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L’impression 3D existe depuis les années 80, mais il faudra attendre Internet et les nouvelles technologies pour voir ses procédés se démocratiser. De l’impression couche par couche par jet de matière, l’impression 3D engendre gain de temps, hyper personnalisation et réduction des rebus et déchets. Pour ces avantages incontestables, le marché de l’impression 3D devrait passer de 11 à 26.7 milliards de dollars en 2019. De l’alimentaire au bio printing en passant par l’aérospatiale, l’industrie, l’artisanat… Quels sont les secteurs d’activité les plus impactés ? Et comment ça marche, une imprimante 3D ? Quels en sont ces procédés miracles qui pourraient bien changer l’Humanité ? On vous dit tout sur Robots et Compagnie.
Qu’est-ce que l’impression 3D nous apporte ?
L’impression 3D est un terme marketing qui remplace le nom de stéréolithographie (beaucoup moins glamour), soit un procédé qui permet la fabrication d’un objet par addition de différentes strates solidifiées sous l’action d’un rayonnement ultraviolet.
Bon, concrètement, l’imprimante 3D est révolutionnaire en ce qu’elle fabrique l’objet en partant de zéro, par jet de matière qu’elle va additionner couche après couche (à la manière d’un mille-feuille), pendant qu’une imprimante traditionnelle part d’un bloc de matière brut qu’elle va sculpter (elle enlève de la matière) pour en obtenir la forme souhaitée.
D’ailleurs, l’impression 3D est dite « fabrication additive », en opposition à la « fabrication soustractive » d’une imprimante traditionnelle.
Le premier avantage qui nous saute aux yeux est l’économie de matière. Avec une imprimante 3D, il n’y a pas de déchet, pas de rebuts ; ne sera utilisée que la quantité de substance souhaitée (le fameux jet de matière). D’autres avantages s’ajoutent à l’impression 3D comme la rapidité de réalisation, la possibilité de travailler sur des éléments de petite taille et de personnaliser les pièces de manière accrue.
De manière plus générale, l’impression 3D permet de raccourcir le cycle de production et d’abaisser le coût de prototypage. Et la révolution est là.
Pour la petite histoire, sachez que l’impression 3D existe depuis les années 80, mais elle ne connaît de bouleversements qu’aujourd’hui « grâce au numérique, à Internet et à la multiplication de ses applications », selon George Tallandier, président de l’AFPR (Association Française du Prototypage Rapide).
Comment marche une imprimante 3D
Évidemment, pour imprimer en 3D, vous devrez vous munir d’un logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) qui vous permet de créer vos modèles en 3D. Le plan est ensuite transmis à l’imprimante.
Il existe aujourd’hui 7 types de procédés : l’extrusion de matière, la projection de matière, la projection de liant, la lamination de papier, la photopolymérisation, la fusion de lit de poudre et le dépôt d’énergie dirigée.
En clair, soit la matière entre en fusion pour obtenir la forme souhaitée, soit elle est solidifiée sous l’action de la chaleur ou de la lumière (à l’aide d’un laser). Dans tous les cas, l’imprimante évolue en « couche par couche ».
Pour vous donner un exemple, le procédé de fusion de lit de poudre porte à la fusion des petites gouttes de matière plastique (type ABS – le plastique utilisé dans un jouet Lego) qui créent la forme souhaitée couche par couche et durcissent de manière quasi immédiate tout en se fondant avec les couches inférieures. Ce procédé est le moins coûteux, c’est pourquoi on le retrouve dans la majorité des imprimantes 3D grand public.
Mais tout type de matière peut être travaillé, y compris des matières dures (sous forme de poudre) notamment grâce à l’utilisation du laser : le polystyrène, le verre, la céramique, le nylon et même certains métaux (titane, acier, argent). La poudre est propulsée dans l’imprimante et le laser vient alors la frapper pour créer la forme souhaitée et la solidifier.
Perspectives et bouleversements à venir de l’impression 3D
Les perspectives de l’impression 3D sont vastes et touchent de multiples secteurs : aéronautique, santé, cosmétique, automobile… Sans parler de l’arrivée sur le marché d’imprimantes 3D à bas prix et de matériaux abordables, ce qui a considérablement élargi son champ d’application, notamment à destination du grand public.
Aujourd’hui, les secteurs qui profitent le plus de l’impression 3D sont l’automobile (prototypage rapide) et l’aérospatiale et aéronautique (pour l’impression de pièces détachées). Viennent ensuite les applications dentaires et médicales : fabrication de prothèses, de couronnes dentaires. La médecine fait d’ailleurs un grand pas avec ce type de technologie puisque ces prothèses et implants peuvent non seulement être totalement adaptés à la morphologie de la personne, mais aussi fabriqués en un temps record comparativement aux techniques traditionnelles (on parle de quelques heures pour une prothèse contre plusieurs jours, voire semaine selon le type d’objet à fabriquer).
Quant au secteur aéronautique, selon GE Aviation, au moins 50 % des moteurs d’avions seront fabriqués par impression 3D d’ici dix ans.
Un engouement qui profite à de nombreux secteurs
Les secteurs impactés favorablement par les avancées de l’impression 3D semblent limités à des domaines de pointe, mais les perspectives sont nettement plus vastes. En fait, ce sont tous les professionnels qui réalisent des prototypes qui peuvent jouir des avantages de l’impression 3D : architectes, industriels, designers, fabricants en tout genre, artisans… d’autant que le coût d’acquisition d’une imprimante 3D devient de plus en plus abordable à mesure que les technologies s’améliorent et se diversifient.
À titre d’exemple, il y a Sculpteo. La jeune entreprise a reçu un prix de l’innovation lors du dernier salon CES de Las Vegas. Son concept : une application Smartphone qui permet à l’utilisateur de personnaliser sa coque de Smartphone puis la production est lancée via une imprimante 3D. Certaines marques de chaussures (comme New Balance) s’amusent aussi à proposer une personnalisation de leurs modèles (vous modélisez les chaussures de vos rêves directement sur leur site Web – l’entreprise lance l’impression 3D dans ses entrepôts puis vous récupérez votre paire de chaussures dans le magasin le plus proche de chez vous).
L’impression 3D alimentaire
L’imprimante 3D alimentaire se démocratise et plusieurs marques se positionnent sur des machines destinées au grand public. Une imprimante 3D culinaire fonctionne à partir de capsules de quelques millilitres seulement, comprenant chacune une saveur (capsule chocolat, capsule yaourt…) qui, mixées entre elles au sein de l’imprimante, permettent de confectionner de vrais petits plats. Imaginez le supermarché du futur où nous nous fournirons en capsules… Évitant le trop-plein d’emballages et le trop-plein d’aliments périmés.
D’autres machines visent les professionnels, comme les chocolatiers par exemple, qui peuvent, à l’aide d’une imprimante 3D, modéliser et produire en série des éléments décoratifs (en chocolat) hyper sophistiqués et en quelques minutes seulement et en toute autonomie. Imaginez maintenant le gain de temps et d’argent quant à la préparation d’un mariage ou d’un événement de plusieurs centaines de personnes !
La startup Modern Meadow a fait parler d’elle. Elle a effectivement conçu une machine capable d’imprimer des steaks (oui, des steaks) en 3D à partir de cellules souches de bœuf. L’entreprise a pour vision futuriste de réduire les élevages pour mieux préserver l’environnement tout en garantissant suffisamment de viande pour la population mondiale et à moindre coût : un trois en un qui fait largement débat et, comme vous pouvez l’imaginer, laisse entrevoir des perspectives totalement révolutionnaires pour l’Humanité.
Le bio printing : imprimer le vivant
La bio impression est le nouveau challenge des scientifiques, c’est-à-dire qu’au lieu d’injecter de la matière inerte dans l’imprimante, on y déposerait des cellules humaines qui, assemblées couche par couche, formeraient du tissu humain… Kératine, collagène… Finalement, tout type de matière organique peut être envisagé, pour une production en série de cheveux, d’ongles… D’organes ?
Si les recherches sont en cours dans le domaine, plusieurs obstacles sont pour l’instant difficiles à contourner, notamment le maintien en vie des cellules à imprimer et l’impression des différents tissus qui forment les différents organes (muscle, vaisseaux sanguins, nerfs, …). Cela n’empêche pas une équipe de travailler sur une imprimante 3D à têtes multiples (6 a total) afin d’imprimer … un cœur !
Imprimer des maisons
Autre secteur, autre bouleversement à venir. La plus grosse imprimante 3D du monde est italienne et elle s’appelle la Big Delta. Elle est capable de construire une maison de 6 mètres au sol en une seule pièce, et ce grâce à sa capacité à prendre toute sorte de matériau en guise de matière première : de l’eau, des pierres, de la paille… La machine mélange le tout et en recrache des sortes de briques qui, mises bout et à bout et grâce à une structure alvéolée, fondent la maison. La startup WASP à l’initiative de la machine a pour ambition de l’utiliser dans les pays sous-développés ou victimes d’une catastrophe naturelle, pour aider à loger ou reloger leurs habitants. L’avantage est aussi de pouvoir monter des maisons dans les contrées les plus reculées où il est difficile de faire venir tous les matériaux, mains d’œuvre et véhicules classiquement nécessaires pour construire des logements.
L’impression 3D nano
À l’extrême inverse, l’impression 3D permet de produire des pièces miniatures avec une extrême précision.
En Israël, l’imprimante 3D de Nano Dimension utilise une encre conductrice pour imprimer en série des circuits informatiques et composants électroniques.
« L’imprimante de la société est en mesure de proposer des designs innovants dans des dimensions allant de quelques microns à l’échelle du millimétrique », précise le fondateur de Nano Dimension.
L’impression 3D et le Do It Yourself
L’impression 3D permet aussi de produire soi-même ses pièces, réparer ou remplacer un élément défectueux sur les appareils de consommation courante. On peut imaginer une application de service après-vente basée sur l’impression 3D dans tous les commerces, quel que soit le produit vendu, finalement. Même la NASA envisage d’envoyer une imprimante 3D dans l’espace pour permettre à ses astronautes de réaliser eux-mêmes les menues réparations de leur équipement dans l’espace.
Et puis, l’impression 3D permet de produire soi-même des objets, pour l’amusement, l’artisanat d’art… Avec la baisse des coûts d’acquisition de ce type de machine, qui nous dit que demain, nos foyers ne seront pas tous équipés d’une imprimante 3D ? Dans nos cuisines, notre salon…
Le marché de l’impression 3D estimé à 35.4 milliards de dollars en 2019
Vous l’avez compris, les nouvelles technologies et la démocratisation des procédés de l’impression 3D pourraient bien bouleverser de nombreux secteurs d’activité : gain de temps, baisse des coûts, hyper personnalisation… Aujourd’hui, le marché de l’impression 3D est estimé à 11 milliards de dollars. Il devrait atteindre 26.7 milliards de dollars en 2019 et 35.4 milliards de dollars en 2020, selon le rapport « Worldwide Semiannual 3D Printing Spending Guide » du cabinet IDC (et 15 milliards de dollars en 2020 selon l’étude du cabinet XERFI). La vente de logiciels et services associés devrait également tripler ces 5 prochaines années.
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