La fabrication additive en France
Les liens qui unissent les différents acteurs de la fabrication additive sont majoritairement ceux créés par les projets de recherche collaborative de durée limitée. Malgré que la France ait une bonne base de compétences en développement de logiciels, simulation et modélisation, design industriel, systèmes et composantes laser et science et technologies des matériaux, le défi aujourd’hui consiste à ce que tous ces éléments soient mis à contribution pour le développement d’une chaîne d’approvisionnement en fabrication additive.
Production industrielle de produits finis
Depuis sa naissance et jusqu’à récemment, l’impression 3D était surtout utilisée pour le prototypage. Aujourd’hui, l’amélioration de la technologie et l’intégration des matériaux métalliques font en sorte qu’il y a une forte tendance vers la production directe de produits finis. On estime qu’en 2014, 29 % des applications de l’impression 3D sont dédiées à la production de pièces finies.
Les bénéfices de l’utilisation de l’impression 3D pour la production de produits finis sont nombreux :
Réduction des outillages : la fabrication ne requiert aucun outillage ou gabarit.
Réduction des inventaires et des coûts de stockage : les pièces sont stockées virtuellement.
Réduction de l’assemblage et de la manutention : on peut remplacer plusieurs pièces assemblées par une seule pièce.
Possibilité de fabriquer des pièces plus complexes, sans égard à la quantité : la notion d’économie d’échelle devient pratiquement inexistante.
Optimisation des pièces pour leur utilité : les pièces peuvent être optimisées pour leur fonction sans égard au procédé de fabrication.
Prototypage
VLe prototypage fait partie des premières applications de l’impression 3D et demeure encore aujourd’hui un puissant outil pour le développement de produits. Avec l’amélioration des propriétés des matériaux, du fini de surface et de la précision dimensionnelle, l’impression 3D est de plus en plus utilisée pour la production de prototypes fonctionnels, ainsi que pour des validations de tolérancement et d’assemblage. Le prototypage peut être utilisé pour simplement représenter de manière simplifiée des objets réels ou pour la production de modèles réduits. C’est le cas dans des domaines comme l’automobile, l’architecture et même en topographie où l’impression 3D est utilisée pour représenter un terrain réel en modèle réduit tridimensionnel. L’autre application du prototypage est dédiée à la validation des assemblages et du tolérancement. Cette application, plus industrielle, accélère le processus itératif et permet l’optimisation de designs. Les prototypes de pièces peuvent être créés rapidement, sans coût relié aux outillages, ce qui permet de faire un plus grand nombre d’itérations dans un temps réduit. Les temps de mise en marché d’un produit s’en trouvent donc raccourcis et les produits eux-mêmes sont mécaniquement optimisés pour leur fonction.
Outillage
Applications médicales
Dans les cas où la fabrication additive ne peut permettre de remplacer les procédés traditionnels, des opportunités peuvent tout de même exister pour fabriquer les outillages requis avec ces types de production (moules, insertions, gabarits, etc.). Cela est particulièrement vrai pour les procédés de moulage où les moules et les insertions sont souvent très complexes et coûteux à fabriquer.
Il existe principalement deux approches relativement à l’utilisation de l’impression 3D dans le domaine de l’outillage. La première est une approche indirecte où des patrons sont produits par fabrication additive pour ensuite permettre la production de moules ou de matrices. La seconde approche est directe et consiste à fabriquer directement les moules, inserts ou matrices directement par impression 3D.
L’approche dite directe permet dans plusieurs cas de réduire les étapes nécessaires à la fabrication des outillages, ce qui peut générer des gains autant monétaires que temporels. Un autre avantage de cette technique est qu’elle permet la création de circuits de refroidissement complexes. En ayant un moule dont les canalisations suivent la forme de la cavité plutôt que d’avoir de simples canalisations linéaires, l’efficacité du refroidissement est grandement augmentée. Des tests ont suggéré que l’utilisation de circuits de refroidissements optimisés pouvait réduire les temps de cycle jusqu’à 30 % tout en améliorant la qualité des pièces. Il va sans dire que cela représente des gains importants pour les industriels.
L’impression 3D dans le domaine de l’outillage présente en outre certains désavantages. Le plus notable est probablement le fini de surface. Dans bien des cas, les moules requièrent des finis de surface impeccables, ce que l’impression 3D ne peut produire directement. Des étapes de post-traitement viennent donc s’ajouter après la fabrication du moule ou de l’insertion.
Le domaine médical compte un grand nombre d’applications reliées à l’impression 3D. Certaines de ces applications sont courantes et d’autres sont encore au stade de développement. Celle qui est la plus répandue est probablement la production de couronnes dentaires. Parmi les autres applications couramment utilisées en médecine, on peut citer la production de prothèses et d’implants adaptés sur mesure à la morphologie des patients. Traditionnellement, les implants personnalisés étaient fabriqués à la main de manière artisanale. Les technologies d’imagerie médicale combinées à la fabrication additive permettent maintenant de migrer vers des méthodes numériques qui permettent d’obtenir un design parfaitement adapté dans des délais plus courts.
L’impression 3D est également utilisée pour la planification et la réalisation des chirurgies. Par exemple, on peut reproduire des membres d’un patient à partir de tests d’imagerie médicale, afin de planifier une opération complexe, comme l’ablation d’une tumeur au cerveau. Pendant la chirurgie, on utilise des guides, des gabarits et des outils personnalisés à la morphologie des patients, afin d’améliorer l’efficacité du chirurgien. Tous les grands manufacturiers d’implants orthopédiques déclarent utiliser ces techniques et rapportent que plus de 50 000 patients par an sont opérés à l’aide de gabarits et d’outils chirurgicaux sur mesure.
D’autres applications médicales de la fabrication additive sont encore au stade de recherche. On parle d’impression d’organes pour des greffes (foie, reins, etc.), de tissu vivant et même de nourriture.
Produits grand public e applications artisanales
Les débouchés industriels de ce domaine d’application sont beaucoup moins nombreux, mais il est tout de même pertinent d’en faire mention. Cet usage est fortement relié à la popularité grandissante des imprimantes 3D dites personnelles. La multiplication de ces équipements personnels dans les foyers permet la création de toutes sortes d’objets tels que des étuis pour téléphone intelligent, des pieds de lampe, des poignées de portes et une panoplie d’autres d’objets pour la maison. Il est aujourd’hui possible de se procurer une imprimante 3D personnelle pour moins de 500 €. D'autres pourront opter pour les services d'entreprises qui offrent le service d'impression 3D pour une grande variété de matériaux (plastiques, acier inoxydable, argent, laiton, céramique) et qui livrent ensuite la pièce par la poste.
Le domaine artistique profite lui aussi de la flexibilité de l’impression 3D qui permet de donner cours à la créativité. Ainsi, des vêtements, des instruments de musique, des trophées, des monuments et même des têtes de mascotte sont fabriqués par impression 3D. Celle-ci est également utilisée dans le domaine de la bijouterie pour la création de bijoux complexes. Les musées s’intéressent également à la technologie pour la reproduction d’objets culturels ou encore la reconstitution d’animaux disparus.