L'impression 3D
Il sera bientôt plus coûteux de faire expédier des pièces que de les fabriquer sur place. L’impression 3D : quels changements dans notre façon de consommer ? Comment tirer parti des nombreuses opportunités offertes par cette technologie?
L’impression 3D est une technique de fabrication additive, c’est-à-dire que l’on ajoute de la matière, à la différence de l’usinage où l’on en enlève. Il s’agit d’une conception assistée par ordinateur. L’imprimante 3D permet de créer des produits à partir d’un fichier. Celui-ci peut être obtenu de différentes façons : sur des sites internet par simple téléchargement, à partir d’un scanner 3D qui crée automatiquement le fichier en scannant un objet existant ou en le créant sur mesure.
Les différentes techniques d’impression
Il est possible d’imprimer avec des matériaux très divers : différents plastiques, du sable, de l’acier (alumide), des résines, des matériaux imitant le caoutchouc, du bois, du marbre, du béton, de la pierre, des matériaux organiques, des aliments, du graphène… Les imprimantes 3D utilisent différentes techniques pour créer leurs objets, mais toutes les impriment couche par couche :
- Dépôt de filament en fusion (FDM) : Des filaments de matières sont fondus et positionnés à travers des buses, couches par couches pour former des objets en 3D. Il s’agit de la technique la plus répandue chez les particuliers. Vidéo détaillant la technique disponible en cliquant ici.
- Stéréolithographie : Un rayon UV est émis puis reflété dans un miroir sur une cuve de matière liquide. La lumière UV produit un changement d’état de la matière qui se solidifie et forme ainsi l’objet. Vidéo présentant la technique disponible en cliquant ici.
- Impression par transfert d’image : un objet est scanné et découpé en très fines couches dont l’image de chacune est projetée dans du liquide. La lumière projetée produit un changement d’état de la matière et crée couche après couche l’objet. Cela permet une très grande précision.
- Frittage sélectif par laser : Un laser est reflété dans un miroir sur une cuve de poudre qui s’agglomère au contact du rayon et forme ainsi l’objet, toujours couche par couche.
- Impression par liage de poudre : de l’encre et de la colle sont projetées dans un récipient de poudre. Cela permet d’imprimer en plusieurs couleurs. Vidéo de la technique disponible ici.
- Impression par contour crafting : Un robot se déplace et dépose de la matière. Cela offre la possibilité d’imprimer des objets hors cadre, comme des maisons. Vidéo des réalisations possibles en contour crafting, dont la maison construite en 24h disponible ici.
Le marché
Le marché est en forte croissance.
Plusieurs études prévoient que le marché représentera en 2020 entre 20 et 40 milliards de dollars.
L’impression 3D par les particuliers devrait fortement se développer, en particulier la vente de logiciels et de services d’aide à l’impression et d’impression à la demande.
Deux acteurs principaux se partagent le marché aujourd’hui : Stratasys et 3DSystems, tous deux tournés vers le prototypage en industrie.
Des challengers apparaissent et semblent s’intéresser davantage au marché des particuliers, comme HP Inc, Ricoh, Toshiba, Fives-Michelin, Gorgé ou encore XYZPrinting, qui misent sur l’innovation et le développement de matériaux originaux.
Tim Maly, un penseur très impliqué dans le développement des nouvelles technologies estime que bientôt il sera plus coûteux d’expédier des pièces que de les fabriquer sur place.
Les domaines d’application
La santé
L’impression 3D présente un fort potentiel d’applications dans la santé. Elle permet entre autres d’augmenter le confort des patients, en leur proposant des solutions sur mesure, de réduire le coût de fabrication des prothèses ou encore d’aider les médecins à se représenter l’intérieur du corps humain et la disposition des organes avant l’opération.
Voici quelques exemples concrets d’utilisation :
- Fabrication d’exosquelettes sur mesure, de membres bioniques pour les personnes handicapées ou les blessés, impression d’attelles sur mesure pour remplacer les plâtres
- Impression de médicaments, comme la pilule conte l’épilepsie. Le fait d’être imprimée lui permet de se dissoudre plus facilement dans le corps humain, et est plus facile à avaler pour le patient en crise
- Impression de prothèses faciales. Avec les techniques traditionnelles il fallait compter entre 6 à 8 semaines pour les créer, aujourd’hui, grâce à l’impression 3D, seules 72 heures sont nécessaires
- Réparation de la peau brûlée : l’imprimante est capable de recouvrir une brûlure d’une couche de peau saine. Cette technique n’a pour l’instant pas été testée sur des humains
- D’ici 5 à 10 ans, il sera possible d’imprimer un cœur et de l’implanter dans le corps du patient. Il s’agira d’une réelle alternative à la greffe.
- Il est enfin possible d’imprimer rapidement et à faible coût une échographie pour accompagner les personnes malvoyantes dans leur grossesse
L'automobile
On peut citer l’initiative de Renault Trucks qui utilise la fabrication additive pour créer des pièces métalliques pour ses moteurs et qui a réussi à réduire de 25%, soit 120 kilos, le poids d’un moteur 4 cylindres.
L’entreprise Divergent utilise également l’impression 3D pour réduire le poids de ses véhicules, en témoignent l’impression d’une moto avec un châssis 50% plus léger que les traditionnels ou encore l’impression entièrement en 3D d’une supercar. Cette dernière ne pèse que 635 kilos.
L’aérien – l’aérospatial
Dans ces secteurs, l’enjeu principal est de réduire le poids des appareils afin de réaliser des économies financières.
La compagnie Etihad a déjà signé un partenariat avec des entreprises du secteur de l’impression 3D afin d’imprimer les équipements des cabines de ses avions.
Dans le secteur de l’aérospatial, Alain Charmeau, directeur d’ASL (Airbus Safran Launchers) indique « le prochain moteur de fusée sur lequel nous travaillons, le Prometheus, sera presque entièrement fabriqué en impression 3D, et l’objectif est de diviser son prix de fabrication par dix. »
Une imprimante 3D est déjà présente sur la Station Spatiale Internationale afin de faciliter les réparations… ou imprimer des pizzas !
Une réflexion est actuellement en cours sur l’impression 3D d’habitats humains sur la Lune ou sur Mars.
Il est également possible d’imprimer des drones rapidement et à faible coût, comme Thor, proposé par Airbus qui mesure 4 mètres de long pour seulement 25 kilos.
Militaire
Outre l’impression 3D d’objets pour l’entraînement comme des mines anti personnelles, l’armée américaine se penche sur l’impression 3D pour alimenter ses soldats. En effet, l’imprimante pourrait confectionner des repas adaptés au métabolisme et aux besoins de chaque militaire.
Urbanisme
Des structures réalisées à partir d’imprimantes 3D seront de plus en plus visibles dans nos villes. On peut déjà marcher sur un pont en plastique en Espagne, un autre sera imprimé en métal aux Pays Bas. Des magasins éphémères voient le jour comme le Pop Up store Louis Vuitton à Sydney, conçu et construit en 10 jours.
Un complexe hôtelier va être construit en juillet 2017 aux Pays Bas et sera ainsi le premier bâtiment imprimé en Europe. Des bureaux de 250m² ont déjà été construits en imprimante 3D à Dubaï. Imprimés en 17 jours en Chine et assemblés en deux jours sur place. Seules 18 personnes ont été nécessaires à la construction du bâtiment pour un coût total de 140 000 dollars.
Design
Des designers élaborent de nouveaux matériaux, comme Neri Oxman qui souhaite davantage imiter la nature et ses spécificités. Elle prend l’exemple des troncs d’arbre qui sont moins denses au centre qu’à la surface. En imprimant des poutres en béton, il serait possible de reproduire la même architecture et ainsi d’économiser jusqu’à 10% de matière.
L’impression 3D s’immisce également dans les intérieurs avec des lampes design, des objets du quotidien, des pièces d’art.
On note l’apparition d’outils grand public comme le stylo 3D qui retranscrit les dessins dans l’application pour les transformer en fichiers imprimables en 3D, ou encore le stylo 3D qui imprime en direct l’objet sans fichier de base.
Nouveaux services
Pour que l’impression 3D se répande chez les particuliers, de nouveaux services comme MakePrintable font leur apparition pour les aider à concevoir et optimiser leurs fichiers, ou même les conseiller sur les matériaux à utiliser, à quelle température etc.
De même, des plateformes comme Happy 3D révolutionnent le service après vente. Proposé par Boulanger, ce site est une véritable communauté où l’on trouve les fichiers 3D de nombreuses pièces d’usure pour effectuer les réparations soi-même.
Les limites
- Juridiques : La possibilité d’imprimer des objets chez soi pose la question de la propriété intellectuelle et de la reproduction d’œuvres d’art sans licence.
- Fonctionnelles : beaucoup d’imprimantes nécessitent un traitement postérieur des pièces, comme le polissage.
- Santé : certaines imprimantes émettent des particules fines particulièrement nocives pour l’homme.
Pistes de développement
Des chercheurs travaillent à développer l’impression en 4 dimensions, la 4ème dimension étant le temps. Il s’agit donc de créer des objets « à mémoire de forme » dont la structure peut se modifier après l’impression, en fonction de son environnement ou des stimuli reçus. Ils ont pour l’instant réussi à imprimer des fleurs qui une fois plongées dans l’eau se referment et s’ouvrent, ou encore des objets avec des joints pouvant s’étirer ou se plier.
Le véritable intérêt de cette technologie serait de réussir à imprimer des pièces capables de s’auto assembler, ou bien des médicaments qui ne s’activeraient dans le corps humain que sous certaines conditions.
Skylar Tibbits, chercheur au MIT affirme
« Aujourd’hui les industries programment des machines, demain elles programmeront la matière ».
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