Depuis combien de temps les imprimantes 3D existent-elles ?
Croyez-le ou non, les machines d'impression 3D industrielles existent depuis le début des années 1980. Cependant, c'est Charles Hull qui a déposé le premier brevet pour l'imprimante 3D en 1986. Les premières machines d'impression 3D ont d'abord été utilisées dans les industries aéronautique et automobile ainsi que pour l'industrie militaire. En 2009, le moment est enfin venu pour les prestataires de services d'effectuer à leur tour des travaux sur commande. Les premiers utilisateurs privés étaient des concepteurs et des artistes qui souhaitaient utiliser l'impression 3D pour produire leurs prototypes le plus rapidement et le plus efficacement possible.
Comment fonctionne l'impression 3D ?
Les imprimantes 3D ne sont pas des imprimantes « ordinaires ». Elles ne fonctionnent pas en deux dimensions, mais construisent des objets tridimensionnels, couche par couche, en superposant des couches extrêmement fines. Pendant de nombreuses années, l'impression 3D a non seulement utilisé du plastique, mais aussi de l'acier inoxydable, de l'aluminium, du titane et du cobalt-chrome. L'utilisation de biomatériaux est également de plus en plus courante.
Contrairement aux « processus soustractifs » où la matière fraisée, tournée ou percée, est retirée de l'objet, l'impression 3D est appelée « processus génératif » ou « fabrication additive ». Un modèle digital est utilisé dans la plupart des cas. Il se présente généralement sous la forme d'un fichier CAO (conception assistée par ordinateur), converti en code lisible par la machine.
Quels sont les avantages et les inconvénients de l'impression 3D par rapport aux méthodes d'impression conventionnelles ?
L'impression 3D permet de créer des structures et des formes irréalisables par les méthodes conventionnelles. Dans de nombreux cas, des pièces de rechange sont nécessaires pour les installations, mais elles sont si anciennes que les kits de réparation ne sont tout simplement plus produits et sont indisponibles sur le marché. Dans ces cas, les ingénieurs peuvent scanner les pièces défectueuses puis les reproduire sur ordinateur. Les imprimantes 3D permettent également de recréer des structures présentes dans la nature. Jusqu'à présent, ce « design bionique » ne pouvait être utilisé que de manière limitée.
Les matériaux produits par une imprimante 3D se refroidissent et se solidifient plus rapidement, ont une granulométrie plus fine et sont souvent plus légers. Bien que l'objet soit fabriqué à partir de poudre ou de liquide, le résultat final est tout aussi solide et durable qu'un objet fabriqué de manière traditionnelle. En outre, on utilise à peine plus de matériau que ce qui est nécessaire pour la pièce. Grâce à l'impression 3D, il est possible de réaliser presque toutes les formes géométriques imaginables ; la flexibilité de la conception est nettement plus grande. L'impression 3D présente également l'avantage d'être rapide : les produits sur mesure qui ne sont disponibles qu'après plusieurs jours ou semaines dans le cadre du processus de production conventionnel peuvent être fabriqués en quelques heures grâce à la fabrication additive.
Cependant, dans certains cas, cet avantage s'est avéré être un inconvénient car le métal imprimé est moins élastique et donc plus susceptible de rompre. En outre, l'impression 3D actuelle ne répond pas encore aux exigences industrielles en matière de technologie de surface, en particulier pour les matériaux à base de métal. Pour la production de masse, le processus prend trop de temps et reste trop coûteux pour la majorité des produits.
Dans quels domaines l'impression 3D est-elle utilisée ?
Même en 2023, les imprimantes 3D sont encore trop complexes pour une production de masse. Néanmoins, le développement est en bonne voie : aujourd'hui, on construit des maisons, on fabrique des outils et on imprime même des tissus vivants grâce à la fabrication additive. Cette technologie s'est largement imposée, notamment dans l'industrie. Outre l'impression de prototypes (prototypage rapide), l'impression 3D est également de plus en plus utilisée pour la production en série. Les prototypes sont plus largement utilisés dans des secteurs tels que l'ingénierie mécanique, la médecine, la conception et l'architecture.
La technologie démontre également ses points forts dans la production sur mesure. Ici, l'impression 3D permet de fabriquer des pièces de rechange (rares), des couronnes dentaires adaptées à une personne, des prothèses auditives ou même des bijoux. L'un des principaux avantages de l'impression 3D est sa flexibilité : Dans l'aérospatiale, par exemple, les pièces de rechange peuvent être fabriquées sur place, ce qui élimine les longs délais de livraison. Plus simplement encore, les outils ou autres objets endommagés peuvent être réparés à l'aide de l'impression 3D ; les zones endommagées peuvent simplement être reconstruites.
L'industrie s'appuie de plus en plus sur l'impression 3D
Malgré certains inconvénients, l'impression 3D s'est déjà imposée dans de nombreux domaines de l'industrie. Les secteurs de l'automobile et de l'aéronautique ont été parmi les premiers à reconnaître et à tirer parti de ces avantages. Airbus imprime elle-même certaines pièces depuis plusieurs années et ne les commande plus à des fournisseurs. General Electric exploite cette technologie dans les injecteurs de carburant des moteurs d'avion, les rendant plus légers et plus durables. Dans l'industrie automobile, Ford produit des pièces prototypes telles que le bloc moteur du moteur EcoBoost, qui délivre une puissance importante avec moins de cylindres.
De plus, le secteur de l'ingénierie mécanique bénéficie progressivement des nouvelles technologies 3D : la fabrication additive est désormais utilisée pour fabriquer des pièces imprimées à partir de plusieurs matériaux ayant des propriétés individuelles telles que la conductivité électrique et une résistance plus variable, ce qui rend les machines plus légères, plus rapides et plus efficaces. Ces dernières années, l'impression 3D s'est imposée dans tous les secteurs de la fabrication d'outils. Par exemple, les équipements de mesure ou les moules d'injection sont souvent fabriqués à l'aide du processus génératif.
Une révolution dans le domaine de la médecine
La médecine vit actuellement une véritable révolution grâce à l'impression 3D. Par exemple, les pièces de rechange nécessaires peuvent être fabriquées sur mesure, notamment pour les transplantations d'organes. Grâce à une technologie innovante, des médecins de Pékin ont fabriqué une vertèbre dorsale artificielle et l'ont implantée sur un patient de douze ans. Aux Pays-Bas, un patient s'est vu implanter une calotte crânienne artificielle fabriquée par impression 3D. À l'université de Cornell, aux États-Unis, des recherches sont menées sur les oreilles et les trachées artificielles.
L'impression 3D permet également de fabriquer des médicaments qui sont souvent trop poreux en raison de leur composition. Fin juillet 2015, le premier médicament imprimé en 3D a été approuvé : grâce à la technologie 3D, le médicament utilisé pour traiter l'épilepsie chez les adultes et les enfants a une concentration plus élevée en principes actifs et peut donc être proposé en pilules plus petites. Jusqu'à présent, les réglementations strictes de l'industrie pharmaceutique empêchaient toute avancée.
Voici quelques autres exemples d’applications actuelles de l'impression 3D en médecine :
- Appareils orthodontiques
- Fabrication d'implants et de prothèses sur mesure, tels que des implants de genou ou des implants dentaires
- Modèles anatomiques de parties du corps en vue d'interventions chirurgicales
- Fabrication de dispositifs médicaux
- Objectifs éducatifs pour les futurs médecins
Quelles sont les nouvelles tendances ?
Les ingénieurs et les experts de l'industrie de masse ne considèrent pas l'impression 3D comme un substitut, mais plutôt comme un complément à la production de masse. Il y aura toujours des pièces qui seront plus adaptées et plus faciles à couler ou à injecter. Quoi qu'il en soit, l'impression 3D est de plus en plus répandue dans l'industrie :
Selon l'institut d'études de marché Allied Market Research (en anglais), l'industrie internationale de l'impression 3D a déjà généré un chiffre d'affaires de 13,2 milliards de dollars en 2020. Une croissance annuelle de 22,1 % est attendue jusqu'en 2030, ce qui porterait le marché à 90 milliards de dollars.
L'impression 3D offre de nombreux avantages, en particulier pour les pièces difficiles à construire, comme les géométries internes. C'est pourquoi les experts voient encore un grand potentiel de développement pour les années à venir. Par exemple, il serait possible d'imprimer des pièces de rechange pour les machines à laver ou autres.
En médecine, le tissu osseux a déjà été développé et le tissu hépatique produit de cette manière. Par exemple, les futurs chercheurs pourraient tester des médicaments sur des organes spécialement conçus à cet effet ou même rendre possibles des greffes d'organes synthétiques. En effet, les grandes entreprises s'intéressent de plus en plus à l'impression 3D depuis des années, et cete tendance va sans aucun doute se poursuivre.
« Le résultat final »
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