impression 3D

Historiquement, la stéréolithographie est la première technique d'impression 3D (premier brevet en 1984).

Le premier brevet pour la FDM^[1] date de 1992. Ces premiers brevets conduisent à la commercialisation de plusieurs imprimantes, destinées à l'industrie, pour le prototypage rapide, ou la création de moulage et outillage industriels.

La démocratisation grand public aura lieu en 2009, où l'expiration du premier brevet FDM^[1] permettra la naissance de projet de recherche RepRAP^[2] (Replicating Rapid Prototyper). L'imprimante 3D développée dans ce cadre permettra un véritable essor de l'impression 3D par extrusion de matière, car elle est de conception simple, facile à assembler, constituée de pièces mécaniques accessibles au grand public. Par ailleurs, l'équipe de recherche décide de diffuser l'ensemble de la documentation sous licence libre (GNU^[3], General Public License). La communauté libre de l'impression 3D grand public est née de là. Le développement des FabLabs va aussi favoriser l'exploitation de cette opportunité qu'offre l'open source hardware, et participer activement à la formation des particuliers et la diffusion de l'impression 3D.

De nos jours, dans des configurations extrêmes, l'impression 3D par stéréographie permet d'atteindre la limite de résolution de 100 nm, pour un objet de taille inférieure à 100 μm. Cela peut avoir un intérêt dans des applications très spécifiques, mais pas pour un usage courant industriel.

En dépôt de matière fondue, qui reste à ce jour le procédé le plus répandu, la résolution est plutôt entre 100 et 600 μm, pour des objets de 10 mm à 1 m de taille caractéristique.

Les deux axes d'amélioration qui doivent être pris en compte pour une utilisation industrielle courante et variée est l'impression multi-matériaux et multi-échelles.

Plus récemment, des travaux de recherche parlent d'impression 4D. Il s'agit d'assemblage de matière 3D qui s'adaptent au cours du temps (la 4^ème dimension). Le terme de "matière programmable" peut aussi être rencontré. La modification de forme de l'objet 3D peut être provoquée par un stimulus spécifique (chaleur, solvant, pH, lumière, champs électromagnétique).

L'utilisation à domicile de l'impression 3D ou dans un cadre associatif, pour créer de petits objets du quotidien, pour reproduire une pièce ménagère défectueuse ou adapter une pièce à un usage spécifique, est déjà une réalité. Cela préfigure l'émergence de micro-usine locale, répondant à un besoin (simple) identifié.

D'un point de vue industriel, de la même manière, on peut s'attendre à l'émergence d'une fabrication décentralisée et relocalisée au plus près de l'utilisateur final. L'impression 3D passera alors du statuts de méthode de prototypage, à celui de méthode de production. L'usine du future produira à la demande, et au plus près du consommateur final. L'impression 3D peut dans certains cas favoriser la relocalisation de la production.

Au départ, surtout vue uniquement comme un outil de prototypage, les usages de l'impression 3D se sont diversifiés :

• prototypage rapide ;

• réalisation à la demande de moules ou d'outillage ;

• productions de petites séries de pièces commercialisées.

Le prototypage est l'usage le plus répandu de l'impression 3D. La fabrication additive permet la réalisation rapide de prototypes, à différentes échelles, avec différents niveaux de détails, pour un coût relativement modeste. Il est aisé d'adapter le prototype en cours de conception, sans que cela remette en cause les outils de production du prototype. Ainsi, une fois l'investissement de départ réalisé, la conception d'un produit peut être réalisée dans un processus itératif, en multipliant les prototypes pour tester de nouvelles idées, dans des délais raisonnables, sans nouvel investissement.

En milieu industriel, l'impression 3D par extrusion a déjà trouvé sa place pour la réalisation d'outillages spécifiques. En effet, le faible coût, la facilité de mise en œuvre et les performances des pièces produites permettent d'utiliser ce type de fabrication additive, à la demande et au sein même du site industriel. Cela concerne surtout du petits outillages spécifiques, des gabarits de montage ou de vérification de pièces, etc.

La fabrication de moules pour l'outillage, de petites séries, profite aussi des possibilités offertes par l'impression 3D, rendant possible des formes complexes, difficilement réalisable par les méthodes traditionnelles de fabrication. Par exemple, des canaux de refroidissement peuvent être intégrés dans la conception des moules, pour favoriser le refroidissement des pièces qui y seront ensuite injectées.

L'impression 3D trouve aussi sa place pour la fabrication d'objets en petites séries, notamment pour la personnalisation dans le secteur automobile.

En aéronautique, de plus en plus de pièces finales sont fabriquées par méthode additive, où la structure alvéolaire du remplissage des pièces permettent de réduire considérablement la masse des objets produits, tout en maintenant leur résistance mécanique.

Dans les domaines de la joaillerie, du luxe ou de la mode, des produits de consommation fabriqués par impression 3D commencent à apparaître. Cela s'explique par les possibilités de personnalisation ou de formes complexes qu'offrent ce procédé de fabrication.

Certains industriels de l'électroménager notamment prennent le tournant de l'impression 3D, en imprimant à la demande certaines de leurs pièces détachées de leurs appareils, ce qui réduit les coûts de stockage de ces pièces, tout en répondant à l'obligation de fournir à leurs clients les pièces détacher si nécessaire.

Dans le secteur médical, la production de petites séries est poussée à l’extrême, puisque l'atout principale de l'impression 3D est la possibilité de produite à façon, un objet personnalisé pour un patient. Cela peut être pour des aides auditives sur mesure, des couronnes dentaires, des guides chirurgicaux, des implants osseux, des prothèses ou des orthèses.

Dans le secteur de l'agro-alimentaire, l'impression 3D par extrusion est un procédé envisagée par quelques pionniers pour l'extrusion de pâtes alimentaires. C'est aussi un procédé de fabrication envisagé pour la mis en forme d'aliments à base de protéines végétales comme substitut aux protéines animales.

En offrant la possibilité de créer des micro-entités de production, la fabrication additive s'inscrit pleinement dans ce que l'on nomme l'industrie du future, en proposant une réponse concrète au problème de la désindustrialisation. Ces micro-centres de fabrication, en alliant production et service, permettent des fabrication à la demande, voire personnalisée, tout en optimisant les ressources (énergie et matière) utilisées.