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Qu’est-ce que la fabrication additive ?

Publié le 12 mai 2021 par Philippe G.
fabrication additive

Loin d’être un gadget ou un simple effet de mode, la fabrication additive est une révolution technologique. Comme son nom l’indique, ce procédé fonctionne par ajout de matières. Des couches de matériaux sont déposées successivement les unes sur les autres, jusqu’à ce que l’objet souhaité soit créé. Ce procédé dit additif permet d’obtenir des pièces à la demande selon un modèle 3D précis. Logiquement, cette technologie s’oppose aux procédés de fabrication soustractive (fraisage, usinage, moulage par injection..), où on enlève de la matière pour obtenir une pièce.

Inventée en 1986 par Charles Hull avec le procédé de stéréolithographie, la fabrication additive est aujourd’hui une technologie utilisée dans de nombreux secteurs. Que ce soit dans les domaines de l’automobile, de l’aéronautique, de la médecine ou bien des biens de consommation, l’impression 3D est devenue incontournable ; les nombreux brevets déposés depuis son invention ont d’ailleurs permis de faire évoluer la technologie et de la rendre applicable sur différents marchés. La fabrication additive offre à ses utilisateurs plusieurs avantages comparés aux méthodes de fabrication traditionnelle, notamment en termes de flexibilité, de réduction des coûts et de gain de temps, et a depuis 1986, séduit bon nombre de professionnels. D’autant plus que grâce aux multiples procédés présents sur le marché ainsi qu’aux matériaux disponibles, les cas d’application se succèdent. 

 

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Modèles créés avec la technologie FDM (crédits photo : OneMaker Group)

Les débuts de la technologie

Une chose est sûre, le marché de la fabrication additive a beaucoup évolué depuis ses débuts, avec des étapes et innovations clés qui ont marqué son histoire. L’une des principales est évidemment la commercialisation de la première imprimante 3D fin 1988 par l’entreprise 3D Systems, co-fondée par Charles Hull. S’en est suivie de nombreuses découvertes, à l’image du premier projet de bio-impression mené à bien en 2011 avec l’impression d’un rein, de la première imprimante 3D envoyée dans l’espace, ou encore de la première maison imprimée en 3D habitée.

Mais si aujourd’hui la fabrication additive est démocratisée, ce ne fût pas toujours le cas. À ses débuts, la majorité des procédés d’impression 3D étaient brevetés, réduisant les possibilités et les machines disponibles. Au fil du temps, ces différentes technologies sont tombées dans le domaine public, et logiquement, davantage d’utilisateurs ont commencé à les adopter. On peut ici parler du mouvement RepRap (Replication Rapide) qui a accéléré cette adoption à partir de 2005 – c’est un projet qui consiste à imprimer en 3D les différents éléments d’une imprimante 3D. C’est à ce moment qu’est apparue l’une des principales communautés de la fabrication additive, la communauté des makers. Cette communauté rassemble les adeptes du DIY, de bricolage et d’impression 3D, et est aujourd’hui symbolisée par les imprimantes 3D en kit

Les matériaux en fabrication additive

Si les procédés de fabrication additive sont multiples, ils commencent tous par la même étape : un modèle numérique, créé ou récupéré, est converti en format STL grâce à un logiciel de CAO, avant d’être exploité par une imprimante 3D.

Selon les technologies, les matériaux utilisés par les imprimantes 3D varient. Les plus populaires sont sans doute les plastiques, compatibles avec plusieurs procédés comme le FDM, la stéréolithographie ou bien le frittage laser : ils utilisent respectivement un filament thermoplastique, une résine liquide et une poudre polymère. D’autres matériaux, à l’image du métal employé dans le procédé de fusion laser sur lit de poudre ou de la céramique, sont également très répandus. Et la liste est loin d’être exhaustive. On observe par exemple que certains plastiques viennent concurrencer certains métaux. Le PEEK et le PEKK sont par exemple considérés comme des thermoplastiques haute performance, et présentent des caractéristiques mécaniques similaires aux métaux. Au fil du temps, les sociétés découvrent de nouveaux matériaux applicables dans le processus de fabrication additive, comme des cellules humaines ou les matériaux composites. Si vous souhaitez en savoir plus sur les différentes technologies et matériaux présents dans le secteur de la fabrication additive, rendez-vous sur notre guide dédié où la majorité des procédés sont présentés, en cliquant ICI.

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Des pièces détachées imprimées en 3D avec la technologie SLS (crédits photo : BMW)

Des cas d’application variés

Historiquement, la fabrication additive est une technologie destinée prototypage rapide. Pendant plus de 20 ans, la technologie a aussi été utilisée pour fabriquer des pièces d’outillage pour les usines et autres chaînes d’assemblage. Mais depuis peu, avec le développement des matériaux et des procédés 3D, les industries ont commencé à fabriquer des produits finaux grâce à l’impression 3D, en plus des prototypes. C’est notamment le cas dans le domaine de l’aérospatial, où de nombreuses pièces, comme des turbines, sont désormais imprimées en 3D ; on peut aussi évoquer les biens de consommation avec des marques comme Adidas qui créent des milliers de produits grâce à la fabrication additive.

L’automobile est aussi un grand adepte des technologies 3D ; Ford par exemple s’est doté d’une imprimante 3D dès 1988 afin d’accélérer les phases de prototypage. Quelques années plus tard, d’autres sociétés ont suivi l’exemple de Ford, jusqu’à ce que la fabrication additive devienne une technologie indispensable au secteur automobile. C’est notamment le cas de BMW et General Motors, qui ont tous deux récemment ouvert des centres de fabrication additive.

Mais l’impression 3D ne se limite pas à la production de pièces pour les voitures. Aujourd’hui, elle est présente dans une grande variété de secteurs, notamment grâce à sa flexibilité et sa faculté à réduire les coûts de production. Par exemple, dans le domaine de la construction, de plus en plus de sociétés ont recours à l’impression 3D pour bâtir des maisons ou autres édifices. Des entreprises comme ICON ou WASP ont fait le choix de se spécialiser dans ce secteur, et ces derniers temps, les bâtiments construits grâce à la fabrication additive se multiplient. En médecine, la technologie joue également un rôle très important. Appelée bio-impression, elle est considérée par beaucoup comme le futur de la médecine. Entre prothèses, guides chirurgicaux et organes bio-imprimés, elle permet au personnel soignant de proposer des soins adaptés à chaque patient.

Les imprimantes 3D de Stratasys ont permis de faire face la pénurie de matériel médical lors de la crise sanitaire (Crédits photo : Le Parisien/Damien Licata Caruso)

Les principaux acteurs du marché de la fabrication additive

Depuis sa création par Charles Hull, plusieurs entreprises se sont imposées sur le marché de la fabrication additive. Le géant israélo-américain Stratasys fait figure de leader sur le marché. Fabricant d’imprimantes 3D depuis 1989, après avoir développé pour la première fois l’impression 3D à dépôt de matière fondue, l’entreprise propose aujourd’hui des machines dédiées à chaque secteur ainsi que des matériaux adaptés. Évidemment, la société fondée par l’inventeur de la technologie, 3D Systems, est elle aussi un des principaux acteurs du marché. Tout comme Stratasys, 3D Systems propose de nombreuses machines et services liées à l’impression 3D. Spécialiste des imprimantes 3D SLA, la firme Formlabs est probablement l’entreprise la plus réputée dans le domaine de l’impression 3D résine. Une des autres entreprises majeures du secteur, est la firme HP. Connue pour ses imprimantes et autres appareils informatiques, la société est aujourd’hui un leader mondial de l’impression 3D,  et propose ses machines à de nombreux secteurs, comme le domaine médical. Enfin, Desktop Metal, fondé en 2015, s’est rapidement développé et est devenu une société très importante dans le milieu de la fabrication additive, notamment depuis le rachat d’EnvisionTEC, un des leaders historiques de la fabrication additive résine.

De l’autre côté de l’Atlantique, d’autres entreprises se sont également développées et sont de nos jours des acteurs majeurs du marché de la fabrication additive. Des sociétés comme EOS, Materialise ou Ultimaker, déploient leurs technologies dans toute l’Europe et permettent à de nombreuses firmes de transformer leur méthode de production. En France, les fabricants Prodways, spécialiste de l’impression 3D industrielle, Volumic, qui propose des machines FDM aux professionnels, et Addup, spécialisé dans la fabrication additive métal, sont parmi les plus importants. Du côté de l’Asie, le marché se développe rapidement, particulièrement en Chine où beaucoup de fabricants proposent des machine FDM de bureau, comme XYZPrinting et Creatbot. La liste n’est évidemment pas exhaustive.

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Le salon Formnext 2018 à Francfort en Allemagne (Crédits photo : Mesago / Thomas Masuch)

*Crédits photo de couverture : Symop

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