Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L’impression 3D est un procédé de fabrication additive basé sur l’idée simple de convertir un modèle numérique en un objet solide en trois dimensions. Au fil des années, différentes technologies d’impression 3D se sont développées dans l’industrie avec comme point commun de créer un modèle physique couche par couche.

L’origine du concept remonte aux années 1980 lorsque le Dr. Kodama de l’Institut Municipal de Recherche Industrielle de Nagoya imaginait une technique de prototypage rapide utilisant la fabrication d’un objet tranche par tranche. En 1984, une équipe de chercheurs français brevetait de son côté un premier brevet avant qu’il ne soit finalement abandonné quelques années plus tard. C’est finalement Chuck Hull, futur fondateur du géant 3D Systems, à qui l’on doit le premier brevet commercial en 1986 pour une technique alors appelée “Stéréolithographie”.

Ce premier développement marque réellement le commencement de ce que l’on considère aujourd’hui comme la 4ème révolution industrielle, offrant des applications dans des secteurs aussi variés que le médical, l’aéronautique ou la joaillerie.

Chuck Hull, à l'origine du premier brevet de l'impression 3D SLA
Fused Deposition Modeling or FDM, the most popular technology in 3D printing
Carbon 3D, the fastest 3D printing technology so far

Développement des technologies 3D

Le procédé de Stéréolithographie (SLA) utilise comme matériau d’impression une résine liquide solidifiée sous l’effet d’une lumière UV. Depuis cette première avancée, de nouvelles techniques de fabrication additive ont émergées au fil des années. En 1988, le Pr. Carl Deckard de l’Université du Texas déposait ainsi un brevet de Frittage Laser Sélectif (Selective Laser Sintering ou SLS en anglais), qui repose sur la fusion d’une poudre plastique à l’aide d’un laser. À la même période, Scott Crump, fondateur du groupe Stratasys, développait de son côté les premières imprimantes 3D par extrusion d’un filament plastique. Cette technique brevetée sous le nom de Fused Deposition Modelling (FDM) est aujourd’hui l’une des technologies d’impression les plus populaires de par sa prise en main aisée et par un coût d’acquisition relativement faible.

Depuis les années 90, la fabrication additive a continué de prendre son envol avec l’arrivée de technologies innovantes comme le liage de poudre (Binder Jetting en anglais) inventé par ZCorp, utilisant une poudre minérale, un liant ainsi que des encres de couleur, ou bien le jet de matières (PolyJet ou Material Jetting) créé par l’israélien Objet, qui vient projeter des milliers de fines gouttelettes de polymères solidifiées sous l’effet d’un flash de lumière. Le SLS a de son côté donné naissance à la fabrication additive métal avec l’avènement de technologies comme le frittage laser direct de métal (commercialisées par des acteurs comme Phénix Systems, SLM Solutions ou Concept Laser) ou comme la fusion par faisceau d’électrons (e-BEAM) mis au point par le suédois Arcam dans les années 2000.

 

Malgré une concurrence élevée, de nombreux acteurs continuent de faire leur entrée sur le marché, certains améliorant des procédés déjà existants et d’autres mettant au point des procédés originaux. Le constructeur EnvisionTec avec l’impression DLP (pour Digital Light Processing), le français Prodways avec le MovingLight ou bien Carbon3D avec CLIP ont ainsi mis au point des technologies dérivées de la stéréolithographie. En 2016, le géant HP annonçait à la surprise générale son arrivée sur le marché de la 3D avec une nouvelle technique propriétaire appelée MultiJet Fusion combinant liage de poudre et jet de matières pour la production additive de pièces plastiques.

Aujourd’hui, c’est toutefois le métal qui apparaît comme nouvel eldorado des fabricants de machines. Parmi les nouveaux arrivants, on peut ainsi citer BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal ou bien AdMetalFlex, chacun y allant de son argument : baisse des coûts, réduction des temps d’impression, diversité des métaux compatibles… Le marché de l’impression 3D, comprenant la vente de machines, de matériaux d’impression et les services associés, est estimé à 17 milliards de dollars en 2020 !

Développement des matériaux 3D

Le développement des matériaux d’impression 3D a varié au cours des années. Certains se sont améliorés au fil du temps et d’autres se sont développés ou ont tout simplement vu le jour avec l’arrivée de nouvelles technologies. Du plastique au métal, en passant par des matériaux surprenants comme des comestibles ou même des cendres de défunts, chaque matériel répond à des caractéristiques spécifiques et s’adapte souvent à une technologie en particulier.

Chacun des matériaux se présente sous différents formats , les résines pour les technologies DLP et SLA, les filaments pour les technologies FDM ou les poudres métalliques pour les technologies DMLS. De nouveaux formats et matériaux sont développés chaque jour pour permettre le développement de modèles plus résistants et l’amélioration de la qualité d’impression.

Actuellement, le marché des matériaux d’impression 3D a une portée importante et est encore en pleine croissance. De nombreux acteurs parient sur son développement et, il est prévu qu’en 2021, le marché des matériaux 3D atteigne une valeur d’1,4 milliard de dollars.