Qu’il s’agisse d’imprimantes 3D professionnelles ou industrielles, sur le marché de l’impression 3D grand format, la France est particulièrement bien représentée. Nombre de fabricants français proposent des solutions capables d’imprimer de très grandes pièces pouvant même dépasser le mètre. Destinées à la production de pièces industrielles ou de prototypes à échelle réelle, ces imprimantes 3D permettent d’imprimer en une seule fois des pièces grandeur nature ou plusieurs petites pièces en série. Des matériaux polymères jusqu’au métal, PRIMANTE3D vous propose un tour d’horizon des imprimantes 3D françaises offrant les plus gros volumes de fabrication. Les systèmes à bras robotique et le procédé de Stratoconception du Cirtes sont classés dans des rubriques dédiées. Ci-dessous, une classification par ordre croissant des imprimantes 3D basée sur le volume d’impression dont elles disposent.
PRO 430 : l’imprimante 3D bureau professionnel de Dagoma
La Pro430, l’imprimante 3D professionnelle grand format lancée en 2021 par Dagoma (crédits photo : Dagoma)
Fondé il y a 9 ans déjà, le pionnier français de l’imprimante 3D grand public Dagoma, a lui aussi fini par se lancer sur le créneau de l’impression 3D grand format. Soumise ces dernières années à une concurrence toujours plus rude des machines chinoises low-cost, sans oublier la professionnalisation du marché, la marque au triangle s’est lancée le défi de développer une imprimante 3D à destination des professionnels.
C’est ainsi qu’en 2021, l’entreprise Roubaisienne nous dévoilait sa PRO 430, une imprimante qui se distingue de ses prédecesseures par sa grande surface d’impression de 43 x 32 x 36 cm, et 508 mm sur la diagonale.
Parmi les autres caractéristiques notables de cette machine, on retrouve un châssis semi-fermé qui permet d’assurer un maintien de température minimum pendant la production, tout en facilitant la surveillance du processus à l’utilisateur et l’accès aux impressions. En ce qui concerne l’extrusion, la machine peut atteindre une température maximale de 285°C, tandis que le plateau d’impression magnétique peut être chauffé jusqu’à 120°C. Afin d’améliorer l’adhérence et le retrait des impressions 3D, il est possible d’utiliser deux types de plateaux flexibles (flex et super-flex) avec différents revêtements.
En ce qui concerne les matériaux, la PRO 430 est compatible avec les filaments thermoplastiques de 1,75 mm, ayant une température vitreuse inférieure à 350°C et ne nécessitant pas une ambiance chaude supérieure à 50°C. Pour les filaments chargés tels que le métal ou les fibres de carbone, des buses en acier sont disponibles en option pour 350 €, avec trois diamètres au choix : 2, 4 et 8 mm. La PRO 430 peut être commandée pour 4499 € ou être louée à partir de 151,98€ par mois.
La SH65 de Volumic
La SH65, la machine professionnelle grand format du constructeur niçois Volumic (crédits phoo : Volumic)
La SH65 est l’une des dernières nées du fabricant niçois Volumic. Lancée en 2021, cette imprimante 3D professionnelle de type FFF (dépôt de filament) est sa toute première machine grand format. Celle-ci tire d’ailleurs son nom de la longueur de son plateau qui atteint les 65 cm sur 30 cm de profondeur et 30 cm de hauteur.
La SH65 signe la volonté de l’entreprise niçoise de répondre à la demande de ses clients issus notamment des domaines du transport, de l’automobile ou de l’outillage, pour produire rapidement des pièces de plus grandes dimensions. Se positionnant comme une machine haut de gamme avec des performances similaires à la SC2, ce modèle reprend les fondamentaux qui ont fait le succès de ses aînées en termes de précision, vitesse et polyvalence matériaux.
Grâce à son extrudeur pouvant atteindre les 420°C, son plateau chauffant rapide en aluminium allant jusqu’à 150°C et sa surface d’impression vitrocéramique magnétique, cette imprimante est en mesure de traiter un large éventail de filament (1,75 mm. Volumic parle d’une soixantaine de matériaux (1,75 mm) allant du simple ABS jusqu’à des thermoplastiques beaucoup plus techniques tel que des polyamides chargés en fibres de verre, du PEEk ou du POM.
La S600 D : la solution ultra-polyvalente de Lynxter
S600 D : la solution ultra-polyvalente du fabricant bayonnais Lynxter (crédits photo : Lynxter)
Né en 2016 sur les bancs de l’ENIT de Tarbes, Lynxter compte parmi les rares fabricants dans le monde à maîtriser l’impression 3D silicone. La start-up bayonnaise propose deux systèmes pouvant traiter ce matériau, dont la S600 D. Dotée d’une structure de type delta, (en triangle), cette imprimante industrielle qui fonctionne selon un procédé par extrusion, offre quant à elle un volume d’impression de Ø390mm x 600mm pour des dimensions matérielles de l 913 x L 851 x H 1644 mm.
Mais la capacité à imprimer le silicone n’est pas le seul tour de force de Lynxter. Là où généralement une imprimante est attribuée à un seul type de matériau, la S600 D est capable de fonctionner avec des procédés très différents. Grâce à des têtes outils facilement interchangeables, ce système peut aussi bien traiter des filaments (thermoplastiques), que des liquides (silicones), ou des pâtes (céramiques)… qui plus est en haute qualité sans lignes de couche apparentes. La S600 D est précise avec une résolution pouvant atteindre les 12.5 µm. Son extrudeur pouvant monter jusqu’à 450 °C, lui permet de traiter les filaments les plus techniques tels que le PEEK.
La capacité de la S600 a pouvoir être configurée au grès des besoins de fabrication, lui confère une ultra-polyvalence unique au monde. Son vaste catalogue de matériaux lui permet de s’adresser à des secteurs aussi variés que l’industrie, la santé, luxe ou encore la défense. Parmi ses utilisateurs on retrouve Schneider Electric, Sanofi ou encore Renault.
EPEIRE T-600 : une imprimante 3D à granulés
L’imprimante 3D à granulé EPEIRE T-600 du fabricant Lillois EPEIRE 3D (crédits photo : EPEIRE 3D)
Notre tour d’horizon des imprimantes 3D françaises grand format nous amène cette fois-ci sur les terres lilloises. Une start-up dénommée EPEIRE 3D y a développé une gamme de machines spécialisée dans l’impression 3D de granulés (FGF). Co-fondé par François Migeot, ce fabricant propose deux imprimantes 3D à grande échelle dont l’EPEIRE T-600.
Pensé pour un usage industriel, ce système fabriqué à 95 % en France, dispose d’un généreux volume de fabrication de 500 x 450 x 500 mm qui lui permet d’imprimer des pièces de grande dimensions, ou des éléments plus petits en série.
L’utilisation de granulés ou « pellets » plutôt que des filaments, par son système d’alimentation différent de la matière (avec un trémie et une vis modifiée qui permet de faire l’injection), autorise des vitesses de fabrication plus élevées. Dans le cas présent, suivant les matériaux et le diamètre de buse employé (jusqu’à Ø4mm), l’EPEIRE T-600 peut atteindre les 1,5 dm³ de dépose à l’heure.
L’autre gros avantage de cette approche, est que les granulés sont beaucoup plus abordables que les filaments. Déjà omniprésents chez autres procédés de fabrication plus anciens, ils peuvent être jusqu’à 10 moins chers que le filament. D’autant plus lorsque cela concerne des matériaux techniques (PEEK, PAEK, PPS, PPA…).
Largement employés par les procédés classiques, les pellets offre également une plus grande variété de matériaux, qui plus est, qualifiée. L’EPEIRE T-600 peut donc accéder à une large gamme de granulés non-propriétaires (jusqu’à 350 000). Cela va des matériaux techniques comme le polyamide et le polycarbonate, jusqu’à des matières chargées en fibre de verre et de carbone, en passant par les granulés recyclés et bio sourcés. L’autre machine grand format proposée par EPEIRE permet de faire de l’impression 3D métal. Appelée EPEIRE T-MIM, ce modèle disposant du même volume de fabrication, imprime à partir de granulées feedstock MIM.
Le système hybride de 4D Pioneers
La 4Shit de 4D Pioneers est une imprimante 3D hybride grand format qui combine les avantages de l’usinage CNC et de la fabrication additive
Dans la catégorie des imprimantes 3D hybride, citons celle de 4D Pioneers. Créée dans l’optique d’accompagner les industriels vers une économie plus responsable et durable, cette jeune pousse implantée dans les Hauts de France se caractérise aussi par son offre de matériaux hautes performances et de machines dédiées.
L’une d’entre-elle se nomme 4Shit, une imprimante 3D hybride grand format qui combine les avantages de l’usinage CNC et de la fabrication additive. Son généreux volume de fabrication de 485 x 485 x 500 mm, est associé à un usinage 5 axes. Rapide et précis, celui-ci permet un post-traitement des surfaces inaccessibles et complexes.
L’autre atout de ce système réside dans ses 2 têtes d’extrusion offrant la possibilité d’accéder aussi bien à des matériaux sous la forme de granulés que des filaments. L’utilisateur peut ainsi accéder à un plus large éventail d’applications industrielles, et faire de l’impression 3D bi-matière.
La Strateo Dual 600 d’Emotion Tech
L’imprimante grand format Strateo Dual 600 d’Emotion Tech (crédits photo : Emotion Tech)
L’autre solution française à retenir pour les utilisateurs à la recherche de volumes d’impression plus élevés, est la Strateo Dual 600 d’eMotion Tech. Positionnée à ses débuts sur les imprimantes 3D grand public en kit, cette start-up toulousaine a imaginé une solution professionnelle grand format plus abordable que l’existant. Reposant sur un procédé de type FFF (dépôt de filament fondu) et une structure cartésienne, cette imprimante dont la grande majorité des pièces sont fabriquées en France, offre un volume de fabrication de 600 mm X 420 mm X 500 mm (126 litres).
L’un des atouts de cette machine est qu’elle embarque un double extrudeur permettant de combiner les matières et les couleurs, ou d’utiliser des matériaux de supports solubles nécessaires au maintien des surplombs pour les pièces les plus complexes. Conjuguant finesse et vitesse, ses buses de 0,4 à 1,2mm permette de répondre aux besoins de prototypage à échelle 1, ou de production en série.
En outre, la Strateo Dual 600 peut compter sur un dispositif de chauffe de l’enceinte ( jusqu’à 70 °C), ce qui lui permet de garantir l’impression des matériaux les plus techniques à fort retrait. Grâce à cette atmosphère thermo-régulée et la possibilité d’imprimer jusqu’à 400°C, l’utilisateur peut accéder à un large panel de filaments, standards ou techniques. D’autant qu’il s’agit d’une machine ouverte, ce qui signifie qu’il est possible d’utiliser des matériaux non propriétaires.
Parmi les autres fonctionnalités, Emotion Tech propose également une fonction de surveillance. Appelée « Print Shield 3D », elle permet de surveiller les tâches et d’effectuer un auto-diagnostic pour détecter et anticiper d’éventuels problèmes durant l’impression. En cas de coupure de courant, ce système est très utile aussi pour mettre les travaux en pause. Capteur de fin de filament, webcam intégrée et système de filtration industriel pouvant éliminer 99,997 % des microparticules de 0,3 microns, sont les autres fonctions livrées avec cette machine. La Strateo Dual 600 est disponible à partir de 14 900€ HT.
C3600 ULTIMATE : l’imprimante 3D céramique de 3DCeram
L’autre solution grand format à figurer dans ce panorama est la C3600 ULTIMATE. Une imprimante 3D que l’on doit à 3DCeram, un fabricant français basé dans la capitale de la céramique : Limoges. Entièrement fabriqué dans l’hexagone, ce système permet l’impression de grandes pièces en céramique technique telle que le zircone, alumine, la cordiérite, l’hydroxyapatite/TCP, Si3N4, zirconsilica, et silice.
Mesurant 2100 x 1800 x 2500 mm (LxPxH) pour 4000 kg, cette machine industrielle dispose d’un plateau d’impression de 600 x 600 x 300 mm soit 10 litres. La C3600 ULTIMATE exploite une technologie d’impression 3D SLA (stéréolithographie) qui consiste à polymériser une pâte composée de céramique et de résine photosensible, à l’aide d’un laser UV. Une fois l’impression terminée, la pièce dite crue subit une phase de déliantage pour éliminer le liant et de frittage au four (jusqu’à 1700 °C selon la céramique) pour consolider la pièce.
Cette solution s’adresse à plusieurs marchés dont le médical (implants crâniens), la joaillerie et l’horlogerie de luxe (anneaux, mécanismes internes..), l’aéronautique avec les noyaux de fonderie, et le spatial (satellites, outils de mesure, instrumentation optique…).
L’OPTIMUS d’Alchimies
L’Optimus : une imprimante 3D personnalisable à gros volume imaginée par le groupe Alchimies (crédits photo : Alchimies)
Notre tour d’horizon des plus grandes solutions additives tricolores nous conduit à un autre fabricant spécialisé dans les imprimantes 3D sur-mesure. Cet acteur n’est autre que Alchimies. Basé à Dieuze (57) dans une usine de 4000 m², ce groupe également concepteur et formateur sous le nom Open Edge, s’était fait connaître en 2012 pour un projet RepRap (Replicating Rapid Prototyper). À l’époque, son co-fondateur Emmanuel Giloz, avait imaginé la FoldaRap. la première imprimante 3D pliable au monde.
En tant que spécialiste de la conception et la fabrication d’imprimantes 3D sur-mesure, Alchimies SAS, peut donc répondre aux besoins personnalisés pour les gros volumes de fabrication. Parmi les machines de taille XL disponibles dans son catalogue, on retrouve l’OPTIMUS, une imprimante 3D FFF (dépôt de matière fondue) dont le volume de fabrication personnalisable lui permet d’imprimer des pièces mesurant au moins X = 600 mm | Y = 600 mm | Z = 600 mm.
De type cartésienne, cette machine affiche des dimensions matérielles de 1820 mm | Y = 1320 mm | Z = 2030 mm. Son enceinte cloisonnée, son plateau chauffant, ainsi que son système de refroidissement liquide et son enceinte chauffée, lui permettent d’assurer des impressions de qualité. Compatible avec la majorité des filaments thermoplastiques PLA, PETG, l’Optimus offre un débit pouvant aller jusqu’à 3,6 kg/24h. Plusieurs uggrades sont possibles, comme sa tête d’impression de 250°C (opt. 375 et 500°C), et l’ajout d’une multi-tête avec changeur d’outils permettant l’impression de granulés (débit 8 à 10kg/J).
EVA : la solution hybride de Namma
Parmi les rares fabricant français à disposer de solutions additives très grand format, un nouveau challenger du nom de Namma a récemment débarqué sur le marché tricolore. Née en 2021, cette jeune start-up bordelaise a développé durant plusieurs années une machine visant à répondre aux exigences des processus de production industrielle.
La singularité de ce fabricant réside dans sa solution qui combine efficacement les avantages de la fabrication soustractive et additive en une seule et même machine. Là où jusqu’alors peu d’options étaient disponibles sur le marché, la jeune pousse a réussi ce pari en y ajoutant même la découpe/gravure laser. L’un des avantages de cette approche, est qu’elle permet notamment de gagner du temps en imprimant la pièce de façon plus « grossière », pour ensuite usiner celle-ci afin d’obtenir des états de surface qui soient plus correctes et des tolérances plus précises. Cela peut tout aussi bien s’appliquer à des maquettes, des prototypes, des outillages, que des pièces finies.
La première machine commercialisée par Namma à incarner cette capacité, est la EVA. Regroupant l’impression 3D FFF, l’usinage CNC 3 axes et la découpe/gravure laser, cette imprimante 3D multifonction propose un volume de fabrication très au-dessus de la moyenne, soit 1000 mm x 500 mm x 500 mm. Bien que plus compacte, sa « petite » soeur EVA 500, peut tout de même imprimer des pièces pouvant faire jusqu’à 500 x 500 x 500 mm.
ProMaker RAF 50 : la solution DED de Prodways
La ProMaker RAF 50 : l’autre solution disponible en France pour les pièces additives métalliques de très grandes dimensions (crédits photo : Prodways)
Souhaitant compléter son offre, en 2018 le spécialiste français des systèmes d’impression 3D résine industrielle avait fini lui aussi par se lancer sur le créneau très disputé de l’impression 3D métal. Pour répondre aux besoins de grandes pièces métalliques embarquées pour l’aéronautique, la filiale du Groupe Gorgé s’est mise à développer une technologie « Rapid Additive Forging (RAF) » taillée pour les gros volumes.
La ProMaker RAF 50 est un système de fabrication additive métallique grand format qui fonctionne selon un procédé de type DED (dépôt de matière sous énergie concentrée). Elle reprend le principe de la technologie WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) basée sur la soudure de fils métalliques. Un robot équipé d’une tête vient déposer du métal en fusion dans une atmosphère de gaz inerte.
Son volume de construction de 1200 × 800 × 500 mm, lui permet d’imprimer de grandes pièces à partir de fil métallique en nickel, acier, ou encore de titane. Une fois l’ébauche imprimée celle-ci est ensuite usinée pour obtenir la pièce finale.
Comparée à des techniques d’usinage classiques, cette approche permet de réduire la perte de matière de plus de 80 %. Un avantage évident quand on sait que le titane représente 60 % du coût d’une pièce. Le premier à avoir pu constater les bénéfices de cette technologie est le toulousain Nexteam. En 2018, le sous-traitant aéronautique français a fait l’acquisition d’une machine pour imprimer des pièces de structure et de mâts de réacteur en titane pour les A350.
Magic 800, l’imprimante 3D métal grand format d’AddUp
La Magic 800 : un système de fabrication additive métallique proposé par d’AddUp (crédits photo : AddUp)
Dans ce panorama des imprimantes 3D tricolores à grande échelle, on retrouve le système de fabrication additive métallique Magic 800. Il faut savoir que cette imprimante était initialement proposée par l’alsacien BeAM, une start-up qui avait été créée en 2012 par IREPA LASER, laquelle fut rachetée en 2018 par AddUp, la co-jointure de Fives et Michelin.
Conçue pour la fabrication de pièces métalliques pour le secteur de l’aéronautique, cette machine 5 axes propose le plus gros volume d’impression 3D métallique en France soit 1200 x 800 x 800 mm. Elle peut donc fabriquer des éléments mesurant plus d’1 mètre telles que des pièces de turbines dans le secteur de l’énergie, des tuyères et toutes sortes de pièces de structures.
La Magic 800 exploite un procédé de type DED (dépôt de matière sous énergie concentrée) qui dans le cas présent consiste à fondre des poudres métalliques projetées et déposées par couches successives à l’aide d’un puissant faisceau laser. Compatible avec un large panel de métaux (titane, aluminium, alliage de chrome et cobalt, inox…), cette méthode additive permet la création de pièces métalliques, mais aussi la réparation, ou la fabrication sur une pièce existante avec l’ajout de fonctions dans le même matériau ou un matériau différent.
La technologie SDM de 3D Minerals pour les grands objets en céramique
La 3D Printer with rotary table offre un volume de fabrication de H = 2000 mm Ø = 1500 mm (crédits photo : 3D Minerals)
Sur le podium des solutions de fabrication additive grand format disponibles en France, un autre acteur mérite d’être mentionné : le fabricant 3D Minerals. Basée en Haute-Vienne, dans la région Nouvelle-Aquitaine, cette jeune pousse créée en 2019, a développé une technologie additive pour les grands objets en céramique.
Derrière cette entreprise, on retrouve trois céramistes (Claude Schneidder, Quentin Joly et Cédric Jacquement) qui ont mis au point un procédé d’extrusion breveté « Slury Deposition Modeling » permettant l’impression 3D en continu d’une pâte céramique à l’aide d’un savant mélange.
3D Minerals collabore avec Biopythos, une société née en 2016 à Bonnac-la-Côte, qui créé et commercialise des jarres en céramique pour le monde viticole. L’intérêt de l’impression 3D dans ce domaine, réside notamment dans sa capacité à créer des cuves personnalisées pour limiter l’encombrement chez les vignerons. En 2018, les deux partenaires s’étaient illustrés en concevant une jarre d’1 m80 destinée à un vigneron du bordelais pour conserver le vin durant son vieillissement. Seulement six heures avaient été nécessaires pour déposer les 250 kilos de matière. « On a injecté la barbotine dans la tête d’impression avec un adjuvant. Les deux, ensemble, ont fait une pâte imprimable pouvant déposer un fil. Une fois fini, c’est le même procédé que pour la céramique traditionnelle, on laisse sécher et on cuit. » avait expliqué Claude Schneider. Une fois imprimée, la jarre avait été soumise à un temps de séchage de trois semaines avant d’être placée dans un four à une température proche de 1 300°C pendant une durée de cuisson de 72 heures.
La technologie brevetée SDM de 3D Minerals est incarnée par trois machines. L’entreprise dispose notamment d’une imprimante à structure cartésienne « Cartesian 3D printer » dont le volume de fabrication atteint les 500 x 500 x 500 mmm. La transformation de la barbotine en pâte s’effectue à l’aide de deux pompes d’alimentation pour la barbotine et l’adjuvant. Le diamètre de la buse d’extrusion peut aller jusqu’à 25 mm.
La deuxième machine (3D Printer with rotary table) à exploiter cette technologie est celle qui a été utilisée pour les jarres de Biopythos. Une imprimante qui dispose d’un impressionnant volume d’impression de H = 2000 mm Ø = 1500 mm. Son plateau rotatif permet de fabriquer rapidement et facilement de grandes pièces céramiques de révolution.
La troisième imprimante enfin, est une machine robotisée qui exploite la technologie SDM sur un bras 6 axes. De cette manière il est possible de fabriquer des pièces sur différentes zones de travail ou sur une nouvelle zone afin d’éviter le déchargement instantané de la pièce fabriquée. Ce système robotique vise également à répondre aux besoins de production en petite série. Ces trois machines peuvent respectivement être acquises pour 60 k €, 120 K € et 240 K €.
Tobeca T8000 : des pièces jusqu’à 2 m
L’imprimante 3D très grand format de Tobeca (crédits photo : Tobeca)
Le plus gros volume d’impression 3D connu en France pour une imprimante 3D à plateau, est une machine développée par Tobeca. Basée dans le Loir et Cher, cette entreprise spécialisée dans la construction d’imprimantes 3D sur-mesure a imaginé la T8000, une imprimante 3D FDM offrant un volume dépassant cette fois-ci largement le mètre puisque de 2 m x 2 m x 2 m. De quoi accueillir des projets d’envergure.
Cette machine professionnelle très grand format répond à plusieurs besoins : l’impression de pièces de grand volume, la fabrication d’outillages, du prototypage rapide ou encore l’impression en petites séries de pièces fonctionnelles. Elle permet d’imprimer rapidement (de 2 à 4 kg/h) de grandes pièces en utilisant directement des granulés de polymères tels que du PLA, ABS, PP, PE, PET…. ce qui lui permet de maîtriser davantage les coûts.
À noter que la T8000 peut également être équipée d’un double chariot, ce qui lui permet doubler la capacité de production en imprimant en parallèle avec 2 extrudeuses fonctionnant en même temps. Bien que proposant un volume d’impression en deçà (3×1.5×1.5m), sa « petite soeur » T6000 rentre également au palmarès des plus grandes imprimantes 3D françaises.
La Stratoconception
La Stratoconception qui est probablement l’une des technologies de fabrication additive les moins connues, offre pourtant des capacités très intéressantes pour les pièces d’envergure. D’un genre particulier puisque de type solide/solide, cette technique de fabrication par laminage a été développée par une équipe du Cirtes emmenée par le Professeur Claude Barlier à la fin des années 80.
Breveté en 1991, il consiste à décomposer un objet en plusieurs couches élémentaires appelées strates, grâce à un processus automatisé. Toutes ces strates sont ensuite positionnées par des inserts, des pontets ou par des éléments d’imbrication et assemblées afin de reconstituer la pièce finale.
Une méthode idéale pour les pièces de grandes dimensions, mais qui offre aussi l’avantage d’être très bon marché puisque reposant sur des plaques de matériaux disponibles sur le marché, tels que le carton, le plastique, le plâtre, la céramique ou l’aluminium. Les plaques sont mises en panoplie, puis fabriquées par différentes techniques de découpe telles que le micro-fraisage rapide ou la découpe au fil.
La STM G 3020 du Cirtes
La STM G 3020 : l’un des énormes machines du Cirtes exploitant la stratoconception (crédits photo : Cirtes)
Parmi les stations du Cirtes exploitant la Stratoconception, il y a la STM G 3020. Cette énorme machine est notamment employée par la société Ferry Captain de Joinville (Haute Marne), une entreprise spécialisée dans la réalisation de pièce de fonderie en fonte et en acier de grandes dimensions. Parmi les pièces fabriquées par le Cirtes avec cette machine, un modèle de fonderie de grandes dimensions mesurant 2500 x 1200 x 400m.
Les systèmes d’impression 3D à bras robotique
Très différents des imprimantes 3D traditionnelles (cartésiennes, delta ou polaires), les machines à bras robotique sont des systèmes bien spécifiques qui ont été regroupés dans une catégorie dédiée. Utilisés le plus souvent sur les lignes d’assemblage automobile, ces bras robotisés ont été détournés de leur utilisation première pour leur mobilité et leur rayon d’action.
Contrairement aux systèmes classiques, fixes et limités par la taille du plateau, ils peuvent se déplacer à 360 °et imprimer de très gros volumes. Les systèmes à bras robotique peuvent aussi bien être utilisés pour extruder des filaments plastiques que déposer des couches de métal ou de béton.
XtreeE et une solution à grande échelle pour l’architecture et le bâtiment
Start-up parisienne fondée fin 2015 par une équipe pluridisciplinaire de jeunes architectes, ingénieurs et chercheurs, XtreeE est spécialisée dans la fabrication additive à grande échelle pour l’architecture et le bâtiment. Cette jeune pousse tricolore née du projet universitaire Démocrite, exploite des robots 6 axes de la marque ABB qui autorisent de très gros volumes de construction. Sa solution consiste en un système à bras robotique qui utilise une technologie similaire au FDM (dépôt de fil fondu) qui consiste à extruder du béton à l’état très liquide ou de l’argile en couche de 3 mm d’épaisseur. Une fois le matériau sorti, un additif est ajouté pour augmenter sa viscosité.
Soutenue par Dassault Systemes et Lafarge-Holcim, XtreeE multiplie les réalisations. Son projet d’envergure le plus récent se nomme Villiaprint. Achevé en juin 2022, celui-ci portait sur la construction cinq maisons imprimées en 3D béton entièrement certifiées dans la ville de Reims.
Le premier acteur de la construction à s’être équipé de la technologie d’impression 3D béton d’XtreeE est Spie batignolles. Fort de ses premiers tests concluants menés sur des coffrages de nœuds de poutres et de boîtes de réservation, l’entreprise a fini par se doter de sa propre cellule d’impression 3D. Le prochain projet d’envergure d’XtreeE porte sur la réalisation d’un pont de 40 m pour les Jeux Olympique 2024.
L’entreprise qui a pour ambition de déployer plus de 50 unités d’impression 3D à l’échelle mondiale d’ici 2025, comptabilise aujourd’hui 12 systèmes connectés à l’international (France, Dubaï, Japon, Suisse. Etats-Unis).
Galatéa : une solution grand format pour le mobilier et les objets de décoration
Mi-robot mi-imprimante 3D, Galatéa est une machine de fabrication additive que l’on doit à la start-up lyonnaise Drawn. Issue du démantèlement d’une usine Peugeot d’Aulnay-sous-Bois, ce robot 6 axes de 4 tonnes et 2 m 55 peut imprimer des pièces mesurant jusqu’à 2,40 mètres de long sur 1,40 m de large et 1m 30 de haut. Le bras robotique est équipé d’un extrudeur qui lui permet de produire des filaments entre 3 et 7 mm d’épaisseur à partir de billes de plastique.
Co-fondée par Sylvain Charpiot et Samuel Javelle, cette jeune pousse française s’est donc spécialisée dans l’impression 3D de grande taille, produisant principalement du mobilier mais aussi des sculptures.
Parmi leurs faits d’armes, il y a ces 4 lions de 4,2 m de haut et 1,5 tonnes réalisés pour le Grand Stade de l’Olympique Lyonnais. Les sculptures ont été imprimées en 88 éléments, sur un ABS chargé de fibre de verre, pour ensuite être peintes par un carrossier aux couleurs de club (bleu, blanc, or et rouge). Un robot prêté par KUKA avait également été mobilisé pour l’occasion.
La technologie d’impression 3D robotisée du nantais Batiprint3D
Mise en oeuvre de la technologie de Batiprint3D sur le chantier du projet Yhnova à Nantes (crédits photo : PRIMANTE3D)
Très médiatisée à travers le projet Yhnova, Batiprint 3D™ est une technologie d’impression 3D brevetée par l’Université de Nantes. Issue de la collaboration de deux laboratoires : le LS2N spécialisé dans le développement de système robotique et le GeM dans l’étude des matériaux, formulation et caractérisation, cette solution de construction additive repose sur un robot industriel polyarticulé. Son fonctionnement consiste à déposer trois couches de matériaux : deux couches de mousse expansive polyuréthane servant à la fois de coffrage et d’isolant + une couche de béton coulée à l’intérieur.
Posé sur un AGV (Automated Guided Vehicule), le robot permet d’ériger directement sur site des parois isolantes avec une hauteur pouvant aller jusqu’à 7 mètres. Située dans le quartier de la Bottière à Nantes, Yhnova est la première maison construite par impression 3D en France et le premier logement 3D certifié au monde. Ce logement social, un 5 pièces de 95 m2 en forme de Y, a été certifié par le CSTB (centre Scientifique et Technique du Bâtiment). Une famille y vit depuis 2018.
La dernière construction de Batiprint3D se nomme Empreinte et date d’avril 2022. À Beaucouzé (Maine-et-Loire), dans l’éco-quartier des Echats III, l’entreprise de bâtiment ERB a tiré parti de sa technologie pour construire sa maison de demain. Porté par plus de 20 entreprises, ce démonstrateur de 130 m2 vise à explorer une construction qui soit plus durable, plus rapide, et moins pénible pour les artisans. En plus de n’utiliser que la stricte quantité de matériau nécessaire, le procédé de Batiprint3D repose sur une mousse isolante issue du recyclage de bouteilles en plastique PET.
MaxiPrinter : la robot mobile de Constructions 3D pour les structures en béton
Maxi Printer : la solution d’impression 3D béton mobile mise au point par Constructions-3D (crédits photo : Constructions-3D)
Développé par Constructions 3D, une start-up valenciennoise fondée en 2014, la Maxi Printer est un système mobile de fabrication additive qui a été spécifiquement conçu pour la construction d’habitations, la fabrication de mobiliers urbains, d’éléments structuraux ou encore de VRD. Issu d’une grue hydraulique de levage modifiée, ce robot à l’allure d’araignée géante a été développé avec un système d’extrusion pour un mortier développé par la société. Dépliée, cette machine de 2,4 tonnes embarque un compas d’impression qui lui permet d’imprimer sur un diamètre de 18 mètres, soit 250 m2 pour 10 mètres de haut.
L’autre particularité de ce système réside dans sa mobilité qui lui permet d’intervenir directement sur site. Le robot est équipé d’un bras articulé et de chenilles qui lui permettent de se déplacer et de se replier pour ressortir de l’ouvrage par la porte. L’intérêt de cette technologie réside dans sa très grande liberté de formes qu’elle exerce sans coffrage. Le tout à des coûts et des temps de constructions pouvant être très inférieurs aux techniques traditionnelles. La machine peut être personnalisée selon les besoins, aussi bien sur la partie logicielle, que les matériaux et le système d’extrusion.
À noter que Constructions 3D propose également des systèmes à portique, dont la MiniPrinter PRO. Sa structure plus compacte et son volume de construction de 1,2 x 1,2 x 1,2 m, vise à répondre à d’autres besoins de constructions, pour l’architecture, mais aussi le design et de la recherche.
Parce que l’enseignement joue un rôle essentiel dans le développement de sa technologie, l’entreprise tricolore s’emploie également à la diffuser dans le domaine de l’éducation pour former les élèves du secteur du Bâtiment à l’impression 3D béton. La Région des Hauts-de-France a acquis une dizaine de machines qui équipent des établissements d’enseignement professionnel et des espaces d’innovation partagés. Dans une interview, PRIMANTE3D vous fait découvrir l’expérience du Lycée Louis Loucheur qui utilise une MiniPrinter Pro pour former ses élèves. L’an passé, un partenariat a d’ailleurs été signé avec le GRETA Grand Hainaut et un lycée de Marly et de Cambrai pour former une dizaine de pilotes d’imprimantes 3D.
Rappelons enfin que Constructions 3D utilise sa technologie pour son propre compte. Elle s’est installée à la Citadelle des Savoir-Faire, un centre économique en devenir dont les murs sont eux-mêmes partiellement conçus à partir de son système de fabrication additive.
PAMPROD : la solution XXL d’Irepa Laser pour les grandes pièces métalliques
En fabrication additive métallique, les procédés de type DED (dépôt de matière sous énergie concentrée) sont idéals pour produire des pièces de grandes dimensions. L’explication réside notamment dans son utilisation de bras robotiques qui offre un plus grand rayon d’action que les systèmes à fusion sur lit de poudre limités par la taille de leur plateau.
Parmi les rares acteurs en France à maîtriser ce procédé, on retrouve IREPA LASER. Spécialisée dans les solutions industrielles innovantes basées sur la mise en œuvre et la maîtrise des technologies laser dans le domaine du traitement des matériaux, cette société française de R&D Industrielle et 5 autres partenaires, ont développé une machine additive qui tire parti de ce procédé.
Appelée PAMPROD (pour Procédés Additive Manufacturing – Productivité), cette solution exploite une technologie hybride « DED CLAD-PW » qui associe laser, dépôt de fil et dépôt de poudre pour produire des pièces métalliques de grande taille. Les 2 procédés sont complémentaires. Là où celui à base de fil permet d’atteindre des vitesses brutes de construction très élevées (plus de 600 cm3/h), l’autre à base de poudres compense sa moindre vitesse (350 cm3/h), par une plus grande précision. De cette manière il est possible de fabriquer des ébauches à grande vitesse avec une buse, et de rajouter des éléments de façon précise et localisée sur l’ébauche ou sur une pièce existante avec l’autre buse.
Incarnée par 2 robots (rayon d’action de 3m) portant chacun une buse, la technologie DED CLAD-pw a démontré la faisabilité de fabrication de pièces de grandes dimensions, avec des impressions de plus de 2m de diamètre. L’une des récentes démonstrations d’IREPA Laser concerne la fabrication d’un moule de cuve à vin en polymère pour un fabricant Bordelais (Wine & Tools). Imprimée à partir d’inox 316 L, ce moule mesure 2,2 m de largeur x 2,6 m de hauteur. Les 1200 kg de matière ont été déposées en 16.5 jours.
Le projet Pamprod a pour vocation à répondre à la demande de nombreux secteurs industriels comme l’aéronautique, l’énergie ou la défense, de pouvoir disposer de solutions machines capables de produire des pièces en métal de grandes dimensions.
Conclusion
Plateforme NXG XII 600 du fabricant allemand SLM Solutions installée en novembre 2021 par Morf3D (crédits photo : SLM Solutions)
Longtemps restreinte par les capacités de ses machines pouvant difficilement produire des pièces au-delà des 30 cm, l’impression 3D grand format est en pleine expansion. Une tendance qui s’explique notamment par la professionnalisation du marché. Pour répondre aux besoins de l’industrie, les fabricants d’imprimantes 3D ont imaginé des plateaux de taille supérieure ou des systèmes à bras robotique qui permettent d’obtenir des volumes d’impression plus importants.
Cette caractéristique offre la possibilité de créer des pièces de grande envergure en une seule opération, ou des pièces plus petites en série. Qu’il s’agisse de prototypes grandeur nature en polymère, de mobilier, de moule en sable ou de murs en béton, la production de pièces additives de grande taille est très loin d’avoir atteint son plein potentiel. Par manque de compétences et de connaissances dans l’utilisation du processus, auquel s’ajoutent aussi parfois des problématiques de coûts, les bénéfices de l’impression 3D grand format sont aujourd’hui largement sous-exploités par les entreprises.
Ils sont pourtant nombreux, comme celui de n’utiliser que la juste quantité de matière première, offrant ainsi des économies substantielles à mesure que la taille des pièces augmente. Sans oublier la capacité d’allègement de cette technologie rendue possible par sa liberté de conception inégalable. Une réduction de poids qui signifie aussi des économies significatives d’énergie. En outre, cette méthode d’impression permet une réduction des déchets, un objectif à atteindre pour toute entreprise souhaitant limiter son impact sur l’environnement.
Enfin, l’autre avantage de l’impression 3D grand format est sa capacité à produire à la demande des pièces encombrantes et coûteuses à stocker uniquement lorsque cela est nécessaire. Ce qui évite des coûts de stockage élevés.
En dépit des nombreux atouts de ce procédé, il reste tout de même quelques défis à relever avant que l’impression 3D grand format ne soit adoptée plus largement. Outre le besoin d’acculturation et de montée en compétences des entreprises sur le plan technique, l’automatisation, ainsi que l’optimisation de la résolution, notamment pour les pièces demandant une grande précision, constituent l’un des aspects sur lequel doit encore progresser ce segment de la fabrication additive.
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