Impression tridimensionnelle
L'impression tridimensionnelle (ou impression 3D) est une technique de production additive développée pour le prototypage rapide. Plusieurs procédés existent comme la stéréolithographie (SLA) et le FDM (Fuse Deposition Modeling).
Il est possible suivant l'utilisation des différents procédés d'obtenir une panoplie de matériaux ; le plastique (ABS), la cire, le métal[1], le plâtre de Paris et davantage encore. Le procédé utilisant le plâtre de Paris (Powder bed and inkjet head 3d printing) est issu du MIT (Massachusetts Institute of Technology), il permet de produire un objet réel à partir d'un fichier CAO (Conception assistée par ordinateur) en le découpant en tranches puis en déposant ou solidifiant de la matière couche par couche pour, en fin de compte, obtenir la pièce terminée. Le principe est donc assez proche de celui d'une imprimante 2D classique : les buses utilisées, qui déposent de la colle, sont d'ailleurs identiques aux imprimantes de bureau. C'est l'empilement de ces couches qui crée un volume.
Les applications vont de l'industrie - la production de voitures[2], d'avions[1],[3], de bien de consommation, etc.-, à la visualisation de projets, de vérification d'ergonomie pour l'architecture ou les études de design.
Cette technique est aujourd'hui (2013) limitée à l'utilisation de matériaux non propices à un usage intensif et donc ne produit que des prototypes, parfois grandeur nature, mais l'usage qui en sera fait dans l'avenir reste un sujet de recherche et de débat[4].
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Histoire [modifier]
L'imprimante tridimensionnelle est un composant important dans la nouvelle forme de production, et qui pourrait le devenir de plus en plus[5]. La précision et les types de matériaux sont susceptibles d'augmenter à l'avenir avec des techniques plus avancées[6].
Arthur C. Clarke avait parlé d'une « machine à répliquer » dans les années 1960, machine qui allait répliquer les objets comme on imprimait des livres, ce qui aurait un effet profondément positif sur la société : « l'humanité s'adaptera comme par le passé »[7].
En 1972, dans le dessin animé Tintin et le Lac aux requins, le professeur Tournesol invente une photocopieuse tridimensionnelle immédiatement convoitée par Rastapopoulos pour fabriquer des faux en dupliquant des œuvres d'art volées dans de grands musées.
Actuellement, on sait gérer facilement des matériaux correspondant aux caractéristiques suivantes :
- conducteurs électriques et isolants, (mais pas semi-conducteurs neutres, négatifs et positifs) ;
- transparents, translucides ou opaques ;
- rigides ou souples, élastiques ou cassants, mais pas précontraints ;
- colorés (toutes les couleurs, y compris phosphorescents, réactifs aux UV...) ;
- magnétiquement inertes, mais pas magnétiques permanents ni temporaires.
Importance [modifier]
Certains voient dans l'avènement de l'impression tridimensionnelle une troisième révolution industrielle. Son développement pourrait relocaliser la production dans les pays riches, étant donné que désormais la main d'œuvre serait devenue obsolète[8].
Exemples actuels [modifier]
Le commandement des opérations spéciales de l'armée américaine construit « huit usines mobiles » qui peuvent rentrer dans des conteneurs de transport standard. Ces usines sont basées sur une expérience réussie, le MPH[9]. Ce type de « micro usines » est l'aboutissement de l'idée d'usine, avec des technologies d'impressions tridimensionnelles.
EADS, la maison mère d'airbus a des projets visant à produire toutes les parties des avions par des techniques d'impression tridimensionnelle (ALM-enabled: additive layer manufacturing)[1],[10],[11]
Des entreprises d'impression tridimensionnelle à la demande existent et reprennent la vision de service web : envoi de vos plans par un site internet, paiement, impression, (montage), envoi du produit fini[12]. Le principe de service en ligne n'est pas nouveau : des industriels tel que Renault permettent de personnaliser en ligne votre voiture avant achat.
D'après l'armée américaine, l'impression tridimensionnelle réduit de 97 % les coûts de production et de 83 % le temps de production[13].
La société d'impression tridimensionnelle Stratasys a fait équipe en 2010 avec la société Kor Ecologic pour créer la première voiture imprimée, la Urbee. Le corps entier est imprimé avec un processus additif (ALM). Tous les composants extérieurs - y compris les panneaux de verre - ont été créés en utilisant les imprimantes tridimensionnelles chez Stratasys 'fabrication numérique - RedEye on demand'. La Urbee va participer au concours de X-Prize 2010[2].
L'entreprise Cresilas, société de service, est sur le marché de l'impression 3D en France depuis 1993 et possède avec sa quarantaine de machines (SLA, SLS, DMLS, Impression 3D à jets multiples) l'un des plus gros parc européen. Le français Sculpteo, plateforme d'impression 3D en ligne, propose un service d'impression 3D en ligne pour les professionnels et les particuliers. Sculpteo a lancé la première application mobile permettant de générer des fichiers 3D directement à partir d'un smartphone comme l'iPhone[14].
Shapeways, basé aux États-Unis propose un service d'impression 3D en ligne pour les particuliers et les entreprises.
L'étudiant texan Cody Wilson a réussi à fabriquer une arme à feu à l'aide d'une imprimante 3D. Si la majeure partie de l'arme est constituée de plastique moulé, fabriqué à l'aide de l'imprimante 3D, le canon et la crosse demeurent toutefois en métal. Une fois la démonstration faite de l'efficacité de l'arme, le créateur de cette arme à feu, a ensuite partagé les plans de fabrication de l'arme sur Internet. A l'origine, le créateur de cette arme à feu, souhaitait pouvoir tirer au moins vingt balles avec l'arme ainsi créée. Il n'a pu en tirer que six, avant que l'arme ne se désagrège complètement.
Le domaine de la médecine profite aussi de l'impression 3D, avec la création d'un matériau semblable à un os[15] ou encore la création de prothèses et exosquelettes personnalisés[16]
Technologies [modifier]
Toutes les technologies sont basées sur la découpe de l'objet virtuel 3D en lamelles 2D de très fine épaisseur[17]. Ces fines lamelles sont déposées une à une en les fixant sur les précédentes, ce qui reconstitue l'objet réel.
Il existe différents types de technologies. Les principales sont :
AM ou ALM (Additive -Layer- Manufacturing) [modifier]
Additive Manufacturing (AM) est défini par la norme ASTM comme le «processus d'assemblage de matériaux pour fabriquer des objets à partir des données du modèle 3D, le plus souvent couche après couche, par opposition aux méthodes de fabrication soustractive. Synonymes: fabrication additive, les procédés additifs, les techniques additives, la fabrication par couche additive, la fabrication des couches et fabrication de forme libre »[18]
Le terme additif décrit les technologies qui peuvent être utilisés n'importe où dans le cycle de vie du produit, de la pré-production (c'est-à-dire du prototypage rapide) à la production à pleine échelle (également connu sous le nom de fabrication rapide) et même pour les applications d'outillage ou de personnalisation de post-production.
Des exemples de technique d'AM sont le fused deposition modeling et le laser sintering.
FDM (Fused Deposition Modeling) [modifier]
Cette technique consiste à faire fondre une résine (généralement du plastique) à travers une buse chauffée à haute température. Un petit fil de plastique en fusion, d'un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre, en sort. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par re-fusion sur ce qui a été déposé au préalable.
FTI (Film Transfer Imaging) [modifier]
Un film transparent recouvert d’une couche de résine photopolymère est placé devant le vidéo projecteur intégré à la machine, l’image de la coupe 2D projetée dessus va faire durcir la résine. Le plateau de production est remonté d’une épaisseur tandis que le film transparent fait un aller-retour dans la cartouche afin de recevoir une nouvelle couche de résine liquide, l’image de la coupe 2D suivante est projetée dessus et ainsi de suite. La pièce est ainsi reconstituée couche par couche.
MJM (Modelage à Jets Multiples) [modifier]
Cette technique consiste à déposer une couche de résine (du plastique type acrylate ou polypropylène) liquide de la même manière qu'une imprimante à jet d'encre avec une épaisseur de 2/100 à 4/100 de mm.
SLA (StéréolithographieApparatus) [modifier]
Cette technique utilise en général une résine spéciale sensible au traitement ultra violet. À la fin de chaque couche 2D, une lampe ultra-violette traite la résine qui durcit.
SLS (Selective Laser Sintering) [modifier]
Cette technique est similaire à la stéréolithographie, mais une poudre est utilisée (au lieu d'un photopolymère liquide). Un laser puissant solidifie localement la surface de poudre et l'agglomère aux couches précédentes par frittage. Une nouvelle couche de poudre est ensuite étalée et le processus recommence.
Impression de nourriture [modifier]
En 2009, l'institut français d'art culinaire, l'école d'art culinaire de New York City ont travaillé sur l'élaboration de l'impression de nourriture, sur l'imprimante 3D libre Fab@home[19].
En 2010, le projet Cornucopia du Massachusetts Institute of Technology travaille sur l'impression de nourriture[20] et des entreprises (comme IKEA) travaillent sur ce concept[21]
En 2012, Choc Edge a proposé la Choc Creator Version 1, la première imprimante 3D à chocolat.[22]
Notes et références [modifier]
- (en) The rise of additive manufacturing (the engineer co.uk)
- (en) Additive Manufacturing company Stratasys and Kor Ecologic of Winnepeg, Canada make Urbee , the first 3D printed car
- (en) Large format 3d Printers - Making large things from Additive Manufacturing and Airbus has Roadmap to use Additive Manufacturing with Carbon Nanotubes to Make Whole Wings
- L’impression 3D est-elle le moteur de la fabrication de demain ?, dans Le Monde du 7 mars 2012.
- (en) Three Financial Reasons for a 3D Printer
- (en) Voxel Fabbing, Nanosphere Lithography and Microspheres, Personal Portable 3D Printer and At Home Laser Cutting , sur le site nextbigfuture.com
- BBC Horizon (1964) with Arthur C. Clarke (Part 2 of 2)
- « La troisième révolution industrielle est en marche et nous pouvons tous y participer », Framablog, 17 septembre 2012 [texte intégral]
- (en) RESILIENT COMMUNITY: Forget Afghanistan, These are Needed in Detroit etc., sur le site globalguerrillas.typepad.com
- (en) Utopium project to use carbon nanotube enhanced materials with Additive Manufacturing and the Airbus vision to Scale up Additive Manufacturing, sur le site nextbigfuture.com
- (en) Large format 3d Printers - Making large things from Additive Manufacturing and Airbus has Roadmap to use Additive Manufacturing with Carbon Nanotubes to Make Whole Wings, sur le site nextbigfuture.com
- (en) RedEye, part for prototype and production, on demand, sur le site eu.redeyeondemand.com
- (en) US Military Has Project to Develop Additive Manufacturing to Make Parts for Military Equipment for in-theater repairs, sur le site nextbigfuture.com
- (en) Sculpteo 3-D Printing App Uses Your Mug to Make a Mug, sur le site wired.com
- Vous vous êtes cassés un os ? Imprimez-le !, sur le site www.be-3d.fr
- Des « Bras Magiques » permettent à une fillette d’enlacer sa mère, sur le site www.be-3d.fr
- voir animation du procédé
- Reprinted, with permission, from ASTM F2792-10 Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, copyright ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428. A copy of the complete standard can be obtained from ASTM International, www.astm.org.
- The Future of Food Printing
- MIT's food printer (Make magazine)
- IKEA kitchen of the future: 3D food printer, multitouch taps and more
- La première imprimante 3D à chocolat !, sur le site Be-3D.fr
Voir aussi [modifier]
Articles connexes [modifier]
- Modélisation tridimensionnelle
- Scanner tridimensionnel
- Matériel libre : Fab@home, RepRap, Makerbot (en)
- CandyFab (en) Imprimante 3D alimentaire.
