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Quel est l’impact environnemental de la fabrication additive métal ?

Publié le 20 novembre 2020 par Mélanie R.
impact environnemental impression 3D

Cette semaine, l’association Additive Manufacturer Green Trade (AMGTA) a publié son rapport sur l’impact environnemental de la fabrication additive métal. Réalisée par Jeremy Faludi de l’Université de technologie de Delft et Corrie Van Sice du Dartmouth College, cette étude compare les procédés d’impression 3D métallique avec les méthodes traditionnelles en se demandant si finalement ils présentent des avantages environnementaux, en plus des bénéfices économiques et fonctionnels qu’ils peuvent avoir dans certains cas. En menant cette enquête, l’AMGTA a pour objectif d’élever le débat en s’interrogeant sur la façon dont les entreprises utilisatrices pourraient planifier des stratégies responsables en matière de fabrication additive. Les technologies 3D métal ont-elles finalement un avenir durable ?

C’est en tout cas un procédé actuellement en pleine croissance : selon une étude de Grand View Research réalisée cette année, l’impression 3D métal est estimée à 1 milliards de dollars en 2020 avec un taux de croissance de plus de 27% par an au cours des prochaines années. Regroupant différents procédés comme la fusion laser sur lit de poudre, le dépôt de matière sous énergie concentrée ou encore l’EBM, la fabrication additive métal offre de multiples avantages dans la production : liberté de conception, réduction du nombre total de composants et des étapes d’assemblages, diminution du poids des pièces, personnalisation, etc. Dans certains cas, et notamment pour la conception de petites séries, elle est devenue une évidence par rapport aux procédés classiques, les industriels s’affranchissant de la production d’un moule coûteux. Mais c’est encore une méthode de fabrication qu’on connaît moins, avec des enjeux qui restent à définir. 

La fabrication additive métal est particulièrement prisée par le médical (crédits photo : EOS)

L’impact environnement en est un et c’est là tout l’objet de cette étude. L’AMGTA précise qu’elle a été réalisée pour “résumer les connaissances actuelles et identifier les domaines dans lesquels les informations sont rares, peu claires et très nécessaires.”  Les auteurs sont venus comparer l’impression 3D métal et la fabrication conventionnelle par étape du cycle de vie de la pièce, en se penchant notamment sur les impacts des matériaux utilisés (plus particulièrement l’acier inoxydable, l’aluminium et le titane) ou encore de leur transformation. Ils ont également fait cette comparaison par secteur d’activité à savoir l’aérospatiale, l’automobile et le médical, trois industries pour qui la fabrication additive métallique a bouleversé les procédés de production.

L’impact environnemental de l’impression 3D métal est plus lourd

En menant leur étude, les auteurs sont arrivés à une conclusion : la fabrication additive métal a un empreinte carbone plus importante par kilo de matériau traité par rapport à des méthodes traditionnelles de fabrication directe. Cela suggère que la fabrication additive est généralement un choix moins durable – il faut donc trouver des situations où elle vient apporter d’autres avantages. C’est là que la géométrie de la pièce à produire a un impact majeur : il sera préférable d’usiner un cube solide mais on choisira l’impression 3D pour réaliser une structure lattice ou encore une coque creuse. 

Sherry Handel, directrice exécutive de l’AMGTA, explique : « Personne ne devrait s’attendre à ce que la fabrication additive soit un moyen plus durable de produire des pièces métalliques de base étant donné l’énergie focalisée inhérente à la fusion laser, mais elle devrait présenter un parcours plus durable pour la fabrication de composants de précision finis.”

La fabrication additive métal est intéressante pour réduire le nombre de composants. Ici, GE Additive est passé de 855 pièces à 12 dans la fabrication de ce composant de moteur (crédits photo : Nick Hurm, GE Additive)

Les auteurs précisent toutefois que davantage de comparaisons doivent être menées pour être plus précis. Ils expliquent qu’ils manquent aujourd’hui de données, la documentation n’étant pas très étoffée. Idéalement, les futures évaluations devraient également porter sur le cycle de vie complet du produit, car des processus tels que l’extraction des matières premières, l’atomisation du gaz et la logistique auront sans aucun doute des répercussions majeures sur l’empreinte carbone qui en résultera. Des éléments comme le taux d’échec en impression 3D et le post-traitement seront à étudier de près, impactant sans aucun doute l’empreinte carbone de la fabrication additive métal. 

En conclusion, l’empreinte carbone par kg de matériau en fabrication additive serait environ dix fois plus élevée comparé à des procédés de fabrication directe plus classiques, mais lorsque l’impression 3D permet d’économiser une masse de matériau importante, elle peut avoir des impacts de fabrication plus faibles que l’usinage, en particulier pour les matériaux ayant un impact sur l’environnement comme le titane. Enfin, l’AMGTA donne quelques recommandations pour baisser l’empreinte carbone de la fabrication additive : elle invite les utilisateurs à optimiser de l’utilisation des imprimantes, que ce soit en les partageant ou en réduisant l’espace inutilisé sur le plateau  ; les utilisateurs peuvent également choisir des métaux qui minimisent l’énergie de traitement, en utilisant des facteurs tels que le point de fusion, la réflectance et la conductivité thermique. Vous pouvez retrouver l’ensemble de l’étude ICI.

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