Quelles sont les technologies d'impression 3D ?

Source : 3dnatives.com

L'impression 3D est un processus de fabrication additive basé sur l'idée de convertir un modèle numérique en un objet solide tridimensionnel. Au fil des années, différentes technologies d'impression 3D, également appelées technologies additives, ont été développées dans l'industrie avec la caractéristique commune de créer un modèle physique couche par couche.

L'origine du concept remonte aux années 80, lorsque le Dr Kodama du Nagoya Municipal Industrial Research Institute a créé une technique de prototypage rapide capable de produire un objet « tranche par tranche ». En 1984, une équipe de chercheurs français a conçu un premier brevet qui a ensuite été définitivement abandonné quelques années plus tard. C'est finalement Chuck Hull, futur fondateur du géant 3D Systems, qui a obtenu le premier brevet commercial en 1986 pour une technique alors appelée « stéréolithographie ». En 2016, le géant HP a annoncé par surprise son entrée sur le marché de l'impression 3D avec une nouvelle technique propriétaire appelée Multi Jet Fusion qui combine les technologies additives Binder Jetting et Material Jetting pour la production de pièces en plastique.

Ce premier développement a véritablement marqué le début de ce qui est aujourd'hui considéré comme la quatrième révolution industrielle, offrant des applications dans des secteurs aussi nombreux que divers : médical, aéronautique, bijouterie et bien d'autres.

Développement des technologies de fabrication additive

La stéréolithographie (SLA) est une technologie qui utilise comme matériau d'impression 3D une résine liquide solidifiée sous la lumière UV. Depuis cette première découverte, de nouvelles techniques de fabrication additive ont émergé au fil des années. En 1988, le professeur Carl Deckard de l'Université du Texas a déposé un brevet pour le frittage sélectif par laser (SLS) qui repose sur la fusion d'une poudre de matériau plastique avec un laser. À la même période, Scott Crump, fondateur du groupe Stratasys, développait les premières imprimantes 3D utilisant l'extrusion de filaments de plastique. Cette technique, brevetée sous le nom de dépôt de fil fondu (FDM), est aujourd'hui l'une des technologies d'impression 3D les plus populaires grâce à sa facilité d'utilisation et à son coût d'achat relativement bas.

Depuis les années 1990, la fabrication additive a continué de décoller avec l'arrivée de technologies innovantes : le Binder Jetting, inventé par ZCorp, qui utilise une poudre minérale, un liant et des encres colorées ; la technologie PolyJet, créée par la société israélienne Objet, dans laquelle l'imprimante 3D dépose des milliers de fines gouttelettes de photopolymères liquides solidifiables sur un plateau et les polymérise immédiatement via des rayons UV. Le SLS, de son côté, a donné naissance à la fabrication additive métallique avec l'avènement de technologies additives comme la fusion laser directe de métal (DMLS), commercialisée par des acteurs tels que Phénix Systems, SLM Solutions ou Concept Laser, ou la fusion par faisceau d'électrons (EBM) développée par la société suédoise Arcam dans les années 2000.

Malgré un haut niveau de concurrence, de nombreux acteurs continuent d'entrer sur le marché, certains améliorant les processus existants et d'autres développant des processus originaux. Le fabricant EnvisionTec avec l'impression DLP (Digital Light Processing), la société française Prodways avec MovingLight ou Carbon3D avec CLIP ont par exemple développé des technologies dérivées de la stéréolithographie. En 2016, le géant HP a annoncé par surprise son arrivée sur le marché de l'impression 3D avec une nouvelle technique appelée Multi Jet Fusion qui combine l'assemblage de poudres et la projection de matière pour la fabrication additive de pièces en plastique.

Aujourd'hui, toutefois, c'est le métal qui émerge comme le matériau préféré des fabricants d'imprimantes. Parmi les nouveaux arrivants, on compte BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal et AdMetalFlex, chacun ayant ses raisons : coûts inférieurs, temps d'impression plus courts, diversité de métaux compatibles, etc. En 2020, le marché de l'impression 3D, incluant la vente de machines, de matériaux d'impression et de services associés, était estimé à 17 milliards de dollars.

L’évolution des matériaux pour l’impression 3D

Le développement des matériaux pour l'impression 3D a été très rapide au cours des dernières années. Certains matériaux se sont améliorés avec le temps et d'autres se sont développés ou ont émergé avec l'arrivée de nouvelles technologies d'impression 3D. Du plastique au métal, en passant par des matériaux surprenants comme ceux comestibles, chaque matériau a des caractéristiques spécifiques et est souvent adapté à une technologie particulière.

Chaque matériau d'impression 3D est disponible sous différents formats, des résines pour les technologies DLP et SLA, aux filaments pour les technologies FDM ou aux poudres métalliques pour les technologies L-PBF. De nouveaux formats et matériaux sont développés chaque jour pour permettre le développement de modèles plus résistants et une meilleure qualité d'impression.

Actuellement, le marché des matériaux pour l'impression 3D est vaste et toujours en croissance. De nombreux acteurs investissent et parient dessus. Il est prévu que, d'ici 2021, le marché des matériaux 3D atteigne une valeur de 1,4 milliard de dollars.