Impression 3D : Une technologie en constante évolution

Définition

L’impression 3D ou impression tridimensionnelle est l’appellation « grand public » des procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière. Dans le langage industriel on préfère le terme fabrication additive. L’impression 3D permet de réaliser un objet réel : un concepteur dessine l’objet 3D grâce à un outil de conception assistée par ordinateur (CAO).

Ce procédé apparaît avant les années 2000. Il n’a, depuis lors, jamais cesser d’évoluer. Aujourd’hui, les applications et les imprimantes disponibles sont capables de créer de vraies pièces fonctionnelles. Il ne manque plus que la résistance et la taille maximales à traiter.

Un peu d’histoire comparative

Il arrive souvent qu’une nouvelle invention soit créée dans un livre ou un film bien avant sa sortie. Sur le moment, cette fiction étonne et ébahie les spectateurs ou les lecteurs. Pour ne citer que quelques exemples, nous avons :

Le four à micro-onde

Micro-onde

Cuire ses aliments dans une boîte sera génial! Il ne sait dévoilé, s’est démocratiser et est devenu accessible financièrement qu’en 1990. Cependant, dans certains films, la nourriture était chauffée dans des appareils similaires mais qui n’existaient pas encore. Vision du futur?

La fusée

Fusée

Dans Tintin objectif Lune c’est la même histoire. Hergé invente les voyages lunaire avant Amstrong et fait voyager Tintin jusqu’à l’astre blanc.

Les voitures volantes ou drones

Qui aurait cru que nous pourrions voler un jour dans un véhicule qui n’est pas un avion? Vous serez d’accord avec moi si je vous dis que bon nombre de films ou d’ouvrages y font références alors qu’aucun projet n’est encore lancé?

Les technologies sans fil

Les téléphones sans fil par exemple, pas les mobiles mais les téléphones fixes qui au début était filaire et accrochés au mur. D’ailleurs il n’y avait que 2 couleurs à savoir le gris et l’orange. Regardez donc cette photo ci-dessous.

Et pour finir l’impression 3D… Nous sommes au début de cette grande aventure.

Le professeur Tournesol dans Tintin nous a proposé en 1972 une machine capable de dupliquer des objets en 3 dimensions. Le but était de dupliquer des oeuvres d’art et le grand ennemi de Tintin, Rastapopoulos, la convoitait. Bien plus tôt, en 1960, Arthur C. Clarke, qui faisait parti de nos hommes visionnaires, évoquait une machine à répliquer qu’il nommait “The replicator”. “Répliquer des objets comme on imprimait des livres” disait-il : “L’humanité s’adaptera comme dans le passé”. D’après lui cela aura un effet positif sur la société.

Rétrospective sur l’origine et l’évolution de l’impression 3D

C’est depuis la fin des années 90 que la chose fut inventée et cela fait quelques années que cette technologie s’améliore. À tel point que les impressions 3D sont de moins en moins chères et surtout les imprimantes sont plus petites qu’au début.

D’abord utilisé dans l’industrie pour le prototype de différente pièce, cela servait à savoir si la fabrication de ces dernières étaient possible, non contraignante et surtout, les process pouvaient être modifiés rapidement à moindre coût.

Les dates clés :

  • Le 16 juillet 1984

Le 1er brevet sur la « fabrication additive » déposé par trois Français (Jean-Claude André, Olivier de Witte et Alain le Méhauté, pour l’entreprise CILAS ALCATEL).

Deux semaines plus tard, l’américain Chuck Hull brevète la technique de stéréolithographie (SLA pour StéréoLithographie Apparatus). L’entreprise 3D Systems lance fin 1988 la première imprimante 3D, la SLA-250.

  • En 1995

Apparition de la technologie d’impression 3D métallique DMLS, pour Direct Metal Laser Sintering.

  • En 2003

Apparition du procédé de collage de feuilles de papier A4, le 3DPP, pour 3D Paper Printing.

  • En 2005

Naissance de la première imprimante couleur (entreprise ZCorporation), utilisant la quadrichromie comme les imprimantes classiques, et des pigments liés par de la colle à une matière minérale.

  • En 2006

Naissance du projet RepRap, premier projet open source d’imprimante 3D, par le Dr Adrian Browyer, alors professeur en génie mécanique à l’Université de Bath. Il ouvre la voie aux futures imprimantes domestiques, puisqu’il consiste à pouvoir construire par soi-même une imprimante 3D en technologie de dépôt de fil fondu. Il donne naissance à la culture maker.

  • Depuis 2010

La précision de l’impression et les typologies de matériaux augmentent considérablement. Essentiellement dans la miniaturisation des éléments des imprimantes. Des projet de plus grandes ampleurs sont également à l’étude.

  • En 2013

Barack Obama, le président des États-Unis, a indiqué sa volonté, lors de son discours sur l’état de l’Union en février 2013, pour que l’Amérique investisse dans la création de centres d’impression 3D dans le but de dynamiser l’innovation et de créer des emplois. Son développement pourrait relocaliser la production dans les pays riches, étant donné que désormais la main-d’œuvre serait devenue obsolète.

  • En 2014

Des objets de grande taille commencent à être produits par la technologie du Contour crafting: Le Pr Behrokh Khoshnevis, avec l’université de Californie du Sud et des financements de la Nasa et l’Institut Cal-Earth teste une « imprimante 3D géante » avec comme projet de construire une maison en 24 heures. L’imprimante est ici un robot qui projette du béton selon un plan stocké dans l’ordinateur qui le commande.

De tels robots pourraient construire, pour tout ou partie avec des matériaux prélevés sur place des édifices civils et militaires, des pistes d’atterrissage, des routes, des hangars ou encore murs anti-radiation ainsi que des structures éventuellement habitables sur la Lune, Mars ou d’autres environnements extraterrestres. Des tests sont faits dans un laboratoire de la Nasa (D-RATS, situé dans le désert). Ce procédé est ou a été testé à petite échelle (projet « maison du futur / Urban initiative policy » (2004) et il est envisagé par des industriels depuis plusieurs années.

  • En 2015

De nombreux observateurs (surtout les grandes sociétés qui ont les moyens) estiment que ces technologies prendront une part importante dans la nouvelle forme de production. Jeremy Rifkin pense a une nouvelle révolution industrielle.

  • Des projets plus grands?

Imprimer sa maison! Voilà une phrase que nous entendrons peut-être dans les prochaines années. Cela paraît fou, mais plusieurs test grandeur nature ont eu lieu. Ce ne sont pas des prototypes mais bel et bien des tests avec les machines finales qui ont réalisé cette prouesse.

À Nantes, des maisons pour des logements sociaux ont été imprimées par Bouygues Construction, avec des formes et des lignes arrondies et personnelles. Le rêve de certains serait d’avoir une maison personnalisante à volonté lors de la conception sans contraintes et surcoût. Cette impression de maisons devrait réduire les prix d’achat de 25 à 30% par rapport au prix actuels. Les délais de livraison serait également très court. Quelques jours seulement pour une maison de 90 m2 comprenant 4 chambres.

Notre futur…

Des robots capables d’imprimer des structures tridimensionnelles peuvent déjà construire un pont autoportant (de taille modeste) sans avoir besoin d’échafaudage et en « imprimant » eux-mêmes leur propres structures de soutien qui peuvent devenir des pièces de l’architecture au fur et à mesure que son plan se matérialise.

Un premier projet a porté sur l’utilisation de sable comme matériau de base et mi-2015, une start-up néerlandaise a ainsi annoncé avoir tester (mi-2017) la construction d’un pont piéton de 7 mètres au-dessus d’un canal d’Amsterdam, en s’appuyant sur la méthode dite « impression hors de la boîte ». Dans ce cas les robots ont construits le pont en projetant des petites quantités d’acier fondu, via des bras mobiles selon 6 axes, avec un gaz de soudage spécialement développé (par Air Liquide).

En 2014, en chine 10 petites maisons ont été préfabriquées par une imprimante géante à Shanghai en 24 heures par WinSun qui en 2015 a réussi à imprimer en 3D un immeuble de 5 étages à Suzhou, en Chine.

Amsterdam

La plus grosse imprimante 3D du monde pour construire une maison

 

Alors que les technologies de fabrication additive se démocratisent dans l’industrie, un projet architectural va plus loin. Une maison entière est en train d’être imprimée en 3D sur les rives du canal d’Amsterdam.

Le KamerMaker est la plus grande imprimante 3D du monde. Elle a été conçue il y a quelques années par Utilimaker et Architectburo DUS. Elle permet l’impression d’objets de très grande taille, qu’il s’agisse de meubles ou de petites éoliennes.

La finalité?

Le but affiché consistait, à terme, à se consacrer à des projets architecturaux à échelle réelle. Il est en passe d’être atteint. En effet, le KamerMaker travaille en ce moment à la construction d’une maison entière sur la rive du canal d’Amsterdam, dont il a déjà créé une partie. Cela lui a pris une semaine, et la pièce actuelle pèse environ 180 kg. A ce rythme, il lui faudra environ 3 ans pour compléter son œuvre. Afin de s’assurer de la solidité de l’ensemble, l’entreprise utilise une structure en nid d’abeilles à l’intérieur des pièces. Celle-ci sera remplie par une mousse spécifique avant l’assemblage final, pour obtenir une solidité proche de celle du béton.

En conclusion, quelles limites pour l’impression 3D?

La plus grande limite à cette technologie est l’imagination. Si au début, seul des pièces plastiques étaient imprimées, nous sommes capable à ce jour d’imprimer des pièces en métal.

J’espère que cette page sur l’impression 3D vous a plus.

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Bruno.