Electronique Mag - Le journal de l'électronique.

Il ne se passe désormais pas un jour où les médias ne parlent pas d’impression 3D, ou diton de fabrication additive si on se place du côté des industriels.

Mais qu’est-ce que vraiment l’impression 3D ?

Quelles sont les solutions  ? Et les acteurs d’aujourd’hui et de demain ?

La démocratisation de l’impression 3D a fait naître de nouvelles habitudes de conception, bouleverse nos habitudes et pourrait engendrer une nouvelle révolution industrielle selon nombreux analystes et politiques. Elle passe fatalement par l’expansion du concept au plus grand nombre, particuliers et petites entreprises en tête. Polyrepro (http://www.polyrepro.fr), entreprise fondée en 1968 installée dans la région parisienne, fut la première PME française a acquérir une machine de Stéréolithographie (impréssion 3D) auprès de la société EOS en 1993.

Une nouvelle ère dans le domaine du prototypage voyait le jour ! D’une pièce mécanique conçue sur ordinateur il était désormais possible d’en obtenir le résultat immédiatement, sans frais d’outillage et dans des matériaux très divers.

Polyrepro équipé d’un parc machine important, réalise en collaboration avec les plus grands noms de l’industrie, des pièces de série.

Mais c’est quoi l’impression 3D ?

Par analogie à l’impression papier traditionnelle, une imprimante 3D imprime des feuilles de papier qui se superpose jusqu’à l’obtention d’un objet tridimensionnel. En réalité, il existe plusieurs techniques d’impression couche-par-couche permettant d’imprimer des objets en plastique, en métal et beaucoup d’autres matières. Il faudra bien sûr fournir un fichier 3D de l’objet préalablement modélisé ou peut-être même scanné. A noter la multiplication sur internet des banques de données pour récupérer un objet « prêt à imprimer ». En ce qui concerne les logiciels 3D, le choix est très vaste, allant de freeware disponible sur internet, jusqu’aux prologiciels réservés aux professionnels. Les utilisateurs d’imprimantes 3D sont essentiellement des professionnels même si la tendance passe aujourd’hui par « l’imprimante 3D pour tous ».

Les principaux secteurs d’utilisation de la fabrication 3D en 2012 sont :

 22% produits électroniques et grand public (dont particuliers)

 19% véhicules à moteur

 16% médical / dentaire

 13% machines industrielles

 10% aérospatial

Par une offre pléthorique d’imprimantes 3D, il faut désormais faire son choix par typologie de technologie en fonction de son besoin final. Le prix reste évidemment une variable (la première !) à prendre en considération. Sachez qu’aujourd’hui une imprimante 3D vaut entre moins de 1000 euros pour une imprimante personnelle à plus de 1 million d’euros pour une imprimante professionnelle. Seules évidemment les sociétés de service, largement installées en France depuis de nombreuses années, se portent acquéreurs de ces dernières.

Ce marché ne devrait pas suivre l’explosion de la démocratisation, bien au contraire. En effet, la technologie évoluant très fortement, il est ou sera de plus en plus facile pour nos entreprises d’être directement équipées par une imprimante capable de fabriquer de très bons objets avec une résolution/précision importante. Sans faire ainsi appel à la sous-traitance locale ou surtout à une fabrication en Asie par exemple. C’est en ce sens que Barack Obama dit, lors du discours sur l’Etat de l’Union en février 2013, que « l’impression 3D sera la prochaine révolution industrielle »

L’impression 3D, un sujet de plus de 25 ans !

Dès le milieu des années 80, Charles Hull a présenté le premier procédé d’impression 3D. Basée sur le principe de la stéréolithographie, cette imprimante sera testée par les premiers heureux propriétaires avant de déboucher en 1988 sur la commercialisation du modèle définitif. Il s’agissait du modèle SLA-2502 de 3D Systems, acteur aujourd’hui majeur de l’impression 3D, notamment par une forte croissance externe. Charles Hull est actuellement toujours Vice-président de 3D Systems. Au début des années 90, le principe se perfectionne pour parvenir à des équipements professionnels très fiables. Les marchés aéronautiques, militaires, et automobiles sont à cette époque les quasi seuls utilisateurs de cette technologie. A titre d’information, Boeing a conçu 20 000 pièces par impression 3D depuis 1997. Mais la démocratisation sera pour plus tard !

Le projet RepRap en 2005, véritable démocratisation de l’impression 3D

Il faudra attendre le milieu des années 2000 pour voir apparaitre des imprimantes « accessibles pour tous ». Du moins au début pour les ingénieurs électroniciens ! En 2005, le Dr Adrian Boyier et son équipe de l’Université de Bath conçoivent une imprimante 3D qui peut elleinterieur même servir à fabriquer une autre imprimante. Ainsi est née l’imprimante « RepRap », première machine autoréplicable de production d’usage général fabriqué par l’homme. La RepRap se présente sous la forme d’une imprimante 3D, pilotée par un logiciel libre, capable d’imprimer des objets en plastique.

Chacun peut donc se fabriquer sa propre imprimante 3D même si l’usage reste la fabrication de petits objets avant tout ! Basée sur un mode d’impression totalement éloigné de la stéréolytographie, on parle ici d’imprimantes à dépôt de fil (FDM). Une bobine de plastique en ABS ou en PLA passe à travers une tête extrudeuse chauffante montée sur une table XY pour déposer de la matière. Ainsi telle une imprimante à jet d’encre, l’objet à imprimer prend vie par couche successive d’environ 100 microns.

Autant dire qu’il faudra tout de même être patient !

En fin des années 2000, et plus encore entre 2011 et 2013, c’est le boom de l’imprimante 3D « personnelle ». De nombreux fabricants comme MakerBot, Cubify (désormais 3D Systems) ou encore Ultimaker proposent à la vente des imprimantes en kit ou intégralement assemblées.

Un marché qui explose avec plus de 300% de croissance

La technologie de l’impression 3D est en voie d’accélération vers une adoption grand public. Il faut rappeler qu’il n’y a encore qu’un petit nombre d’imprimantes 3D dans le monde, environ 100.000, essentiellement pour des usages industriels, selon le cabinet qui fait référence, Wohlers Associates. À titre de comparaison, il se vend 70 000 imprimantes 2D par jour.

Cette étude prédit cependant que « cette situation va changer très vite avec l’arrivée d’imprimantes "low cost" pour les entreprises. Nous pensons qu’en 2016 des machines de catégorie professionnelle seront disponibles à moins de 2 000 dollars », soit 5 à 10 fois moins chères qu’aujourd’hui pour les produits d’entrée de gamme. Le marché mondial de l’impression 3D (machines et services) est encore modeste : il s’est élevé à 2,2 milliards de dollars en 2012, en croissance de près de 30 %, selon Wohlers Associates. Il concerne principalement l’automobile et l’aéronautique, qui l’utilisent pour le prototypage rapide, ainsi que les fabricants d’implants médicaux. Au total, le marché devrait presque tripler en cinq ans pour atteindre 6 milliards en 2017. En dix ans, il aura décuplé et dépassera 10,8 milliards en 2021 (prévision également confortée par l’étude faite par le Crédit Suisse).

Les imprimantes 3D représentent déjà des dispositifs impressionnants, mais le deviendront encore plus après la démocratisation des scanners 3D. En effet, il existe 3 options pour imprimer son projet sur une imprimante 3D, de la plus simple à la plus complexe : modéliser soi-même son projet, en récupérer les fichiers sur Internet (par exemple les fabricants d’appareils ménager commencent à mettre à disposition pour les clients des fichiers pour refaire un bouton par exemple), ou utiliser un scanner avant de lancer le processus d’impression. Par exemple, des chercheurs de l’Université de Tel Aviv proposent de refaire un objet à partir d’une photo, en s’appuyant sur la capacité de l’être humain à imaginer la forme 3D d’après une image en deux dimensions. Les différentes technologies d’imprimantes 3D Il existe aujourd’hui différentes technologies sur le marché (sans compter le métal, le médical, etc.) pour permettre la réalisation de pièces :

Stéréolithographie (SLA) :

Elle consiste en la polymérisation, par un laser ultraviolet, d’une résine photosensible mise dans un bac. Le faisceau laser (fixe avec galvanomètres) balaie la surface du bac de résine aux endroits à solidifier. Sous l’effet de la lumière, le photoinitiateur forme un radicalaire et les monomères sont instantanément pontés entre eux formant un polymère solide. Le bac bougera d’un cran en Z pour renouveler l’opération en fines couches successives, jusqu’à créer l’objet en tri-dimensions. La polymérisation finale sera achevée dans un four externe. Les principaux constructeurs de machines par stéréolithographie sont : 3D Systems, DWS Systems, Formlabs.

Modelage par dépôt de fil (FDM) :

Avec la technique de prototypage rapide par dépôt de fil (appelée en anglais Fused Deposition Modeling), le matériau d’impression (filament) est chauffé puis déposé sur la surface d’impression par couches successives jusqu’à ce que l’objet soit terminé. Le plastique de nombreux coloris en ABS, en PLA soluble, en PVA soluble dans l’eau, ou encore des matériaux plus exotiques comme le nylon (Taulman 3D), aggloméré imitation pierre ou bois peuvent être utilisés pour créer ces objets. Les principaux constructeurs de machines par FDM sont : Cubify, Ultimaker, MakerBot, Up !, LeapFrog, RepRap, etc.

Modelage à Jets Multiples (MJM) : Uniquement développé sur la gamme ProJet (3D Systems), cette technologie brevetée permet de fabriquer des objets en résine synthétique ou cire par couches successives. Cette technologie se rapproche d’une imprimante traditionnelle à jet d’encre qui dépose de fines gouttes d’encre sur le papier. A noter un concept similaire chez Stratasys avec le brevet PolyJet.

Fritage sélectif par laser (SLS) : La fabrication d’objets, couche par couche, se fait à partir de poudres qui sont frittées ou fusionnées grâce à l’énergie d’un laser de forte puissance, comme un laser CO2. Le laser trace alors la section 2D sur la surface de la poudre, la frittant ainsi. Une nouvelle couche de poudre est étalée sur toute la surface par le rouleau, et le processus se répète jusqu’à ce que la pièce soit terminée. La pièce doit ensuite être retirée précautionneusement de la machine et nettoyée de la poudre non frittée qui l’entoure. Les principaux constructeurs de machines par SLS sont : 3D Systems, EOS, VoxelJet, etc.

Impression papier couleur : Uniquement proposée par MCOR, l’impression se fait sur des feuilles de papier A4 standard avec une impression de plus d’un million de couleurs simultanément. Chaque feuille est imprimée par une imprimante classique, découpée selon le motif attendu puis collée sur la précédente. Il suffit de retirer l’objet dans le bloc de papier.

Et pour l’industrie électronique ?

En plein essor, les FabLabs sont des lieux ouverts au public où de nombreuses machines outils sont mise à disposition pour la conception et la réalisation d’objets. Ils s’adressent aux entrepreneurs, aux designers, aux artistes, aux bricoleurs, aux étudiants ou aux hackers en tout genre, qui veulent passer plus rapidement de la phase de concept à la phase de prototypage, de la phase de prototypage à la phase de mise au point, de la phase de mise au point à celle de déploiement, etc. A contrario, l’industrie, et notamment l’industrie électronique, doit se saisir de cette incroyable opportunité de passer d’un projet sur ordinateur à un prototype fonctionnel. Nos sous-traitants électroniques français sont pour beaucoup équipés d’un service R&D, profitant même d’agréments Crédit Impôt Recherche (CIR). Pourquoi s’arrêter à la conception CAO ? Pourquoi ne pas proposer l’industrialisation complète du prototype ? L’investissement d’une imprimante 3D sera alors un point de différenciation et surtout la faculté d’accompagner dans son intégralité la conception d’un projet.

http://www.cubeek.fr

http://www.cubeek-store.com