L’impression 3D : une technologie de rupture

échangeur de chaleur imprimé en cuivre

Pièce illustrant les possibilités offertes par l’impression 3D en termes  de complexité de forme et de précision : un échangeur de chaleur imprimé en cuivre pur sur une machine industrielle du fabricant allemand EOS (crédits photo : EOS)

Considérée comme le symbole d’une nouvelle ère industrielle, l’impression 3D se présente comme une option de plus en plus crédible face aux techniques de fabrication traditionnelles. Egalement connu sous le nom de fabrication additive, terme employé par les professionnels du secteur, ce procédé fut un temps réservé aux industriels sous la forme de grosses machines pour faire du prototypage rapide, ne cesse de se démocratiser et d’étendre son champ d’applications.

Au regard des nombreuses interrogations que suscite cette technologie chez le grand public et les professionnels sur ses capacités et l’influence qu’elle pourrait avoir sur notre quotidien, nous allons tenter de clarifier ce sujet encore flou pour le plus grand nombre.

Une fabrication par superposition de couches

Illustration du fonctionnement par superposition de couches de l'impression 3D. Ici un système exploitant un procédé par extrusion pour imprimer un béton coloré formulé par SIka

Illustration du fonctionnement propre à l’impression 3D qu’est la superposition de couches. Ici un système exploitant un procédé par extrusion qui imprime un béton coloré formulé par Sika (crédits photo : Sika)

L’impression 3D est une technologie dont le principe de fonctionnement détonne tant il diffère de nos méthodes de fabrication traditionnelles formatives et soustractives. A la fois simple et novateur, celui-ci consiste à superposer des couches de matières selon les coordonnées transmises par un fichier 3D. Ce fichier qui correspond au modèle numérique de l’objet, est conçu à partir d’un logiciel CAO, d’un scanner 3D ou récupéré sur des plateformes spécialisées.

Le fonctionnement d’une imprimante 3D est finalement assez proche d’une imprimante classique à papier. Si la machine est également dotée de buses, la différence se situe notamment au niveau du consommable. Ici pas de cartouches d’encre mais des matériaux sous la forme de filaments plastiques (ABS, PLA…), de résines ou encore de poudres métalliques superposés et agglomérés selon différents procédés. Une méthode avec laquelle il est possible de matérialiser presque n’importe quelle idée en s’affranchissant de nombreuses contraintes techniques. De la prothèse de membre à la construction de maisons, le champ d’application est extrêmement large…

Vers une 4ème révolution industrielle ?

opérateur travallant sur une machine de fabrication additive métallique

Si l’impression tridimensionnelle suscite autant d’intérêt et d’émulation, c’est pour sa capacité à changer radicalement notre manière de produire. Breveté pour la première fois dans les années 80, ce procédé à même de bouleverser notre industrie à l’instar du fordisme ou du taylorisme, a acquis ses lettres de noblesse avec le prototypage rapide.

Première version d’un produit, le prototype permet de tester et de valider ses fonctions et capacités mais aussi sa productibilité. Il s’agit d’un modèle produit en très petite quantité et susceptible de changer souvent de caractéristiques. De ce fait la fabrication d’un prototype comportent des coûts très élevés, la conception d’un moule étant très chère et les mauvaises surprises au démoulage n’étant pas rares. L’utilisation de technologies de fabrication additive telles que le FDM (dépôt de filament) ou le frittage laser souvent employées pour ce genre de pièces, peut réduire jusqu’à 10 fois les coûts de fabrication par apport à des méthodes classiques.

prototypes réalisés par impression 3d
La fabrication additive dont le principe consiste à superposer de la matière, s’oppose clairement aux techniques traditionnelles dites soustractives consistant au contraire à enlever de la matière (par fraisage, forage…) ou à la déformer (moulage). Une imprimante 3D est capable de sortir une pièce d’un seul bloc en supprimant les étapes d’assemblage, d’outillage et la main d’oeuvre nombreuse.

Par ailleurs imprimer en 3D nécessite de modéliser la pièce et cette modélisation permet justement de mieux visualiser et d’identifier d’éventuels défauts de conception. Bon nombre d’entreprises ont donc déjà adopté cette technologie pour économiser sur la conception de leurs modèles et accélérer les délais de production. Tous les domaines sont concernés, aussi bien l’aéronautique, l’architecture que la médecine ou encore la mode.

Vers une production de masse ?

usine

Ces dernières années la fabrication additive a considérablement évolué. Avec l’expiration successives des brevets et la baisse de coût des machines, ses applications se sont peu à peu tournées vers la fabrication de biens de consommation. A l’image de cette démocratisation, petites entreprises et particuliers ont désormais accès à cette technologie. Forte de ses multiples procédés et de la diversité grandissante de ses matériaux, l’impression 3D permet aujourd’hui de fabriquer un large éventail d’objets, allant du simple crochet à rideau en plastique à des pièces très critiques en métal pour l’aéronautique.

L’impression 3D tente à révolutionner notre manière de produire. Si plusieurs machines sont parfois nécessaires pour produire certaines pièces, l’imprimante 3D à cette capacité à produire une grande diversité d’objets. Une manière de réduire les coûts de production grâce au nombre réduit de machines et de main d’oeuvre, mais aussi l’assemblage simplifié, voir même inexistant.

chaine logistique

La raison pour laquelle l’impression 3D remet totalement en cause le concept même de chaîne de production et de logistique, elle qu’elle permet de produire en flux hyper-tendu, réduisant ainsi le stockage + le transport et donc tous les frais qui en découlent. Dans certains cas, la totalité de cette chaîne devient même obsolète. Le fait de n’avoir qu’à modéliser ou télécharger un fichier 3D pour imprimer son objet, occulte toutes les étapes et les intermédiaires habituels. En extrapolant, on pourrait donc très bien imaginer les industriels ne plus vendre leurs produits en grande surface, mais leurs fichiers numériques directement aux clients, se passant ainsi de toute la logistique traditionnelle.

Longtemps restreinte au prototypage, aux petites et moyennes séries, l’impression 3D arrive désormais à un point d’inflexion où la production devient plus rentable. Des exemples de production de masse commencent également à faire leur apparition, à l’image du dernier mascara de Chanel dont la brosse a été imprimée à une cadence de 1 million de pièces par mois.

Une capacité de personnalisation sans égal

L'exemple d'une figurine personnalisée grâce à l'impression 3D

L’exemple d’une figurine personnalisée par Hasbro en utilisant l’impression 3D (crédits photo : Hasbro)

Le principal atout de la fabrication additive réside dans son haut degré de personnalisation. La liberté de conception sans égal de cette technologie autorise la réalisation d’objets uniques et sur-mesure. Le fait de reposer sur un modèle numérique facilite d’autant plus l’interaction entre les fabricants et les consommateurs/clients/patients. Ces derniers peuvent beaucoup plus facilement apporter de modifications à leurs produits, selon leurs goûts, leurs besoins ou leur cahier des charges.

Outre les services d’impression 3D en ligne, de nombreux secteurs tirent parti de cette faculté de personnalisation pour créer des objets qui répondent mieux aux besoins de leur marché. Cela touche aussi bien l’industrie du jouet (voir photo ci-dessus), en proposant par exemple des figurines imprimées à l’image de leur destinataire, que le secteur de la santé pour soigner ses patients avec des dispositifs médicaux tels que des prothèses ou des implants, qui sont parfaitement conformes à leur anatomie.

À quel prix ?

prix d'une imprimante 3d

(crédits photo : Ultimaker)

Le coût d’une imprimante 3D est de moins en mois prohibitif, et c’est encore plus vrai pour les machines de bureau grand public. Les leaders de ce marché que sont Creality, XYZprinting, Prusa ou encore Flashforge, proposent aujourd’hui des modèles entre 150 et 800 €. Le prix d’une imprimante 3D professionnelle est en revanche beaucoup plus variable, de 5 000 € pour l’entrée de gamme, jusqu’à 2 millions d’euros pour certains systèmes industriels reposant sur l’utilisation de puissants lasers.

Comme tant d’autres technologies avant elle, l’impression 3D tente donc à devenir plus accessible aussi bien en terme de prix que d’utilisation. En attendant une éventuelle démocratisation grand public, elle promet en tout cas de révolutionner une part importante de notre mode de production industriel.




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