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Les promesses de l’impression 3D

[Article du 08/12/2014]

Depuis 30 ans, l’impression 3D ou fabrication additive consiste à fabriquer des objets en superposant de fines couches de plastique ou de métal. Le procédé séduit tous les secteurs industriels : boite crânienne pour une patiente, maisons, pistolets, pièces d’avion. Initialement appliqué au prototypage, le procédé touche de plus en plus la production, particulièrement de pièces sur mesure à coût raisonnable.

Les promesses de l’impression 3D

Les promesses de l’impression 3D

En début d’année, le cabinet PwC établissait une liste non exhaustive des applications potentielles de l’impression 3D. Tous les secteurs sont touchés. Dans l’automobile et l’industrie manufacturière, on pourrait produire des pièces de rechange et accélérer le cycle de développement. Dans l’aérospatial, créer des pièces à géométrie complexe non réalisables avec les méthodes traditionnelles et des pièces plus légères. Dans la santé, développer des implants ou prothèses orthopédiques sur-mesure.

Inventée dans les années 1980 par des Français (voir encadré), l’impression 3D a fait une entrée en scène fracassante depuis 2009, suscitant de grands espoirs chez les industriels comme chez les particuliers qui ont désormais l’embarras du choix avec des imprimantes en dessous de 500 euros. Pièce maitresse des FabLabs qui se sont multipliés en France, l’imprimante 3D est devenue un outil emblématique pour les bricoleurs et les créateurs de tous poils. Cette visibilité auprès du grand public se renforce au gré des salons (le 3D Printshow a organisé sa 2e édition en octobre dernier) et des Maker Faire dont la première française s’est tenue au Centquatre à Paris en juin. S’y côtoyaient des pasta imprimées en 3D, une prothèse humaine ou des meubles. Cette ébullition rappelle les années 1970 et les clubs informatiques où des enthousiastes fabriquaient leurs propres ordinateurs.

Les enjeux industriels

« Les trois secteurs historiques sont l’aéronautique, le bio-médical et la joaillerie », affirme Alexandre Martel, fondateur du site d’information 3DNatives. « Dans l’aéronautique, tous les grands utilisent l’impression 3D. Vous allez voler dans des avions dont certaines pièces sont fabriquées grâce à cette technologie. Les utilisations les plus impressionnantes sont dans la santé comme le cas de cette femme aux Pays-Bas pour qui on a imprimé une nouvelle boite crânienne. Elle peut de nouveau voir et marcher. » Dans le secteur automobile qui utilise l’impression 3D pour le prototypage plutôt que pour la production, les gains se compte en mois dans le cycle de développement. « La promesse de cette technologie est de produire des pièces personnalisées sans surcoût. L’avantage de l’impression 3D est un prix unitaire faible. L’inconvénient est qu’il n’y a pas d’économie d’échelle. »

Comme le rappelle Alexandre Martel, l’impression 3D recouvre en fait plusieurs technologies : le FDM (fused deposition modeling) breveté à l’origine par l’Américain Stratasys, la stéréolithographie ou plus récemment le frittage de poudre qui ouvre la porte à la fabrication additive à base de métal. « Les brevets sur le frittage de poudre sont en train de tomber dans le domaine public depuis le début de l’année. On commence à voir apparaître des machines en dessous de 5 000 euros au lieu de 100 000 euros. » Sur cette niche prometteuse, l’Américain 3D Systems a racheté l’an dernier l’auvergnat Phenix Systems.

Les acteurs mondiaux

Outre 3D Systems, ARCAM, Stratasys et ExOne sont parmi les 30 principaux acteurs mondiaux regroupés au sein de l’indice boursier Stoxx Global 3D Printing Pure Play. Prenons Stratasys qui cite le cas de son client Worrell, une société de développement de concepts et de produits. Grâce à des moules d'injection imprimés en 3D pour les appareils médicaux, Worrell annonce avoir réduit ses délais de fabrication de 95 % par rapport à l'usinage traditionnel, avec une réduction des coûts de 70 % par rapport aux outils en aluminium traditionnels. Le rêve de tout industriel…

Encadrés

La 3D en chiffres

Dans son rapport 2014 sur la fabrication additive, le cabinet Wolhers évalue que le marché a triplé en trois ans pour atteindre 3,07 milliards de dollars (monde, 2013).

Selon un sondage réalisé en février 2014 par le cabinet PwC auprès de 100 fabricants industriels, les deux tiers utilisent ou sont en cours d’expérimentation de l’impression 3D. Près de 38% l’utilisent pour le prototypage ou pour la fabrication de produits finis.

Selon Gartner, il pourrait se vendre 2,3 millions d'imprimantes 3D (13,4 milliards de dollars) en 2018 sans compter 6,9 milliards de matériaux.

Un rendez-vous européen

Le European 3D Printing Summit : 19-19 février 2015 à Madrid

Les inventeurs de l’impression 3D sont français

Cette technologie qui promet aujourd’hui de révolutionner l’industrie est sortie tout droit de l’imagination d’Alain Le Méhauté en 1983 alors qu’il travaillait au centre de recherche du futur Alcatel à Marcoussis et voulait fabriquer des objets fractals. Avec son collègue Olivier de Witte, ils imaginent de faire croiser deux lasers pour transformer un liquide en solide. C’est l’imprimante 3D. Le concept ne prendra pas son envol. La même année, Chuck Hull invente un procédé de stéréolithographie reconnu par un brevet en 1986. Son objectif est le prototypage. La même année, il fonde 3D Systems, un des plus gros acteurs de secteur.

Légende. La Twizy de Renault, un prototype réalisé par la société Cresilas

La révolution du prototypage rapide depuis 20 ans

Lancée en 1993 pour Philip Hoarau, un ancien employé de 3D Systems qui a installé les toutes premières machines 3D en France, la société Cresilas concentre une poignée d’experts du prototypage rapide au service de l’industrie. L’entreprise réalise des maquettes, des prototypes et des objets de toutes sortes pour l’aéronautique, l’automobile, la bijouterie, la fonderie, l’électroménager ou encore le médical. Arnaud Canadilla, technicien et préparateur de machines, explique son travail. « La principale évolution a été l’apparition de machines grand public quand les brevets ont commencé à tomber dans le domaine public », remarque-t-il. Pour les professionnels, les progrès sont moins spectaculaires, mais bien réels.

Gain de temps et pièces multi-matériaux

« Depuis environ cinq ans, le modelage à jets multiples se développe et permet de mélanger plusieurs matériaux. Les machines deviennent plus performantes grâce à la stéréolithographie. Concrètement les résines sont plus réactives et les lasers sont plus puissants. Depuis trois ou quatre ans, la capacité des machines augmente et on peut créer des pièces plus grosses. Auparavant, on créait la pièce en plusieurs morceaux et on les collait avec un pistolet à UV. Evidemment on gagne du temps. » Le frittage de métal suscite toujours beaucoup d’attente. « Le métal reste difficile à mettre en œuvre car il faut fabriquer le support en même temps que la pièce et l’usiner ensuite. On attend que les machines progressent. » Parmi les autres nouveautés, il cite les machines DLP adaptées aux petites pièces en haute définition. « Notre objectif étant d’être leader, nous devons avoir toutes les nouvelles machines. » La preuve en est son parc de 56 machines, installées sur trois sites en France dont le siège à Marcoussis et représentant les divers procédés connus aujourd’hui. Parmi ses dernières acquisitions, une nouvelle machine de frittage de poudre EOS P396 dernière génération, unique en son genre en France, pour renforcer sa capacité de production dans le secteur aéronautique.

L’explosion des applications

Arnaud Canadilla se réjouit du buzz médiatique autour de l’impression 3D. « De nouvelles idées et de nouvelles applications sont apparues dans tous les domaines, y compris dans l’industrie. Des artistes viennent nous voir depuis longtemps, mais ils sont plus nombreux maintenant. Les PME ont également découvert l’existence de ces procédés que les gros industriels connaissent depuis longtemps. » Comme l’a déclaré Georges Taillandier, président de l’Association française de prototypage rapide (AFPR) à Libération il y a quelque temps, « La nouveauté n’est pas la technologie, mais la multiplication de ses applications grâce au numérique et à Internet. »

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