Impression 3D : la nouvelle révolution industrielle ?

Apparue au début des années 2000, l’impression 3D a véritablement pris son essor dans les années 2012 avec l’émergence de technologies innovantes autorisant l’utilisation de plus en plus de matériaux. Aujourd’hui utilisée dans de nombreux domaines, du secteur médical à l’alimentaire en passant par l’aérospatial, l’impression 3D se démocratise de plus en plus et est en passe de devenir à elle seule une nouvelle véritable révolution industrielle.

Imaginée depuis longtemps par plusieurs auteurs de science-fiction, dont l’écrivain britannique Arthur C. Clarke qui décrivait déjà dans les années 1960 une « machine à répliquer », les premières traces de l’impression 3D apparaissent dès 1984 avait un brevet déposé par trois ingénieurs français pour l’entreprise CILAS ALCATEL. La même année, l’entrepreneur Chuck Hull invente la technique de stéréolithographie (SLA). Plus tard, en 1995, ce sera au tour de l’impression 3D métallique (DMLS) de voir le jour. Puis, en 2003, la technique de collage de feuilles de papier A4 (3DPP) apparaît également.

En 2005 est construite la première imprimante 3D quadrichromique (utilisant 4 couleurs) et, depuis 2010, de nombreux procédés d’impression 3D utilisant divers matériaux ont émergé, offrant aux entreprises une grande variété de choix selon les objectifs, leur permettant de définir une imprimante 3D adaptée à leurs besoins. Le développement rapide de ces technologies est perçu par certains comme l’avènement d’une troisième révolution industrielle. Les possibilités toujours plus grandes offertes par cette technique ont redynamisé certains secteurs de production en permettant la création rapide de pièces à moindre coût.

L’impression 3D, appelée « fabrication additive » dans le milieu professionnel, est un procédé de mise en forme de pièces par ajout de matière, par empilement de couches successives de matériau. Avant d’être fabriqué, un objet doit être modélisé. Pour ce faire, un concepteur dessine l’objet au moyen d’un logiciel de conception assisté par ordinateur (CAO) ; certaines technologies permettent également de scanner directement un objet physique afin d’en obtenir une modélisation numérique 3D.

Le fichier produit par le logiciel de CAO ou par le scanner est ensuite traité par un logiciel de pré-impression 3D chargé de découper le modèle numérique en tranches 2D correspondant aux différentes couches qui seront empilées. Une fois le découpage effectué, celui-ci est enregistré dans un nouveau fichier et envoyé à l’imprimante. Cette dernière possède en général trois buses se déplaçant sur les axes x/y/z, qui synthétisent les différentes couches de matériau en les empilant les unes sur les autres, afin de reconstituer le volume de la pièce.

Plusieurs procédés industriels d’impression existent et diffèrent par la méthode de projection ou de fixation du matériau :

• • CLIP (Continuous Liquid Interface Production) : la solidification de la résine liquide est réalisée grâce à un laser UV
  • EBM (Electron Beam Melting) : le photopolymère liquide est solidifié grâce à un faisceau d’électrons
  • FDM (Fused Deposition Modeling) : un filament de thermoplastique est fondu à une température comprise entre 150 et 400 °C, puis déposé par re-fusion sur les couches précédentes
  • MJM (Modelage à jets multiples) : la résine est déposée par projections multiples
  • SLS (Selective Laser Sintering) : la poudre est solidifiée par laser puis agglomérée sur les autres couches par frittage
  • SLM (Selective Laser Melting) : le métal est fondu puis aggloméré par laser
  • FTI (Film Transfer Imaging) : la résine photopolymère présente sur un film transparent est solidifiée par la lumière d’un rétroprojecteur
  • DMD (Direct Metal Deposition) : la poudre métallique est liquéfiée par laser
  • SLA (StéréolithographieApparatus) : la résine photosensible est traitée par laser puis durcit pour former l’objet

Grâce à ces procédés, de nombreux matériaux tels que la céramique, les thermoplastiques, les plastiques, les métaux, l’époxy, les polymères acryliques et le papier, peuvent être utilisés. Les différentes combinaisons de matériaux et de méthodes d’impression peuvent donner lieu à la fabrication de pièces rigides, souples, élastiques, magnétiques, transparentes, colorées, translucides, opaques, phosphorescentes, pâteuses, isolantes, conductrices, dures, abrasives, etc. Cependant, des objets comme les semi-conducteurs posent encore des problèmes dans la gestion des matériaux et il est donc actuellement très difficile d’imprimer des pièces pour l’informatique, l’électronique et le photovoltaïque.

Au-delà des matériaux conventionnels, la fabrication additive permet aussi l’utilisation de matières plus difficiles à travailler. Ainsi, certaines écoles de cuisine ainsi que des restaurants réalisent de l’impression alimentaire (avec du chocolat par exemple), tandis que l’INSERM (Institut national de la santé et de la recherche médicale) de Bordeaux a mis au point une technologie de bio-impression par laser permettant la production de tissus vivants destinés aux essais pharmaceutiques et à d’éventuels greffons. L’on peut également citer l’impression de verre (G3DP) ou encore l’impression de sable.

La grande variété technologique offerte par la fabrication additive lui permet de trouver place dans de très nombreux domaines. Ainsi, Airbus et SpaceX utilisent l’impression 3D pour la production de certaines pièces intégrées à leurs appareils, tandis que de nombreux hôpitaux et laboratoires impriment des prothèses (dentaires, auditives, etc), des implants, des organes artificiels et même des médicaments. Le domaine de l’architecture n’est également pas en reste avec l’exemple de l’entreprise WinSun ayant imprimé un immeuble de 5 étages à Suzhou (Chine) ou encore Bouygues Construction, testant l’impression d’un immeuble de 95m² à Nantes.

Aujourd’hui, de nombreuses entreprises se reposent sur l’impression 3D pour optimiser leur production. Le développement continuel des technologies offre de véritables avancées techniques dans les domaines industriels comme dans les domaines humanitaires et sociaux. Cependant, les imprimantes 3D sont encore, pour le moment, réservées à un public professionnel au regard de leur coût parfois prohibitif, malgré des prix inférieurs à 200 euros pour les imprimantes d’entrée de gamme.