Impression 3D : une évolution sans limites ?

Tribune : L’impression 3D fait beaucoup parler d’elle depuis 2010. À cette époque, elle apparaît comme une technologie nouvelle. Pourtant, elle existe depuis les années 1970 ! Maud Jolibois, de Formlabs, retrace son histoire pour mieux comprendre pourquoi elle a mis si longtemps à se dévoiler.

Petit rappel sur ce qu’est l’impression 3D, aussi appelée fabrication additive : ce procédé consiste à fabriquer des objets en superposant des couches de matière jusqu’à former une structure solide finie. C’est l’inverse de l’extrusion. On compte aujourd’hui trois technologies principales de fabrication additive : le FDM, le SLA et le SLS.

Impression 3D : une évolution sans limites ? - 2017 - 2018 

  • Le FDM (Fused Deposition Modeling ou “dépôt de filament fondu”) déroule d’une bobine un filament de plastique ou de métal fondu et dépose le matériau couche par couche pour former un objet.
  • Le SLA (Stereolithography Apparatus ou “stéréolithographie”) solidifie couche par couche un matériau liquide grâce à une source lumineuse. Cela repose sur la polymérisation d’un mélange de monomères.
  • Le SLS (Selective Laser Sintering ou “frittage laser sélectif”) utilise un laser pour faire fusionner des grains de poudre, couche par couche.

Voyons maintenant comment tout cela a commencé…

Années 1970-1980 : les débuts de la fabrication additive

En 1972, dans le dessin animé Tintin et le Lac aux requins, le professeur Tournesol invente une photocopieuse tridimensionnelle qui semble relever bien plus de la science-fiction que de la réalité. Pourtant, c’est bien à cette même époque que l’impression 3D connaît ses débuts, quand le chercheur japonais Dr. Hideo Kodama invente l’approche moderne de la technologie SLA (stéréolithographie) en utilisant une lumière à rayons UV pour solidifier un mélange liquide de molécules photosensibles.

Le procédé est encore incertain, mais la technique qui donnera naissance à la fabrication additive voit le jour. Plusieurs années sont encore nécessaires pour développer suffisamment la technologie et en faire quelque chose de fiable et exploitable.

Le 16 juillet 1984, le premier brevet sur la fabrication additive est déposé par trois Français pour l’entreprise Cilas Alcatel qui développe des lasers et outils d’optronique. La technique de stéréolithographie est quant à elle brevetée en 1986 par Charles W. Hull, qui compte commercialiser cette technologie. Après plusieurs prototypes mis au banc d’essai dans quelques industries privilégiées (notamment dans les secteurs aéronautique, automobile et militaire), son entreprise lance la toute première imprimante 3D à proprement parler en 1988 : la SLA-2502. Celle-ci s’adresse avant tout aux industriels souhaitant tester leurs conceptions avant de lancer la production des pièces en série.

Parallèlement, Scott et Lisa Crump créent la société Stratasys. Cette dernière met au point une nouvelle technique d’impression 3D, le FDM, qui est brevetée l’année suivante.

Années 1990-2000 : multiplication des technologies

Les techniques de fabrication additive s’améliorent et se multiplient. En 1993, des ingénieurs du MIT mettent au point une nouvelle technique appelée la 3DP. L’imprimante 3D répartit de la poudre de plastique uniformément sur une plateforme, puis vient déposer une sorte de colle de façon localisée pour lier les grains de poudre entre eux et former une structure solide. À l’époque, cette nouvelle technologie est rapide et disponible à un prix hyper-compétitif, mais la qualité d’impression reste à désirer. La même année apparaît également la technologie DMLS (Direct Metal Laser Sintering ou “frittage laser de métal”), pour l’impression 3D de métal. De façon similaire, c’est de la poudre de métal qui est cette fois fusionnée.

En 1996, on commence à voir apparaître les premières machines dont la qualité de fabrication et le rendement justifie l’investissement. Ce dernier restant très lourd, on ne voit apparaître ces premières imprimantes 3D que dans les grosses industries ou les usines qui ont des moyens considérables. L’investissement représentait alors au minimum un demi-million d’euros, et pouvait monter jusqu’à plusieurs millions. À cela s’ajoutait un ou plusieurs techniciens spécialisés et formés à ces machines. Dans l’état des choses, l’extrusion ou la création de moules à la cire perdue demeuraient des procédés bien plus rentables.

Années 2000-2010 : démocratisation de l’impression 3D

Dans les années 2000, les brevets commencent à expirer et de plus en plus d’entreprises s’accaparent les techniques d’impression 3D pour les développer et les perfectionner. Alors que l’impression 3D était jusqu’à présent un ensemble de techniques souvent incertaines, très onéreuses et réservées au prototypage dans quelques industries de pointe, elle s’ouvre peu à peu au reste du monde.

En 2006 naît à l’Université de Bath le projet RepRap (Replication Rapid prototyper ou “concepteur de réplication rapide”), le premier projet open source d’impression 3D. Il consiste à pouvoir construire librement une imprimante 3D FDM soi-même (c’est-à-dire sans brevet et grâce à des plans en libre-accès). En 2008 sort la version bêta de la boutique de plans en ligne Shapeways.com. Designers, architectes et ingénieurs peuvent créer des plans de manière conjointe et faire imprimer des objets complexes à prix abordable.

Par ailleurs, l’apparition des premières imprimantes 3D de bureau, à commencer par le FDM, démocratise considérablement la technologie. Malgré tout, la faible qualité d’impression du FDM freine son usage dans les bureaux, car il est essentiel d’avoir des résultats fiables et précis pour les applications professionnelles.

En 2011, la stéréolithographie s’invite à son tour dans les bureaux quand l’entreprise Formlabs développe la première imprimante 3D SLA de bureau, Form 1. C’est la première fois qu’on atteint une qualité d’impression industrielle, ce que le FDM peinait à faire, pour un prix plusieurs centaines de fois moins élevé que ce que le marché proposait. Les projets open source et la chute des brevets a donné un dynamisme jamais vu au marché. Les coûts ont été drastiquement réduits grâce à des innovations simples et modernes. C’est alors que l’impression 3D a commencé à faire beaucoup parler d’elle.

L’impression 3D haute résolution devient accessible à tous et pallie les manquements du FDM. De plus, la large de gamme de matériaux que propose le SLA ouvre à de nouvelles applications professionnelles en ingénierie, en dentisterie ou même en joaillerie.

Années 2010-2020 : en route vers l’avenir

Les années 2010 marquent une nouvelle ère pour l’impression 3D. On ne se concentre plus tant sur les technologies que sur le développement de nouveaux matériaux. Plastique (ABS), cire, métaux, plâtre, céramique ou encore verre : ces nouveaux matériaux d’impression permettent de multiplier les usages et applications de la fabrication additive. Par ailleurs, les progrès réalisés en matière de précision et de temps permettent la production de pièces en petites et moyennes séries. L’intégration des imprimantes 3D dans les usines marque les débuts de l’industrie 4.0. Ces imprimantes servent à fabriquer des pièces de voitures, d’avions, de bâtiments ou encore de biens de consommation de façon instantanée. Les usines se libèrent alors d’énormes contraintes de temps et de coût. Il est possible de produire ses propres outils sur-le-champ. Le gain de temps offre un avantage compétitif décisif.

Les matériaux techniques offrent désormais la possibilité de créer des pièces calcinables pour les joailliers, des guides chirurgicaux bio-compatibles pour les dentistes ou encore des pièces résistantes à la chaleur pour les industriels. Les imprimantes 3D sont de plus en plus performantes, et certaines proposent des prix défiant toute concurrence ce qui les rend progressivement accessibles aux particuliers, bien que leur utilité semble encore limitée pour un usage domestique.

Si les capacités de l’impression 3D ont certainement été exagérées en 2010, et qu’il était sans doute trop tôt pour faire autant de promesses, il est bien possible qu’aujourd’hui la plupart de ces promesses soient tenues. Mais la mutation ne se fera pas dans les ménages, du moins pas dans les prochaines années. Elle se cantonne pour l’instant à l’industrie et la recherche.

Aujourd’hui, il est de plus en plus dur de définir les limites de l’impression 3D. Elle est utilisée dans de nombreux secteurs, et notamment en médecine où le champ des possibles s’étend à l’infini. Elle sert à fabriquer des prothèses sur mesure, et des chercheurs sont en train de développer le moyen d’imprimer des tissus biologiques et des organes fonctionnels.

Une imprimante 3D géante a construit une maison en 24 heures. La NASA se penche sur la question de la nourriture imprimée en 3D. Les robots envoyés dans l’espace seront bientôt autosuffisants car ils pourront imprimer en 3D les pièces ayant besoin d’être remplacées. Bref, l’impression 3D n’a pas fini de nous faire rêver et annonce déjà une véritable révolution dans nos modes de production et de consommation.

Impression 3D : une évolution sans limites ?

Source : L’article Impression 3D : une évolution sans limites ? >> est extrait de ZDNet

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Par | 2017-09-18T18:29:21+00:00 juin 13th, 2017|Actualité|0 commentaire

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