par Matsushita Denkô (devenu depuis Panasonic) qui lui a proposé de collaborer pour mettre au point un système de fraisage au laser.

Une collaboration fructueuse

Pour Matsushita Denkô, réduire le délai de mise au point de ses nouveaux produits était une question de vie ou de mort. Le géant de l’électronique japonais travaillait sur les techniques de modélisation à l’aide de lasers depuis le début des années 1990. Il avait réussi, en procédant par tâtonnements, à développer un système permettant d’allier le frittage laser et les finitions dans un seul équipement et avait fabriqué des centres d’usinage à usage interne. Mais les résultats étaient décevants. Matsushita Denkô avait donc décidé de contacter Matsuura Machinery, connaissant les qualités remarquables de ses machines pour avoir eu l’occasion de les utiliser.

Katsuki Kazuo, directeur du Centre de technologie industrielle de la préfecture de Fukui

À peu près au même moment, le Centre de technologie industrielle (ITC) de la préfecture de Fukui a commencé à promouvoir l’emploi de la technique du laser dans l’industrie locale, notamment les textiles, les montures de lunettes et les machines. Le ITC, qui était à la recherche de méthodes de fabrication innovantes, avait décidé de s’engager dans un programme de mobilisation des entreprises régionales soutenu par le ministère de l’Éducation, de la culture, des sports, de la science et de la technologie du Japon (MEXT). Ce programme comprenait la mise au point des premières machines hybrides de frittage laser direct de métaux. En décembre 2000, un projet d’étude a vu le jour, projet qui réunissait trois secteurs, ceux de l’industrie, de l’administration et de l’enseignement supérieur, en l’occurrence, l’Université de Fukui.

Katsuki Kazuo, directeur du Centre de technologie industrielle de la préfecture de Fukui et membre du projet, se souvient très bien de ce qui s’est passé. « Il se trouve que Matsuura Machinery et Matsushita Denkô ont commencé à collaborer au moment précis où la prèfecture de Fukui nous a proposé de développer l’utilisation du laser. Matsuura Masanori, le PDG de l’époque – actuellement président du conseil d’administration –, a été chargé de diriger le projet. Je crois que c’est un processus logique, bien plus que le hasard, qui a voulu que notre groupe travaille sur le développement de l’emploi du laser au moment même où une entreprise de Fukui cherchait de nouveaux débouchés dans l’industrie pour cette technique. »

Panasonic, pionnier de la technologie du laser dans l’électroménager

La première entreprise à utiliser le Lumex a été Panasonic (ex Matsushita Denkô) qui avait participé à sa mise au point. Le grand spécialiste japonais de la production de masse d’appareils électroniques pour la maison a commencé par fabriquer des moules de haute précision et d’une grande solidité. L’opération suivante a consisté à verser du métal ou de la résine en fusion dans les dits moules de façon à obtenir des pièces détachées et des composants.

Mais la réalisation de ce type de moule ou de matrice demande une grande compétence technique. Dans certains cas, elle peut prendre jusqu’à deux mois et coûter des dizaines de millions de yens. Elle relève d’une technologie où les erreurs se payent très cher. Qui plus est, pour chaque nouveau produit, il faut créer des moules dont le coût de fabrication est très élevé.

Panasonic a eu recours au Lumex parce qu’il lui offrait la possibilité d’améliorer sa compétitivité au niveau mondial, en réduisant considérablement les coûts par rapport aux autres méthodes de fabrication. Il a commencé à utiliser ce centre d’usinage révolutionnaire pour faire des prises de courant et des ventilateurs et il envisage de continuer avec d’autres produits, entre autres des sèche-cheveux et des rasoirs.

Le Lumex a l’avantage d’assurer une modélisation de haute qualité et une grande liberté de création. Il permet de réaliser directement non seulement des matrices et des moules mais aussi  des pièces métalliques. Et ses capacités ne se limitent pas à la production de prototypes. Certaines entreprises l’utilisent déjà  pour faire des pièces détachées, entre autres de véhicules automobiles et de smartphones. Le Lumex est également prometteur en termes de fabrication de petits lots de pièces sur mesure. C’est ainsi qu’il a fait son apparition dans le secteur médical où il sert à fabriquer des prothèses osseuses et des implants dentaires. La demande devrait s’étendre à d’autres domaines notamment l’industrie aérospatiale avec la réalisation de pièces pour les avions et les moteurs d’avions ainsi que de composants pour les fusées spatiales.

Le Lumex au service de la médecine. (À gauche) Prothèses osseuses sur mesure en titane. (À droite) Implants dentaires sur mesure en titane. (Avec l’aimable autorisation de Matsuura Machinery Corporation)

Mitsubishi Heavy Industries envisage quant à lui d’utiliser des imprimantes 3D métal pour faire certaines pièces de son nouveau lanceur spatial de satellites, dont la première sortie expérimentale dans l’espace est prévue pour 2020. De leur côté, le géant américain General Electric et d’autres fabricants de moteurs d’avions de premier plan sont sur le point d’utiliser ces machines pour la fabrication de pièces de moteur.

Une expansion au niveau mondial

À l’heure actuelle, les exportations représentent 70 % du chiffre d’affaires de Matsuura Machinery. L’entreprise dispose de points de vente en Allemagne, au Canada, aux États-Unis, en Grande Bretagne et à Taiwan ainsi que de représentants dans 31 autres pays. Le volume de ses ventes est tel qu’elle arrive en 68e position dans le classement mondial des fabricants de machine-outils (d’après un rapport du 10 juillet 2014 de Gardner Business Media).

Mais Matsuura Machinery est loin d’avoir toujours eu une stature mondiale. Avant d’arriver là où elle en est aujourd’hui, elle a eu un parcours pour le moins tortueux. Les années 1970 ont été particulièrement difficiles pour elle, parce qu’il lui a fallu surmonter les retombées de la crise monétaire de 1971 suivie trois ans plus tard par le choc pétrolier de 1974. Et elle a bien failli ne jamais s’en remettre.

Si Matsuura Machinery a réussi à s’en sortir, c’est grâce à la mise au point d’un centre d’usinage vertical – c’est-à-dire avec un axe principal orienté vers le haut. Jusque-là, aucun fabricant au monde n’avait eu l’audace de se lancer dans une pareille aventure. Tous les modèles disponibles sur le marché avaient un axe principal horizontal et leur prix était de 40 à 50 millions de yens, ce qui les mettait hors de portée des PME.

Ôga Norio, alors président de CBS Sony Record (et plus tard de Sony), avait suggéré aux dirigeants de Matsuura Machinery, avec lesquels il entretenait de bonnes relations, de « créer un produit complètement différent, que personne ne savait faire et qui se vendrait bien aux États-Unis ». C’est ainsi qu’est né, en 1974, le premier centre d’usinage vertical du monde dont le prix, de 16 millions de yens, était abordable pour des entreprises de petit et moyen calibre.

La nouvelle machine a eu rapidement droit à une commande de Methods Machine Tools, une société commerciale américaine spécialisée dans les machines-outils. Clement L. McIver, le PDG de l’entreprise, avait remarqué le centre d’usinage vertical de Matsuura Machinery lors d’une exposition de machines-outils organisée à Nagoya et il avait  tout de suite compris son intérêt. Il avait aussitôt passé une commande de dix centres d’usinage et manifesté son intention d’en acheter davantage par la suite. Pour Matsuura Machinery, qui pouvait survivre en vendant cinq machines par mois, c’était une aubaine inespérée. Methods Machine Tools a ensuite signé un contrat prévoyant la livraison de 14 centres d’usinage par an. L’entreprise japonaise venait de faire un grand bond historique en avant.

L’avenir de Matsuura Machinery est lié à celui de son centre d’usinage Lumex. L’entreprise a signé un contrat d’exclusivité avec Mitsubishi Corporation et la commercialisation du centre d’usinage en Amérique du Nord a débuté en janvier 2014. Le premier objectif, c’est de toucher l’industrie des matrices et des moules américaine, une tâche qui a été confiée à MC Machinery Systems (MMS), la filiale américaine de Mitsubishi, qui est bien implantée en Amérique du Nord. Matsuura Machinery a opté pour une collaboration avec MMS parce que la vente du Lumex demande une stratégie et des connaissances différentes des autres machines-outils.

Une concurrence bienvenue

Le siège social et les usines de Matsuura Machinery se trouvent dans la ville de Fukui, non loin de la mer du Japon. C’est là qu’est né en 1914 Matsuura Toshio, fondateur et premier PDG de l’entreprise. En août 1935, il est revenu à Fukui, après avoir effectué un séjour à Tokyo en tant qu’apprenti. Il avait alors tout juste 21 ans. Mais cela ne l’a pas empêché de créer un atelier de sous-traitance de pièces pour tours en mettant à contribution les connaissances qu’il avait acquises dans la capitale japonaise.

« Matsuura Toshio était un artisan doté d’un grand charisme », explique son petit-fils Matsuura Katsutoshi, le PDG actuel de l’entreprise. « Quand il voyait une machine, il savait tout de suite quelles étaient ses capacités et si elle allait se vendre ou pas. Mon père, Matsuura Masanori, qui lui a succédé en tant que PDG, avait lui aussi beaucoup d’intuition et lorsqu’il avait pris une décision, il fonçait. Le fondateur de Matsuura Machinery a créé les bases techniques de notre entreprise et son successeur a parcouru le monde pour vendre nos produits. La tâche qui me revient aujourd’hui, c’est de renforcer et d’agrandir notre société à partir des fondations que mes prédécesseurs ont mises en place. »

Le siège social de Matsuura Machinery Corporation, au milieu des rizières, dans la préfecture de Fukui.

Le Lumex de Matsuura Machinery a déjà un concurrent. L’entreprise Sodick, qui est installée à Yokohama et occupe le 30e rang mondial des fabricants de machines-outils, a en effet commercialisé une imprimante 3D métal en octobre 2014. Matsuura Machinery a souhaité la bienvenue à la nouvelle machine en disant qu’elle contribuerait à la diffusion de la modélisation additive du métal multi-tâche, tout en offrant d’autres options à la clientèle. À l’heure actuelle, Matsuura Machinery ne dispose que d’un seul modèle de Lumex. Pour faire face à la concurrence, l’entreprise a l’intention de développer une gamme complète permettant, entre autres, de réaliser des objets de plus grande taille, les pièces produites par le Lumex ne pouvant actuellement pas dépasser 250 x 250 mm.

Matsuura Machinery est par ailleurs impliqué dans un projet d’envergure nationale qui a débuté avec l’année fiscale 2014 (avril 2014-mars 2015) et dont l’ambition est la mise au point d’une nouvelle génération d’imprimantes 3D industrielles de classe mondiale. Ces machines devront être cinq fois plus précises et dix fois plus rapides que leurs concurrentes américaines et européennes. Si Matsuura Machinery réussit à atteindre ces objectifs, sa notoriété à l’échelle de la planète en sera d’autant plus grande. Matsuura Katsutoshi, son président, avoue qu’il passe près d’un tiers de l’année à voyager à travers le monde pour promouvoir les ventes. Et il risque fort d’avoir à continuer ses pérégrinations pendant encore longtemps.

Informations sur l’entreprise
Nom de la société : Matsuura Machinery Corporation
Siège social : 1-1 Urushihara-cho Fukui 910-8530, Japon
Représentant : Matsuura Katsutoshi, PDG
Domaine d’activités : Fabrication et vente de centres d’usinage ; fabrication et vente de machines de frittage laser DMLS/direct de métaux ; vente de systèmes CAO/FAO
Capitalisation : 90 millions de yens
Effectifs : 292 employés

Site Internet [EN] : http://www.matsuura.co.jp/english/index.html

Le parcours de Matsuura Machinery Corporation

1935 Création de Matsuura Kikai Seisakusho, sous-traitant de pièces pour tours
1936 Début de la production de tours
1940 Arrêt de la fabrication de tours en raison de la guerre
1945 Destruction de l’usine de Katsumi lors d’un bombardement aérien. Fermeture de l’usine No 2
1945 Fin de la Seconde Guerre mondiale
1957 Début de la production et de la vente de fraiseuses
1960 L’entreprise, jusque-là familiale, devient une société anonyme.
1961 Début de la production et de la vente de fraiseuses commandées par programme, une première mondiale
1964 Mise au point d’une fraiseuse à commande numérique
1974 Début de la production de centres d’usinage verticaux
1985 Alliance avec l’entreprise américaine National Machinery
1988 Création de Elliott Matsuura Canada Inc. (Canada) et de Beaumont Machine Tools Limited (Grande Bretagne), avec une participation au capital social de 20 %
1991 Création du Matsuura Technical Center Europe, implanté en Grande Bretagne
1993 Le total des ventes des centres d’usinage atteint les 10 000 unités.
1996 Création d’un centre de production et de vente Matsuura Machinery pour toute l’Europe, dans le Leicestershire, en Grande Bretagne
1999 Début de la production et de la vente de centres d’usinage de machines fonctionnant avec un moteur d’entrainement linéaire
2001 Création de Matsuura Europe (MEG), implanté en Allemagne
2002 Mise au point, conjointement avec Matsushita Denkô, d’une machine hybride de frittage laser direct de métaux (DMLS), une première mondiale
2003 Création d’un centre de vente pour l’Amérique du Nord (MMST), implanté dans le Massachusetts, aux États-Unis
2009 Mise au point de Cublex-63, un centre d’usinage hybride à cinq axes
2013 Création de Matsuura Machinery (MMU), implanté dans le Minnesota, aux États-Unis
2014 Participation au projet du ministère de l’Économie, du commerce et de l’industrie du Japon de développement d’une nouvelle génération d’imprimantes industrielles 3D

(D’après un article en japonais du 11 septembre 2014 de Nagasawa Takaaki, Nippon Com. Photo de titre : Urushisaki Yukinori, directeur général du département des techniques de fabrication additive de Matsuura Machinery Corporation)

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