Impression 3D

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Impression en 3D d'un objet hexagonal.

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). Le fichier 3D obtenu est traité par un logiciel spécifique qui organise le découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation de la pièce. Le découpage est envoyé à l'imprimante qui dépose ou solidifie la matière couche par couche jusqu'à obtenir la pièce finale. Le principe reste proche de celui d'une imprimante 2D classique à cette grande différence près : c'est l'empilement des couches qui crée le volume.

Historiquement l'impression 3D commence au début des années 2000, par l'utilisation de résine chauffée et sert au prototypage rapide. Les années 2010 voient émerger des techniques innovantes utilisant une panoplie de matériaux nouveaux : le plastique (ABS), la cire, le métal (aluminium, acier, titane, platine)[1], le plâtre de Paris[2], les céramiques et même le verre[3],[4]. Des gains en durée et en précision de fabrication permettent la réalisation de pièces en petites séries.

Les applications de l'impression 3D sont multiples. D'abord cantonnée au prototypage, et à la visualisation d'ergonomie pour l'architecture ou les études de design. puis à l'appareillage et à la prothèse, elle gagne peu à peu des secteurs industriels qui vont de la production de pièces de voitures[5], d'avions[1],[6], de bâtiments[7], de biens de consommation, etc.. Le prix d'une imprimante 3D performante, son utilité limitée et la maîtrise technique nécessaire à sa mise en œuvre freinent son apparition comme appareil d'usage domestique.

Généralités[modifier | modifier le code]

Les premières imprimantes 3D apparaissent aux débuts des années 2000. Cette technique utilise à ses débuts des résines, matériaux non propices à un usage intensif, et ne produit que des prototypes, parfois grandeur nature, son usage ultérieur reste un sujet de recherche et de débat[8].

À partir des années 2010, l'impression 3D se développe grâce à la maîtrise de nouveaux matériaux et sort du champ exclusif du prototypage. L'industrie dentaire et la bijouterie de luxe utilisent cependant déjà l'impression 3D avec succès pour la réalisation de pièces finales, tout comme les industries aérospatiale, automobile et l'industrie du cinéma. Certains utilisateurs d'imprimantes 3D personnelles ou de services d'impression 3D en ligne utilisent aussi déjà quotidiennement des objets imprimés en 3D[9]. Débuté en janvier 2013, le projet Amaze de l'Agence spatiale européenne vise à permettre l'impression en 3D, de manière industrielle, de pièces exploitables dans l'aérospatial ainsi que d'autres domaines à fortes contraintes[10],[11]. Par ailleurs, à Amsterdam, un pont imprimé en 3D devrait être mis en service en 2017, pour relier deux berges d'un canal large de 6,5 mètres[12].

Une maquette de façade d'immeuble créée par impression tridimensionnelle.


Historique, développements et prospectives[modifier | modifier le code]

Historique[modifier | modifier le code]

L'imprimante tridimensionnelle a d'abord relevé de la science-fiction (Arthur C. Clarke évoquait 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 »[13]) ou de la bande dessinée (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).

Puis dans le dernier quart du XXe siècle certaines industries l'ont développée et utilisée (pour le prototypage surtout).

Le , le 1er brevet sur la « fabrication additive » est 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). Ce brevet est à l'origine du nom de l’extension du fichier d’impression.stl, et de l'entreprise 3D Systems, géant de la fabrication d’imprimantes 3D. Cette dernière lance fin 1988 la première imprimante 3D, la SLA-250.

En 1995 apparaît la technologie d’impression 3D métallique DMLS, pour Direct Metal Laser Sintering. En 2003 apparaît le procédé de collage de feuilles de papier A4, le 3DPP, pour 3D Paper Printing.

Évolution et enjeux[modifier | modifier le code]

En 2005 naît 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. L'année 2006 voit la naissance 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 sans cesse et l'avenir promet des progrès techniques[14] EN 2015, de nombreux observateurs estiment que ces technologies prendront une part importante dans la nouvelle forme de production. Jeremy Rifkin pense qu'elle pourrait être un des éléments de son concept de troisième révolution industrielle[15] de même que Chris Anderson, écrivain et journaliste américain, auteur de Makers: The New Industrial Revolution.

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[16]. Son développement pourrait relocaliser la production dans les pays riches, étant donné que désormais la main-d'œuvre serait devenue obsolète[17]. .

Prospectives[modifier | modifier le code]

Des objets de grande taille pourraient bientôt également être produits par la technologie du Contour crafting[18] : Le Pr Behrokh Khoshnevis, avec l'université de Californie du Sud et des financements de la Nasa et l'Institut Cal-Earth teste en 2014 une « imprimante 3D géante » avec comme projet de construire une maison en 24 heures[19]. 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 situé dans le désert de la Nasa (D-RATS). Ce procédé est ou a été testé à petite échelle (projet « maison du futur / Urban initiative policy » (2004)[20]) et il est envisagé par des industriels depuis plusieurs années[21].

Des robots capables d'imprimer des structures tridimensionnelles peuvent par exemple 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[22] et mi-2015, une start-up néerlandaise[23] a ainsi annoncé vouloir 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 construiront 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)[24],[25],[26].

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

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Exemple d'une imprimante 3 dimension RepRap (contraction de l'anglais Replication Rapid prototyper : Concepteur de réplication rapide) version « Mendel »
une Reprap version « Huxley » a imprimé plusieurs objets en 3D

En 2012, le marché mondial de l'impression 3D a atteint 2,2 milliards de dollars avec une croissance annuelle de 30 %[27].
En 2013, les technologies d'impression 3D permettent d'imprimer aisément des matériaux avec les caractéristiques suivantes :

  • conducteurs électriques et isolants, résistants électriques ;
  • transparents, translucides ou opaques ;
  • rigides ou souples, élastiques ou cassants ;
  • pâteux, durs, abrasifs ;
  • colorés (toutes les couleurs, y compris phosphorescents, réactifs aux UV…) ;
  • magnétiquement inertes ;
  • magnétiquement temporaires, médiocrement, en introduisant de la limaille de fer dans une cavité, ou un métal par exemple. (Une aimantation ultérieure permet de gérer les aimantations définitives).

En 2013, on ne sait pas gérer facilement des matériaux correspondant aux caractéristiques suivantes :

  • semi-conducteurs neutres, négatifs et positifs : voir l'article dédié : dopage (semi-conducteur) ;
  • précontraints ;
  • gaz.

Les textiles sont généralement assemblés séparément et fixés aux objets finaux.

Cela rend impossible les transistors, l'électronique, l'informatique, les panneaux photovoltaïques, les interrupteurs à lames souples.

Il est plus facile de construire les pièces détachées séparément et de les assembler ensuite, mais il est souvent possible d'imprimer les objets déjà terminés, avec l'assemblage déjà effectué.

À noter que Microsoft a déposé en septembre 2013 un brevet rendu public qui aurait pour objectif de repousser les limites décrites ci-dessus : en effet, l'entreprise envisage des imprimantes 3D[28] capables d'élaborer des objets électroniques en fournissant comme « consommables » des cartouches de composants électroniques (puces, LED, processeurs, etc.).

Applications[modifier | modifier le code]

Armes et armée[modifier | modifier le code]

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[29]. Ce type de « micro usines » est l'aboutissement de l'idée d'usine, avec des technologies d'impressions tridimensionnelles.

D'après l'armée américaine, l'impression tridimensionnelle réduit de 97 % les coûts de production et de 83 % le temps de production[30].

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. À 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.

Aéronautique[modifier | modifier le code]

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],[31],[32]. Airbus produit déjà certaines parties de ces avions grâce au procédé d'impression 3D notamment pour l'A350 XWB[33]. Ce qui est précieux pour l'aéronautique, ce sont les pièces 30 à 55 % plus légères, en comparaison des productions traditionnelles et à la main. L'A350 adopte déjà plus de 1 000 pièces fabriquées de cette manière[34].

SpaceX a réussi en 2014 à remplacer certaines composantes (métalliques) de leurs fusées avec des pièces imprimées en 3D.

Médecine et recherche[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Bio-impression.
Oreille interne d’un fossile de babouin (2,8 millions d’année) initialement de 2 cm agrandie à 22 cm.

Le domaine de la médecine profite aussi de l'impression 3D, avec la création d'un matériau semblable à un os[35] ou encore la création de prothèses et implants (hanches artificielles, appareils dentaires et auditifs personnalisés)[36] et exosquelettes personnalisés[37]. Récemment les chercheurs de l'AECS (université de Wollongong) ont conçu un crayon, le BioPen, capable d'imprimer des cellules souches (nerveuses, musculaires, osseuses) sur des zones lésées[38].

Il est possible d'imprimer des prothèses adaptées à la morphologie de la personne. Un bras cassé oblige aujourd'hui à poser un plâtre présentant des problèmes d'hygiène. L’impression 3D permet d'imprimer des prothèses parfaitement adaptées aux besoins de la personne. Les avantages de cette technologie sont que la prothèse peut être imprimée en quelques heures, est parfaitement adaptée aux besoins du patient (isolation à l’eau, meilleur ventilation, meilleur esthétique..), et tout ça pour des coûts de fabrication relativement faibles[39].

Avant une opération, un chirurgien peut imprimer en 3D une réplique de l’organe à opérer afin de savoir exactement à quoi s’attendre, ce qui lui permettra de gagner en temps et en efficacité.

L'impression tridimensionnelle permet de matérialiser des espaces creux ou des organes mous.

Autorisé en 2015 par la FDA[40],[41], le premier médicament imprimé en 3D est commercialisé aux États-Unis en avril 2016 par Aprecia qui a l'exclusivité pour l'industrie pharmaceutique d'une technique brevetée par le MIT[42]. La substance active est le lévétiracétam[40]. La pilule, plus poreuse grâce à l'impression 3D[40], se dissout plus rapidement, facilitant son ingestion par les personnes atteintes de dysphagie ou de troubles de la déglutition[40].

Un robot humanoïde, InMoov, et une main bionique à bas prix, Bionicohand, ont été créés à partir de l’impression 3D.

Particuliers et fab-lab[modifier | modifier le code]

Des entreprises d'impression tridimensionnelle à la demande se créent et reprennent la vision de service web : envoi des plans du particulier sur un site internet, paiement, impression, (montage) et envoi du produit fini[43]. Dans le même temps des Fab-lab démocratisent la technologie 3D, et en 2013, le ministère français du redressement productif soutient par un appel à projets 14 fab-labs (ou laboratoires de fabrication additive), utilisant des machines d'impression 3D.*

À la même période, les imprimantes 3D d’entrée de gamme passent sous la barre des 1 000 euros et une certaine presse les présentent comme les prochains objets high-tech indispensables, après les smartphones et les tablettes. Mais l’engouement que suscite la technologie d'impression auprès du grand public n’opère pas : manque de répétabilité , trop de pièces ratées et lenteur de fabrication font que le particulier se lasse vite. En 2016, le public des Fab-Lab est à 80 % un public de professionnel. Le PDG de Top Office constate « De notre point de vue, l’impression 3D pour le grand public reste un épiphénomène, tandis que dans le monde professionnel les usages se multiplient; 95 % des clients sont professionnels. »[44] Certains prétendent même qu'une imprimante 3D à domicile ne sert à rien [45].

Musique[modifier | modifier le code]

L’impression 3D a trouvé un rôle dans le développement de la facture instrumentale[46]. Elle permet la production et la personnalisation de nouveaux instruments ou d'enceinte acoustique.
Ainsi, l’entreprise Odd fabrique des guitares imprimées en nylon. L'entreprise 3DVarius crée des violons électriques en plastique en s’inspirant du célèbre modèle du Stradivarius. L’entreprise SYOS (Shape Your Own Sound) fabrique des becs de saxophone sur mesure adaptés aux possibilités du musicien et à son style.

L’impression 3D permet également une nouvelle matérialisation de la musique sous forme 3D : l’entreprise Reify imprime des totems, correspondant au morceau de musique écouté[47].

Technologies[modifier | modifier le code]

Principes[modifier | modifier le code]

Les technologies d'impression 3D sont basées sur la modélisation de l'objet virtuel 3D en couches 2D de très fines épaisseurs[48]. Ces fines couches sont déposées une à une en les fixant sur les précédentes, ce qui reconstitue l'objet réel. Les buses des imprimantes se déplacent en général suivant 3 axes (3 translations d'espace : largeur (X+), profondeur(Y+), hauteur(Z+)). Certaines imprimantes 3D, plus sophistiquées, rajoutent 2 rotations sur la tête de buse (A+ et B+) facilitant la conception des supports nécessaires à certaines pièces. La commande des axes sur les imprimantes 3D est similaire à la commande des axes sur machines-outil à commande numérique MOCN (les premières MOCN datent des années 1960). Le fonctionnement est très proche mais sur une imprimante 3D la pièce est réalisée par ajout de matière et non par enlèvement.

Limites[modifier | modifier le code]

La plupart des procédés génèrent des états de surface relativement médiocres; il est souvent indispensable de lisser les surfaces par des techniques de polissage plus ou moins complexes. Ainsi, les centrifugeuses satellitaires à axe oblique constituent une solution intéressante en les combinant avec des médias abrasifs de petite taille pour atteindre toutes les zones des surfaces des pièces. Les médias les plus performants sont constitués de poudre de diamant, garantissant ainsi une efficacité très longue dans le temps. D'un Ra de l'ordre de 15 à 20 µm, il est possible de passer à des valeurs proches de 0.1 µm voire mieux... Certaines techniques d'impression tridimensionnelle sont émettrices de particules « ultrafines » (nanoparticules). Les procédés métalliques basés sur la fusion de poudre donnent des pièces relativement nocives si la poudre est mal aspirée sur la pièce finale.

Avantages[modifier | modifier le code]

  • Nombreux matériaux utilisables. Attention, une imprimante n'est pas polyvalente. Elle est conçue pour un et un seul type de matériau.
  • Délais de fabrications courts : l'impression 3D ne nécessite pas d'étape de pré-fabrication.
  • Fabrication de formes qui peuvent être très complexes: formes intérieures non débouchantes, canaux ou logements étroits, profils complexe, etc.
  • Fabrication sans frais fixes : il n'y a pas d'étapes de pré-industrialisation, de fabrication de moules, de gabarit ou d'outillage spécifique.

Terminologie et normalisation[modifier | modifier le code]

Le terme générique anglais désignant la fabrication additive est Additive Manufacturing (AM)[49]. Elle est décrite par l'organisme de normalisation ASTM comme « 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[50]. La fabrication additive regroupe aujourd’hui sept familles normalisées de procédés par addition de couche : la fusion de fil au travers d’une buse chauffante (procédé FDM ou FFF), la projection de liant sur un substrat de type poudre (3DP), la projection de gouttes de matériaux (Polyjet), l’assemblage de couches à partir de feuilles ou plaques découpées (Stratoconception), la polymérisation d’une résine sous l’effet d’un laser ou d’une source UV (Stéréolithographie), la solidification d’un lit de poudre sous l’action d’une source d’énergie moyenne à forte puissance (laser) (SLS) et la projection d’un flux de poudre dans un flux d’énergie laser (CLAD).

Procédés industriels[modifier | modifier le code]

CLIP (Continuous Liquid Interface Production)[modifier | modifier le code]

La résine liquide est solidifiée à l'aide d'un laser ultraviolet, en provoquant une photopolymérisation dans un environnement dont la teneur en oxygène est contrôlée. L'impression CLIP introduite par Carbon3D s'inspire d'un procédé additif bien connu de la stéréolithographie. Cette technique d'impression serait l'une des plus rapides, réduisant la durée d'impression à quelques minutes au lieu de quelques heures[51] pour un objet de même taille.

EBM (Electron Beam Melting)[modifier | modifier le code]

Procédé similaire à la fusion laser (Selective Laser Melting), ce procédé utilise un faisceau d'électrons, donnant des pièces de dimensions similaires mais avec quelques changements sur les propriétés de celles-ci.

FDM (Fused Deposition Modeling)[modifier | modifier le code]

Cette technique consiste à faire fondre un filament de thermoplastique (généralement un plastique type ABS ou PLA) à travers une buse (ou extrudeur) chauffée à une température variant entre 160 et 400 °C suivant la température de plasticité du polymère. Le fil en fusion, d'un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre , est déposé sur le modèle et vient se coller par re-fusion sur la couche précédente .

Le Fused Deposition Modeling est une marque déposée par l'inventeur de la technologie (Stratasys) tombée dans le domaine public en 2012.

FTI (Film Transfer Imaging)[modifier | modifier le code]

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 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 | modifier le code]

Article détaillé : Modelage à jets multiples.

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.

En 2014, BMW France utilise le MJM pour une opération événementielle, en créant des voitures miniatures insolites[52].

SLA (StéréolithographieApparatus)[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Stéréolithographie.

Cette technique utilise en général une résine spéciale sensible au traitement par rayon laser. À la fin de chaque couche solidifiée, le laser continue à chauffer la résine qui durcit jusqu'à former l'objet complet. Cette technique permet ainsi d'imprimer des verres de silice fondus transparents[53].

SLM (Selective Laser Melting)[modifier | modifier le code]

C'est la technique la plus utilisée pour faire des pièces métalliques. Elle offre un bon compromis entre précision et dimensions. Son nom français est Fusion Laser.

L'emploi de Laser Beam Melting, Direct Metal Laser Sintering, désigne le même procédé.

SLS (Selective Laser Sintering)[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Frittage sélectif par laser.

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.

DMD (Direct Metal Deposition)[modifier | modifier le code]

Ces procédés concernent la projection de poudre métallique fondue en général par un faisceau laser. Deux axes supplémentaires permettent de s'adapter aux formes complexes. Pour la fabrication de pièces métalliques, il s'agit du précurseur de la fusion laser.

Récapitulatif[modifier | modifier le code]

Le tableau suivant classe les méthodes de fabrication additive selon la forme de la matière de base et le procédé de leur mise en forme[54],[55],[56].

Matériaux utilisé Principe de mise en forme Énergie Dénomination française Dénomination anglaise Description matière de base
Bobine de fil[57],[58],[59]) Physique : fusion (extrusion) Chauffage Dépôt de fil en Fusion FDM
Fused deposition modeling
Dépôt puis refroidissement d'un fil thermoplastique ramolli par chauffage. Thermoplastiques (ABS , polycarbonate)
Poudre Physique : fusion Laser Fusion sélective par laser SLM
Selective Laser Melting
Réalisation par couches successives 2D grâce à un laser qui balaye chaque couche et provoque la fusion d'une fine poudre placée dans un bac. La solidification a lieu directement après la disparition du faisceau . Métaux, plastiques et céramiques
Poudre Physique : frittage Laser Frittage sélectif par laser SLS
Selective Laser Sintering
Réalisation par couches successives 2D grâce à un laser qui balaye chaque couche successivement et provoque le frittage d'une poudre placée dans un bac. Thermoplastiques (polycarbonate, polyamides, le chlorure de polyvinyle), métaux, céramiques
Poudre Physique : Fusion Faisceau Électrons Fusion par faisceau d'électrons EBM
Electron Beam Melting
Réalisation couche par couche par fusion de poudre de métal obtenu grâce à un faisceau d'électrons. Titane principalement
Liquide Chimique : polymérisation ou réticulation Laser Stéréolithographie SLA
Stereolithography Apparatus
Réalisation par couches successives 2D associée à un laser qui balaye chaque couche successivement dans un bain de liquide et le polymérise. Élastomères et plastiques thermodurcissable
Poudre Chimique : polymérisation et réticulation Ultra-violet photopolymérisation SLA
StereoLithography Apparatus
Dépôt mécanique de matière par couches successives. Plastiques, époxy, polymères acryliques
Solide Physique ou chimique selon le type d'adhésif Modélisation d'objets laminés LOM
Laminated Object Manufacturing
Collage de film avec un adhésif. Papier, plastique, céramique ou aluminium

Procédés connexes[modifier | modifier le code]

Des logiciels de dessin tridimensionnel et des outils, logiciels et applications de scannage 3D (ex Sprout, Sketchup ; Autodesk ; Tinkercad ; 3DTin[60].) grand public sont peu à peu développés pour faciliter la création directe du modèle et son importation vers l'imprimante 3D. Ils complètent une offre logiciel déjà existante mais auparavant réservée aux professionnels.

Autres procédés[modifier | modifier le code]

Impression de verre[modifier | modifier le code]

Le MIT (Massachusetts Institute of Technology) a conçu une imprimante 3D qui travaille avec du verre fondu et baptisée G3DP (pour Glass 3D Printing). L'imprimante se compose d'un four à creuset de 1,800 W, qui permet de faire fondre le verre et de le maintenir entre 1.040 et 1,165 °C, d'une buse chauffante en céramique, qui va déposer la matière (filaments de verre de 10 millimètres de diamètre), et d'un four à recuisson pour maintenir la température au-dessus du seuil de transition du verre[61].

Impression de sable[modifier | modifier le code]

En 2012-2013, des expériences artistiques et/ou techniques ont utilisé des machines construisant des objets ou décors en sable, parfois de grande taille. C'est par exemple le cas :

  • de décors d'architecture imprimée par les architectes Michael Hansmeyer et Benjamin Dillenburger, réalisés avec le Department d'Architecture de l'ETH de Zurich 18. La machine 3D a produit des objets de grande taille à base de sable mis en forme à partir d'algorithmes conçus pour produire des formes complexes et décoratives18, qui ont été exposées en France au FRAC d'Orléans en 201419 ;
  • des « sculptures » ou objets utilitaires construit par un « robot mobile pulvérisateur de pierre » (Stone Spray robot) contrôlé par ordinateur et capable d'imprimer dans plusieurs directions à la fois (selon deux plans ; vertical et horizontal) pour produire des formes complexes éventuellement autoportantes (meubles, murs, sculptures20... construites à base de sable aggloméré par une colle (liant écologique certifié LEEED (Leadership in Energy and Environmental Design), avec une alimentation électrique qui est un panneau photovoltaïque21. Ce robot a été produit par Shergill, Anna Kulik et Petr Novikov, supervisés par Jordi Portell, Marta Male Alemany et Miquel Iloveras de l'IAAC (Institut catalan pour une architecture avancée (Institute for Advanced Architecture of Catalonia (en))22 ;
  • des objets en sable fondu ; la fusion étant ici produite par concentration d'un faisceau de lumière solaire sur une couche renouvelée de sable du désert. Markus Kayser a ainsi produit un petit prototype très simple, testé avec succès dans le désert du Sahara fonctionnant au moyen d'une lentille de Fresnel (« Solar Sinter Project ») concentrant la chaleur du soleil sur du sable ajouté dans la machine couche par couche, sur la base d'un modèle numérique23.

La NASA envisage l'utilisation d'une Imprimante 3D géante pour imprimer des constructions en dur sur la Lune ou Mars à partir des poussières de ces planètes additionnées et d'un liant[62].

Impression alimentaire[modifier | modifier le code]

L'impression 3D appliquée à l'alimentaire a donné lieu à quelques réalisations qui répondent davantage à des opérations évènementielles qu'à de vrais processus de fabrication[63]. Citons :

  • 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[64] ;
  • en 2010, le projet Cornucopia du Massachusetts Institute of Technology travaille sur l'impression de nourriture[65] et des entreprises (comme IKEA) travaillent sur ce concept[66] ;
  • en 2012, Choc Edge a proposé la Choc Creator Version 1, la première imprimante 3D à chocolat[67].

D'autres réalisations sont à noter dans ce domaine[68].

Impression de tissu vivant[modifier | modifier le code]

L’Inserm de Bordeaux a mis au point un système de « bio-impression » par laser qui permet de confectionner des tissus en trois dimensions. Cette technique, en devenir, servira à créer des tissus destinés à des essais pour l’industrie pharmaceutique ou cosmétique puis, à terme, à réaliser des greffons[69].

Aspects juridiques[modifier | modifier le code]

La démocratisation de l'impression tridimensionnelle fait craindre à certains de nouveaux modes de reproduction illégale. Elle pourrait induire une adaptation du droit de la propriété intellectuelle.

En novembre 2010, Michael Weinberg écrit sur PublicKnowledge.org. que « Le temps viendra (...) vite où les industries en place qui seront touchées exigeront de nouvelles lois restrictives pour l’impression 3D. Si la communauté attend ce jour pour s’organiser, il sera trop tard. [Elle] doit plutôt s’efforcer d’éduquer les décisionnaires et le public au formidable potentiel de l’impression 3D. Ainsi, lorsque les industries en place décriront avec dédain l’impression 3D comme un passe-temps de pirates ou de hors-la-loi, leurs déclarations tomberont dans des oreilles trop avisées pour détruire cette toute nouvelle nouveauté ».

L'impression tridimensionnelle a d'abord été industrielle, mais fonctionne aussi sur le modèle du logiciel libre/open source. Un auteur de Framablog écrit « songez en effet à un monde où les quatre libertés du logiciel s’appliquent également ainsi aux objets domestiques : liberté d’usage, d’étude, d’amélioration et de diffusion. Ne sommes-nous pas alors réellement dans des conditions qui nous permettent de nous affranchir d’une certaine logique économique et financière dont nous ne pouvions que constater impuissants les dégâts toujours plus nombreux ? »

Par exemple, le blogueur Todd Blatt a reçu une mise en demeure de Paramount pour la matérialisation d’un cube similaire à celui du film Super 8 sur Shapeways (base de données de fichiers 3D numériques). En août 2013, Shapeways a également été mis en demeure par la société japonaise Square Enix, éditrice du jeu Final Fantasy, à la suite de la mise en ligne et de la vente de figurines représentant les héros du jeu sur leur site[70].

En 2013, le député français François Cornut-Gentille questionne à l'assemblée nationale le ministre du Redressement productif (Arnaud Montebourg) : « La prolifération de sites de téléchargement de ce genre de fichier est à craindre dans les années à venir ; elle risquerait, à terme, d'engendrer des effets aussi néfastes pour l'industrie que ceux que connaissent actuellement les secteurs de la musique et du cinéma », craignant des reproductions faites « sans aucun droit de propriété et à moindre frais » dès lors que des plans privés sont récupérés. Le député souhaite savoir si des « dispositifs » sont prévus pour réguler et encadrer le marché de l'impression tridimensionnelle (par exemple par le déploiement de verrous numériques (DRM)).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c (en) The rise of additive manufacturing (the engineer co.uk)
  2. Le procédé utilisant le plâtre de Paris (Powder bed and inkjet head 3d printing) est issu du Massachusetts Institute of Technology (MIT).
  3. Aline Gerstner, « Imprimer du verre en 3D », Pour la science, no 476,‎ , p. 16.
  4. (en) F. Kotz et al., « Three-dimensional printing of transparent fused silica glass », Nature, vol. 544,‎ , p. 337-339 (DOI 10.1038/nature22061).
  5. (en) Additive Manufacturing company Stratasys and Kor Ecologic of Winnepeg, Canada make Urbee, the first 3D printed car.
  6. (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.
  7. BatiActu (2016) Une imprimante du 3e type pour créer le ruban de Moebius, publié le 09/06/2016
  8. L’impression 3D est-elle le moteur de la fabrication de demain ?, dans Le Monde du 7 mars 2012.
  9. Mathilde Berchon, "L'impression 3D", Éditions Eyrolles, juillet 2013.
  10. Article sur le site de l'Agence spatiale européenne, consulté le 15 octobre 2013
  11. – L’impression 3D entre dans « l’âge du fer », article sur le site du quotidien Le Monde, daté du 15 octobre 2013.
  12. Start-ups : les Pays-Bas veulent concurrencer la France, Le Figaro, consulté le 24 avril 2016.
  13. BBC Horizon (1964) with Arthur C. Clarke (Part 2 of 2)
  14. (en) Voxel Fabbing, Nanosphere Lithography and Microspheres, Personal Portable 3D Printer and At Home Laser Cutting , sur le site nextbigfuture.com
  15. (en) Three Financial Reasons for a 3D Printer
  16. « Pour Barack Obama, l'impression 3D sera la prochaine révolution industrielle », Lexpress.fr,‎ (lire en ligne)
  17. « La troisième révolution industrielle est en marche et nous pouvons tous y participer », Framablog,‎ (lire en ligne)
  18. Contour crafting
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  20. Behrokh Khoshnevi (2004) Urban initiative policy brief aout 2004, université de Californie du Sud
  21. Contour Crafting (CC) (http://www.contourcrafting.org/)
  22. This 3D-Printing Robot Magically Created A Bridge Out Of Sand et vidéo
  23. société MX3D
  24. Vidéo MX3D to 3D print a steel bridge in Amsterdam , You Tube, 2015
  25. MX3D will use multi-axis industrial robots to 3D print the bridge at Amsterdam You Tube, 12 juin 2015
  26. Amsterdam To Get A 3D Printed Bridge
  27. « Imprimante 3D, la 3e révolution industrielle », Delphine Cuny, La Tribune (France), no 55, 5 juillet 2013, p. 4
  28. (fr) [2], sur BFMtv.com
  29. (en) RESILIENT COMMUNITY: Forget Afghanistan, These are Needed in Detroit etc., sur le site globalguerrillas.typepad.com
  30. (en) US Military Has Project to Develop Additive Manufacturing to Make Parts for Military Equipment for in-theater repairs, sur le site nextbigfuture.com
  31. (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
  32. (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
  33. « Airbus A350, l’avion aux composants imprimés en 3D », sur lesnumeriques.com, (consulté le 13 octobre 2015).
  34. http://www.imprimeren3d.net/airbus-le-nouvel-a350-xwb-contient-plus-de-1-000-pieces-imprimees-en-3d-12441/ le 18 mai 2015
  35. Vous vous êtes cassés un os ? Imprimez-le !, sur le site http://www.be-3d.fr
  36. Alain Tranet, « Une prothèse trachéale créée par impression 3D sauve la vie d'un enfant », Journal de la science, (consulté le 26 septembre 2013)
  37. Des « Bras Magiques » permettent à une fillette d’enlacer sa mère, sur le site http://www.be-3d.fr
  38. Un stylo pour imprimer en 3D des cellules souches, sur le site http://www.imprimeren3d.net
  39. « La startup HealthPrint veut imprimer en 3D le plâtre de demain - 3Dnatives », 3Dnatives,‎ (lire en ligne)
  40. a, b, c et d Marie-Céline Jacquier, « Les premiers médicaments imprimés en 3D sont disponibles aux États-Unis », sur futura-sciences.com, (consulté le 30 avril 2016)
  41. (en) « Company Overview of Aprecia Pharmaceuticals Company », sur bloomberg.com, (consulté le 30 avril 2016)
  42. (en) « 3D Printing, Harnessing the power of 3DP to develop innovative medicines », sur aprecia.com, (consulté le 30 avril 2016)
  43. (en) RedEye, part for prototype and production, on demand, sur le site eu.redeyeondemand.com
  44. « Impression 3D : baisse d'intérêt du grand public », sur usine-digitale.fr, (consulté le 1er juin)
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  46. « TOP 15 des applications de l'impression 3D dans la musique - 3Dnatives », 3Dnatives,‎ (lire en ligne)
  47. « REIFY transforme une musique en sculpture imprimée en 3D - 3Dnatives », 3Dnatives,‎ (lire en ligne)
  48. voir animation du procédé
  49. « Fabrication additive et impression 3D. », sur primante3d.com (consulté le 7 avril 2017)
  50. 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, http://www.astm.org.
  51. (en) « Carbon3D Unveils Breakthrough CLIP 3D Printing Technology, 25-100X Faster » (consulté le 21 mars 2015)
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  53. « Three-dimensional printing of transparent fused silica glass », sur www.nature.com, (consulté le 31 mai 2017)
  54. « Dossier de veille - Fabrication additive Technologies matériaux non métalliques - Cetim - Centre technique des industries mécaniques », sur www.cetim.fr (consulté le 9 juin 2017)
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  57. (en) « PLA 3D Printer Plastic filament », sur amazon.com, (consulté le 21 avril 2015)
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  59. (en) A. Kiet Tieu, « Mechanical Properties of Highly Filled Iron-ABS Composites in Injection Molding for FDM Wire Filament », Materials Science Forum (Volumes 773-774), no 773,‎ , pp. 448-453 (ISSN 0255-5476, lire en ligne)
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  61. « G3DP : de l'impression 3D avec du verre en fusion », sur www.futura-sciences.com, (consulté le 31 mai 2017)
  62. « 10 projets fous (mais réalisables) de la Nasa », sur tempsreel.nouvelobs.com, (consulté le 1er juin 2017)
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  66. IKEA kitchen of the future: 3D food printer, multitouch taps and more
  67. Histoire de l'impression 3D, sur le site fabulous.com.co
  68. « Des bonbons et des chocolats imprimés en 3D »
  69. « UNE IMPRIMANTE 3D RÉALISE DES TISSUS VIVANTS », sur /pulse.edf.com/ (consulté le 2 juin 2017)
  70. Matthieu Lavergne et Benjamin Lavergne, L'imprimante 3D : une révolution en marche, Favre, 2014 présentation en ligne=http://fr.3dilla.com

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]