De nouvelles évolutions dans l'impression 3D à l'horizon

 

Mark Cundle, Directeur du marketing technique de RS Components, examine quelques exemples parmi une gamme très étendue d'applications pouvant bénéficier de la plus récente technologie d'impression 3D, telles que le prototypage rapide, la conception architecturale, les applications médicales, l'outillage d'expérimentation scientifique.

L'impression 3D (aussi appelée fabrication additive) révolutionne le développement des produits parce qu'elle permet de créer rapidement des prototypes, en raccourcissant de plusieurs semaines, voire plusieurs mois, le cycle de conception. En outre, elle offre de nouvelles possibilités dans des domaines extrêmement différents, comme le design en architecture et les arts, la santé et la médecine, la recherche scientifique. Alors que le coût des équipements d'impression 3D a été une barrière à leur adoption, des entreprises comme RepRapPro et 3D Systems offrent maintenant des imprimantes relativement économiques. Cette technologie est donc de plus en plus accessible aux particuliers et aux petites entreprises. En outre, des services d'impression 3D, tels que Quickparts, offrent des impressions 3D, et évitent d'avoir à investir dans des équipements. L'intégration d'une nouvelle technologie, telle que l'impression avec différents matériaux, élargit considérablement la gamme des applications.

La technologie est encore largement perçue comme trop lente et trop coûteuse pour des applications industrielles, et inadaptée à la production de volumes. Non seulement les prix des imprimantes 3D ont considérablement baissé depuis leurs premiers prix élevés, déterminés par de lourds investissements initiaux, mais la force de la concurrence a favorisé une baisse des coûts de matières premières. Par exemple, le filament en plastique permet de fabriquer un objet en une ou deux heures, pour un coût très bas. La résistance mécanique des pièces imprimées en 3D avec du plastique bas de gamme a également posé des problèmes. D'après Adrian Bowyer, directeur pour RepRapPro, la plupart des objets imprimés en 3D avec des plastiques ABS et PLA ne présentent pas une grande différence en termes de solidité, qui sera probablement équivalente à deux tiers de la résistance des objets moulés par injection. Les objets imprimés en 3D ont normalement une structure interne en nid d'abeille, comparable à la section en I des poutres de construction. Ils sont donc considérablement plus légers, tout en offrant une résistance largement suffisante pour la plupart des applications. D'autres technologies et matériaux d'impression 3D, comme le frittage sélectif par laser (SLS – Selective Laser Sintering), offrent des niveaux de résistance mécanique impressionnants, souvent égaux ou supérieurs aux matériaux traditionnels pour des poids nettement inférieurs. Ces technologies font l'objet de recherches avancées. Elles sont utilisées par les constructeurs automobiles et de l'aéronautique, qui souhaitent alléger leurs composants sans réduire leur performance et leur résistance. Les contraintes connues de l'impression 3D diminuent progressivement avec le développement continu de la technologie. Elle commence à être utilisée dans des applications de production, même si les volumes restent très limités ou ne concernent que des applications ponctuelles très spécialisées.

 

Prototypage rapide

Au cours des dernières années, l'impression 3D a fortement décollé dans de nombreux secteurs d'activité, mais surtout dans le prototypage rapide des produits et des processus de développement. Même si les logiciels CAO sont de plus en plus sophistiqués, ils ne permettent pas à un concepteur de tenir dans sa main le prototype d'un produit. Au lieu de créer des prototypes très tôt dans le processus, avec un outillage conventionnel, l'impression 3D sert à concevoir et tester de nouveaux concepts dans des entreprises de toutes tailles. Elle permet de créer des prototypes en quelques heures, ou lieu de semaines ou mois. Elle génère donc une réduction impressionnante de la durée du cycle de mise sur le marché, tout en offrant une liberté de conception largement améliorée.

Le processus n'offre pas que des gains de temps et d'argent. Le prototypage rapide rendu possible par l'impression 3D supporte aussi la création de produits plus innovants et de meilleure qualité. Les développeurs de produits n'ont plus besoin d'attendre des outils ou des pièces préparées par des ateliers d'usinage. Les prototypes imprimés en 3D permettent de réaliser des tests physiques et d'apporter d'autres améliorations avant de passer à la production de masse.

Un fabricant de pneumatiques nous donne un excellent exemple de l'utilisation de l'impression 3D pour créer rapidement des prototypes. Hankook Tire, un fabricant de pneumatiques basé en Corée du Sud, a intégré l'impression 3D à son processus de conception. L'imprimante 3D produit un modèle fini parfaitement fidèle à la conception CAO originale, en seulement sept ou huit heures, alors que précédemment, de tels prototypes étaient fabriqués à la main par un sous-traitant. Cette solution était coûteuse et nécessitait des délais importants. Globalement, l'impression 3D apporte à l'équipe de conception Hankook Tire de meilleures communications entre les services, réduit les coûts et améliore la sécurité des données de conception propriétaires.

Architecture

L'impression 3D a trouvé une autre application dans le domaine de l'architecture. Les maquettes jouent un rôle essentiel dans la démonstration et la présentation des concepts architecturaux. Les architectes préfèrent souvent des designs de maquette abstraits, sans couleur. Une imprimante 3D économique est la solution idéale pour cette application, même si le mélange des couleurs fera prochainement partie des fonctions des imprimantes les plus économiques. La construction d'une maquette architecturale en balsa ou autre matériau est un processus très long et laborieux. Alors que l'impression 3D d'un modèle généré par un logiciel CAO permet à l'architecte de continuer à développer sa conception et de modifier facilement le modèle et la maquette. Cette technologie est déjà largement utilisée en architecture et la baisse du prix des imprimantes 3D et des matériaux ne peut qu'accélérer la progression de l'impression 3D. Cette progression est déjà visible dans les secteurs de la conception des décors de cinéma et de théâtre, des stands d'exposition ou de la décoration intérieure des magasins. L'impression 3D a servi à créer la maquette extrêmement détaillée d'un centre sportif de 30 000 places à Stockholm. Cette maquette de 1,2 x 1,2 m représentait tous les détails créés dans le modèle numérique de l'architecte, incluant 7400 sièges très détaillés de 4 mm de large.

 

Santé et médecine

Les possibilités de cette technologie sont déjà expérimentées dans le domaine de la dentisterie. Cependant, une telle application exige un haut niveau de précision. Par exemple, l'imprimante RapRapPro actuelle ne peut pas reproduire des caractéristiques d'une taille inférieure à quelques millimètres. La section d'une dent ne dépasse pas 5 mm, ce qui exige de travailler aux limites de la machine. 3D Systems offre maintenant une nouvelle imprimante 3D micro-SLA, Projet 1200, au prix de 4 999 USD, capable de produire rapidement des pièces minuscules pour des coûts faibles. Cette imprimante peut produire des maquettes dentaires nécessaires à la réalisation de couronnes et autres prothèses dentaires partielles, des moules de bijouterie et d'autres petits composants. Des imprimantes 3D haut de la gamme (par exemple des systèmes de frittage direct de métal) permettent d'imprimer directement des dents en métal et en céramique. Les progrès de ces technologies se répercutent sur les imprimantes économiques qui pourront à leur offrir de telles possibilités. Ces applications ne concernent pas seulement des prothèses dentaires finales, mais aussi des outils destinés à la formation des dentistes ou aux contrôles orthodontiques.

Elles incluent certains domaines médicaux, tels que l'orthopédie, par exemple, avec la fabrication de semelles intérieures comme aides à la marche, ou la production de composants pour membres artificiels de haute précision. Dans les applications médicales haut de gamme, les imprimantes 3D Systems sont utilisées pour reconstruire des visages, par exemple au Centre for Applied Reconstructive Technologies in Surgery (CARTIS), au Pays de Galles.

 

 

Recherche

Un des rôles clés de la recherche consiste à créer des outils et des systèmes spécifiques pour réaliser des expériences dans divers domaines scientifiques ou d'ingénierie. Qu'il s'agisse d'un projet de plusieurs milliards de dollars dans la recherche fondamentale basé sur l'accélération des particules et la nature de l'univers ou des recherches biologiques dans un petit laboratoire, par la nature même de la recherche scientifique, les objets examinés sont théoriques, jamais vus et exigent donc des outils également jamais vus ou indisponibles dans le commerce. Traditionnellement, un laboratoire de recherche scientifique ou d'ingénierie a normalement accès à un atelier d'usinage qui répond à ses demandes d'outillage. Mais dans de nombreuses situations, les objets ou dispositifs pourraient être aisément et rapidement fabriqués par une imprimante 3D. Et comme le laboratoire n'a besoin que d'un ou deux exemplaires, l'impression 3D est la solution idéale.

Mais ce ne sont là que quelques exemples de domaines ou secteurs dans lesquels l'impression 3D peut avoir un impact significatif. Avec la baisse du prix des équipements, en conjonction avec un savoir-faire technique de plus en plus dans le mélange des matériaux, la combinaison des propriétés et des couleurs dans des imprimantes de plus en plus économiques, la liste des applications est uniquement limitée par l'imagination.

Les imprimantes 3D économiques offertes par RS Components incluent les modèles RepRapPro tels que le kit d'impression Ormerod 3D, autoreproductible et économique, ainsi que les gammes Cube et CubeX de 3D Systems.