Inventée dans les années 80, l’impression 3d a pris un essor considérable dans le monde depuis quelques années. Cette technologie est régulièrement utilisée dans de nombreux domaines industriels, comme l’aérospatial, l’agroalimentaire ou le secteur médical.
La fabrication additive continue son développement et se présente comme une véritable révolution pour l’industrie dans les prochaines années. Les avantages de cette technologie sont nombreux, avec la possibilité de produire des pièces complexes impossibles à obtenir avec les techniques traditionnelles comme l’enlèvement de matière (usinage), mais elle offre également la possibilité de produire des pièces ultra personnalisées, unitaires ou en très petites séries.
L’impression 3D est généralement utilisée pour la réalisation de prototypes, le prototypage rapide par fabrication additive est aujourd’hui devenu un standard dans l’industrie, mais de plus en plus, cette technologie est également utilisée pour la fabrication de pièces fonctionnelles en petites séries (53 % de l’utilisation en 2018, contre 17% en 2015 selon l’étude de Scupteo).
Selon les dernières études, le marché mondial de l’impression 3D représentait 13,8 Milliards de Dollars en 2019, avec une progression de +21% par rapport à l’année précédente.
30 % de l’usage de l’impression tridimensionnelle concernent les domaines du transport et du médical.
Les secteurs de l’automobile et de l’aéronautique ont été les premiers utilisateurs de l’impression 3D métallique (utilisation de métal en poudre avec les machines de type imprimantes 3d SLM) pour la fabrication de pièces pour des modèles de voitures haut de gamme ou des pièces d’avion complexes, comme les injecteurs de carburant fabriqués par GE Aviation.
Les principaux secteurs d’activités utilisant l’impression 3D :
- Les applications militaires : De plus en plus les armées étudient les avantages de la fabrication additive pour permettre la fabrication de pièces de rechanges rapidement sur les sites d’opération, évitant ainsi les problèmes logistiques lié au transport et au stockage de nombreuses références.
- L’aéronautique : La notion de poids embarqué ayant une importance prépondérante dans la conception des avions, la possibilité de concevoir des pièces légères et résistantes séduit les avionneurs depuis le début de l’évolution de l’impression
- La médecine et la recherche : Création de matériau semblables à de l’os ou des tissus organiques type cellules souches, fabrication de prothèses et d’implants totalement adaptés à la morphologie du patient à moindre coûts, impression de répliques d’organes ou de partie du squelette pour permettre aux chirurgiens de se préparer à une opération, etc. Les applications sont nombreuses et déjà très courantes, notamment auprès des prothésistes dentaires. Des chercheurs Japonais ont développé des pièces biologiques imprimées en 3D à partir de gélatine de poisson implantables chez des patients atteins du cancer.
La crise du Covid nous a également démontré l’intérêt de l’impression 3D avec la fabrication rapide d’éléments de respirateurs, mais également avec les nombreux « makers » qui ont imprimés des visières de protection pour le personnel soignant.
- Architecture et bâtiment : De nombreux bâtiments ou infrastructures ont déjà été construit avec l’impression 3D, 10 villas et un immeuble ont été ainsi construit intégralement en 3D en Chine, le groupe de BTP Bouygues a également construit un premier bâtiment près à Nantes.
- L’alimentation : Les habitudes de consommation évoluent, aujourd’hui avec le partage sur les réseaux sociaux, de nombreux consommateurs aiment partager les photos de leurs expériences culinaires, l’aspect visuel d’un plat n’as jamais été aussi important, l’impression 3D ouvre à ce sujet des perspectives inégalées.
- L’aérospatiale : Si l’impression 3D est déjà largement utilisé dans la conception de matériel pour l’aérospatiale (navettes, satellites, etc.), Les mini-satellites de l’entreprise Américaine Mini-Cubes sont imprimés en 3d sur une machine SLS et composés de fibre de carbone. De nombreuses études sont menée pour étudier la fabrication de pièces de rechanges, mais la NASA, par exemple, étudie également la possibilité de construire des édifices servants de bases sur d’autres planètes (Mars par exemple).
- Il existe naturellement de nombreuse autre application à l’impression 3D, dans les domaines de la musique, de la publicité, du cinéma, l’électroménager, la bijouterie, etc. De grandes enseignes comme les groupe SEB ou Décathlon, utilisent depuis longtemps l’impression 3D dans leurs services R&D pour développer plus rapidement de nouveaux produits et concepts, ce qui leur donne un avantage considérable sur leurs concurrents en termes de rapidité et d’innovations.
La fabrication additive offre donc de nombreux avantages aux industriels :
- Des pièces sur mesures et entièrement personnalisées.
- Un gain de temps dans la fabrication de pièces, notamment de prototypes, à peine le modèle dessiné à l’aide d’un logiciel de modélisation (type Catia ou Solidwork), et la pièce peut être produite. Après impression et test du modèle, si un changement doit s’opérer, il suffit de modifier le fichier 3D sur l’ordinateur et de relancer une impression.
- La qualité des pièces imprimés en 3D : Les imprimantes 3D ont énormément évoluées et permettent d’obtenir des pièces avec des états de surfaces et de finitions de haute qualité, ainsi que l’utilisation de nombreux matériaux, qu’ils soient à base de plastiques, composites, résines ou métaux.
- Des pièces complexes. L’impression 3d permet de fabriquer des pièces totalement optimisées, en ne conservant que l’essentiel de la structure, ce qui permet d’obtenir des pièces ultra résistantes et très légères en même temps, c’est là un des principaux usages en aéronautique.
C’est pour toute ces raisons que de nombreux industriels décident d’investir dans les technologies de fabrication additives. 50 % des industriels utilisant une imprimante 3D pensent augmenter leurs investissements dans cette technologie.
L’évolution des technologies et la forte augmentation des volumes ont également permis aux fabricants de diminuer les coûts de production des imprimantes 3D, rendant ainsi cette technologie de plus en plus abordable, y compris pour les plus petites PME, on peut aujourd’hui trouver des imprimantes 3D professionnelles FDM à moins de 2000 €.
Même si les technologies plus sophistiquées comme la Stéréolithographie (en grandes dimensions) ou le frittage de poudres (plastique ou métal) représentent des investissements importants (parfois plusieurs centaines de milliers d’Euros), les prix ont considérablement diminué ces dernières années.
Pour imprimer en 3d, il est nécessaire de disposer d’un fichier 3D de la pièce à imprimer, généralement en format stl, ces fichier qui représentent les pièces en 3 dimensions peuvent être obtenu à l’aide de nombreux logiciels de modélisations, (Catia, Solidwork, fusion 360, etc.) mais également à l’aide de scanner 3D, objets technologiques qui se démocratisent également de plus en plus et qui permettent de reproduire sur informatique n’ importe quel objet en 3 dimension, et ainsi de les reproduire, telles quels ou avec quelques modifications.
Les obstacles:
Les obstacles au développement de l’usage de l’impression 3D dans l’industrie sont peu nombreux, mais il en existe cependant certains :
- Le temps de fabrication : Principale point faible de l’impression 3D, il faut souvent de nombreuses heures pour imprimer une pièce, la fabrication additive de pièces de grandes dimensions peut même atteindre plusieurs jours. C’est pour cette raison qu’il est difficilement envisageable de produire en grande série avec des imprimantes 3D
- Le personnel qualifié : Ces technologie étant récentes et en développement constant, il est parfois difficile de recruter du personnel qui maîtrise ces techniques, que ce soit la conception en 3D ou l’utilisation et l’entretiens des machines industrielles. Mais de plus en plus de jeunes diplômés disposent de ces compétences, et la plupart des universités et écoles d’enseignement technique sont aujourd’hui équipés d’imprimantes 3D et inclus sont usage dans leur programme.
- Le coût des consommables : Si les matériaux de base, comme le filament PLA ou ABS, restent bon marché, les matériaux plus techniques, comme la résine ou la poudre métallique peuvent représenter un coût important comparé à des plastiques ou métaux en plaques ou barres utilisés en usinage.
Quel est donc l’avenir de l’impression 3D dans l’industrie ?
Déjà très présente dans de nombreux secteurs industriels, la fabrication additive a encore de beaux jours devant elle. Les technologies évoluent sans cesse, créant de nouveaux usages avec l’utilisation de nouvelles matières (alimentaires, matières organiques, etc..).
De plus en plus présente dans le domaine médical avec la fabrication de prothèses, d’implants, et bientôt d’organes, l’impression 3D ne touche plus seulement l’aéronautique ou le transport, mais également la publicité (fabrication d’enseignes ou d’objets publicitaires), l’architecture (maquettes, mais également bâtiments complets), la restauration (imprimantes à chocolat par exemple, comme la wiiboox Sweetin), la reproduction d’ œuvres d’ arts, la fabrication de moules (injection, matériaux composites, etc.) Les possibilités semblent infinies.
De nouvelles possibilités apparaissent avec le développement de la « micro-fabrication », qui consiste à imprimer en 3d des pièces dans des dimensions de l’ordre du micromètre, très utile dans les applications électroniques.
Les tendances à court ou moyen termes semblent indiqué un très net regain d’intérêt pour les imprimantes 3d métal, la grande démocratisation de cette technologie sera probablement liée à l’apparition de nouvelles technologies permettant d’imprimer du métal avec des machines et des consommables plus économiques et une plus grande rapidité, remplaçant petit à petit les techniques de fabrication traditionnelles jusqu’ à devenir un objet courant du quotidien dans la plupart des PME de l’ industrie.