IMPRESSION 3D : LA MAGIE DE L’IMPRESSION

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IMPRESSION 3D : LA MAGIE DE L’IMPRESSION

Le vélo 3D « c’est presque une œuvre d’art »

« Papa !!! tu m’imprimes ce vélo stp, oui fiston, il sera prêt dans une heure ».

Qu’est-ce que l’impression 3D ?

Les technologies d’impression 3D permettent de créer des objets de tout type, des prototypes aux simples pièces, en passant par des produits de haute technicité, tels que des pièces d’avion, des bâtiments respectueux de l’environnement, des implants médicaux qui sauvent des vies et même des organes artificiels faits de cellules humaines.

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 a commencée au début des années deux mille (2000), par l’utilisation de résine chauffée et sert au prototypage rapide. Les années 2010 voient émerger des techniques innovantes utilisant une panoplie de nouveaux matériaux : le plastique (PLA ou ABS), la cire, le métal (aluminium, acier, titane, platine), le plâtre de Paris, les céramiques et même le verre. Des gains en durée et en précision de fabrication permettent la réalisation de pièces en petites séries.

Quelles sont les applications possibles ?

L’impression 3D est un procédé de fabrication dont l’étendue du champ d’application reste encore sous estimé par beaucoup. Si les médias relayent de plus en plus ses exploits, pour autant le grand public et même les professionnels ignorent bien souvent tout de cette belle invention et de ses multiples usages dans notre vie courante

Pourtant, les possibilités de créations offertes par cette technologie remettent aujourd’hui sérieusement en question notre manière de produire de nombreux objets et de les consommer.

La fabrication additive permet en effet de fabriquer une très large gamme de produits variés, nous verrons ici les différents secteurs d’activité couverts par cette technologie, allant du prototype industriel au produit alimentaire.

  • Impression des prototypes : Si l’impression 3D n’est médiatisée que depuis quelques années, le premier brevet de cette technologie trentenaire a été déposé en 1984 par trois chercheurs français, sous le nom de fabrication additive (fabrication par addition de couches) ou de prototypage rapide. Ce dernier terme doit son nom à l’utilisation de l’impression 3D pour la fabrication de prototypes.

 

Le prototypage rapide représente plus de 70% du marché de l’impression 3D. Parmi les industriels à faire du prototypage rapide, citons par exemple le constructeur français Renault qui a utilisé ce procédé pour sa Twizy, une petite voiture citadine électrique, ou encore Adidas pour le prototypage de ses chaussures F50 Micoach.

  • Fabrication de maquettes : La fabrication de maquettes fait partie des toutes premières applications de l’impression 3D. Le plus souvent destinée à des projets architecturaux ou artistiques, la maquette est une représentation miniature, concrète et tactile, qui permet de visualiser en trois dimensions, de juger et de vérifier la faisabilité d’un projet. L’impression 3D présente de nombreux avantages par apport aux techniques traditionnelles de fabrication :

 

  • Un gain de temps : quelques heures seulement avec l’impression 3D contre souvent plusieurs jours de réalisation pour des maquettes en mousse ou en bois.
  • Plus économique : L’impression 3D est beaucoup plus économique sur les petites et moyennes séries (jusqu’à 75%) que les techniques classiques de moulage, d’usinage ou d’assemblage.
  • Une meilleure précision : plus précise, l’impression 3D est capable de retranscrire un design au micron près et autorise des formes beaucoup plus complexes.
  • Une meilleure résistance : que ce soit l’ABS pour le procédé FDM (dépôt de fil en fusion) ou les polymères pour le frittage laser, les matériaux d’impression offrent une meilleure résistance que les matériaux traditionnels souvent plus fragiles.

 

  • Impression de figurines : S’il est bien un objet qui symbolise à lui seul le potentiel de personnalisation de l’impression 3D, c’est la figurine. Il est en effet aujourd’hui possible d’imprimer des statuettes personnalisées extrêmement réalistes, reproduisant à la perfection les moindres détails d’un visage et d’un vêtement. Les premiers services spécialisés sont apparus en 2012, proposant d’imprimer des figurines à partir de photos ou de scan de la personne. Le client a la possibilité de commander sa propre réplique miniature, ou incarner un personnage en combinant sa tête au corps d’un super héros (cowboy, footballeur, acteur…). Les figurines sont le plus souvent imprimées sur des poudres de céramique ou de polymère.

 

  • Fabrication de l’outillage : L’impression 3D est également de plus en plus utilisée en pré-production. Elle intervient dans la phase de conception de pièces et outils pour améliorer l’efficacité du processus de production industriel. Dans ce domaine, elle permet de faire baisser les coûts de production grâce à l’accélération du processus de fabrication des moules, des maîtres modèle ou via la fabrication directe d’outils. En effet les outillages sont généralement des pièces fabriquées en petites séries qui peuvent se révéler très complexes. Avec l’impression 3D on peut fabriquer en s’affranchissant de toute contrainte de formes et de délais. Outre le fait de réduire le cycle de production, les moules imprimés par exemple, présentent aussi l’avantage de refroidir plus rapidement la matière injectée. Des atouts qui ont séduit déjà nombre d’entreprises et pas des moindres, à l’image de Nike qui a utilisé une imprimante 3D pour concevoir les moules de ses chaussures Springblades, ou encore Opel qui a fait imprimer une quarantaine d’outils (gabarits de montage par exemple) pour les lignes d’assemblages de ses véhicules Adam, Cascada et Insignia. 
  • L’impression 3D dans le secteur médical :

Perçue comme l’une des meilleures voies d’amélioration de l’efficacité thérapeutique, la fabrication additive permet aujourd’hui de fabriquer des implants médicaux sur-mesure. Couplée à l’imagerie médicale (via scanner, IRM ou échographie), celle-ci permet de reproduire à l’identique les caractéristiques anatomiques du patient pour concevoir des dispositifs médicaux implantables parfaitement adaptés à sa morphologie.

C’est en 2012 que le premier implant a été fabriqué selon ce procédé. Il s’agissait d’une mandibule de mâchoire en titane implantée sur une femme de 83 ans atteinte d’ostéomyélite. En 2014, le français MEDICREA a implanté le premier implant vertébral imprimé en 3D au monde. Un dispositif sur-mesure faisant corps avec la colonne du patient et prenant parfaitement appui sur les plateaux vertébraux. Signe fort de l’intérêt grandissant pour cette technique, plus de 20 000 implants médicaux ont été imprimés entre 2007 et 2014.

 

  • Fabrication de prothèses : Après l’industrie, le secteur de la santé est le plus représenté dans le domaine de l’impression 3D. En effet, la fabrication additive est une technologie en plein essor dans le domaine médical, les fabricants de prothèses auditives et dentaires étant ceux qui utilisent aujourd’hui le plus ce procédé. Les audioprothésistes emploient déjà massivement (depuis plus de 10 ans déjà) cette technologie qui présente l’avantage de produire des pièces sur mesures parfaitement adaptés à la morphologie du patient.

Ces dernières étaient coûteuses à produire avec les méthodes conventionnelles, l’impression 3D a permis de faire chuter leur coût de production et de raccourcir les délais de fabrication. Certaines imprimantes 3D sont par exemple capables de produire jusqu’à 65 appareils auditifs en moins de 90 minutes.

Les laboratoires dentaires et d’orthodontie utilise de plus en plus l’impression 3D pour sa précision et sa production accrue. Avec les imprimantes 3D, il est possible de fabriquer des moulages de dents, des gouttières, des bridges ou des couronnes provisoires parfaitement ajustées à la denture du patient.

Selon l’expert Britannique Phil Reeves, en 2010 ce ne sont pas moins de 10 millions de

prothèses auditives, 500 000 implants dentaires et 17 millions de gouttières qui ont été imprimées en 3D dans le monde. Sans le savoir il n’est donc pas impossible que vous portiez des objets conçus avec cette technologie.

Les dentistes utilisent également des imprimantes 3D pour concevoir des guides chirurgicaux. Une fois posés sur la denture du patient, ces derniers servent de guide pour poser différents implants.

Ces dernières années l’impression 3D s’est particulièrement illustrée dans le domaine du handicap, en permettant l’accès à des prothèses de membres (d’avant-bras et de mains) très bon marché. Ces dispositifs extrêmement coûteux (de 10 000 à 70 000 €) lorsqu’ils sont fabriqués avec les techniques traditionnelles, peuvent être imprimés pour quelques centaines d’euros seulement. Sous l’impulsion de Robohand, un projet philanthropique né en 2011, une dizaine de programmes associatifs (Not Impossible, E-NABLE, Bionico…) partagent aujourd’hui les plans de leurs prothèses open source, sur des plateformes de partage telles que Thingiverse. Ainsi n’importe qui dans le monde, peut télécharger le fichier et imprimer sa prothèse en y apportant ses propres modifications selon sa morphologie et ses goûts. Lorsqu’une personne n’a pas d’imprimante 3D, ces réseaux se chargent de la mettre en relation avec le bénévole le plus proche.

C’est grâce à cette technologie qu’Harly Fraser, une britannique de 5 ans a été équipée en 2014 d’une prothèse de main imprimée en 3D.

En 2014, un nourrisson dénommé Roland Lian Cung Bawi, alors atteint de malformations cardiaques, avait pu être sauvé grâce à une reproduction imprimée en 3D de son cœur malade. Cette même année, le Boston Children’s Hospital avait opéré avec succès un bébé épileptique, en fabriquant une réplique très fidèle de son cerveau par impression 3D. Ces modèles 3D médicaux représentent aussi un outil pédagogique très intéressant pour les étudiants en médecine et les patients.

  • Les aliments 3D

Après la fabrication de toute sorte d’objet imprimés 3D, qui aurait cru qu’un nous pourrions fabriquer nos propres aliments, le procédé employé pour les aliments, s’appuie sur celui du FDM qui consiste habituellement à superposer des couches de matières plastiques en fusion. Pour une imprimante 3D alimentaire, la différence se situe au niveau de la buse qui est remplacée par une seringue d’où va être extrudée la matière. Dans le cas de l’impression 3D de nourriture, la machine ne créé pas la matière, elle permet « juste » de lui donner la forme que l’on souhaite.

Les bénéfices de l’impression 3D dans ce domaine, résident essentiellement dans sa capacité à réaliser des formes complexes (pièces en sucre ou chocolat), et à imprimer des aliments à la texture modifiée, notamment pour les personnes âgées souffrant de troubles de déglutition et de mastication. On pourrait également créer des plats personnalisés, adaptés aux besoins nutritionnels, carences ou allergies de chaque personne.

Parmi les cas les plus illustres dans ce domaine, il y a celui-ci de la NASA qui a été l’un des premiers à s’intéresser à ce procédé. Souhaitant améliorer les conditions d’alimentation de ses astronautes lassés de leurs poudres lyophilisées, l’administration américaine a investi pas moins de 125 000 dollars pour développer une imprimante 3D alimentaire.

Gamme d’impression 3D

Fusion 360 : permet de Rassembler nos processus de développement de produits sur une seule plate-forme cloud. A partir de Fusion 360, nous pouvons envoyez directement les conceptions à l’imprimante 3D ou à un prestataire de services d’impression 3D.

Within : Les solutions logicielles de conception générative Within aident les ingénieurs et les spécialistes des implants orthopédiques à concevoir des produits légers à structure maillée pour la fabrication additive.

Maya : Permet de Créer des animations 3D pour les jeux vidéo, le cinéma et la télévision. Imprimez des modèles en 3D pour les animations image par image ou des accessoires et des pièces pour les scènes mêlant action et effets spéciaux numériques.

Netfabb : il offre un workflow complet qui ouvre les portes de la fabrication additive à l’échelle industrielle. Du contenu à la machine, tout est englobé de sorte que la préparation de modèles pour l’impression 3D devient rapide et efficace.

Tinkercad : est un outil de conception 3D en ligne proposé gratuitement aux amateurs, enseignants et élèves de tous âges. Il permet de créer des décorations d’intérieur, des bijoux et des jouets.

L’impression 3D présente l’avantage d’être très économique grâce à un process de conception raccourci. Contrairement aux techniques de fabrication traditionnelles (injection plastique, fraisage…), il n’y a ni outillage ni assemblage, ce qui rend la création plus rapide en éliminant de la main d’œuvre et de nombreux intermédiaires. Les industriels qui utilisent ce procédé peuvent passer directement de l’idée à l’objet, c’est-à-dire du modèle 3D au prototype en quelques heures et non plusieurs semaines. Cette capacité à réduire le temps et le coût de production, séduit de plus en plus d’industriels qui intègrent aujourd’hui cette technologie dans leur process de conception.

Outre ses applications dans le domaine industriel, l’impression 3D s’adresse plus directement aux particuliers via la fabrication d’accessoires personnalisés. Ainsi certains services tels que Sculpteo, propose par exemple d’imprimer des coques de téléphone portable, customisables presque à volonté. Le client a la possibilité de personnaliser sa coque de protection en y intégrant par exemple son prénom, le relief d’un paysage voir même son propre visage grâce à différents outils et applications proposées sur le site.

Si de nos jours, nous avons la technologie qui rend possible l’impression d’une maison, d’une voiture, de notre gâteau préféré par un simple clic sur l’écran d’un pc, ou pouvoir préparer son plat préféré en un rien de temps, pourrions nous dire qu’un jour, il sera possible par ce simple clic d’imprimer la femme ou l’homme de ses rêves, ou de reproduire la réplique d’un être cher, le doter d’une intelligence artificielle pour le rendre vivant.

La première fois où j’ai vu une imprimante 3D en face de moi, j’étais subjugué et en même temps, je me disais que c’était chose impossible de voir imprimer des organes vitaux, ce n’était pas de la science-fiction, mais une réalité trop évidente.

Rien n’arrête l’évolution, bien au contraire, la technologie ne cesse d’avancer et l’on se pose toujours la question, de quoi sera fait notre avenir ?

Il faut dire, que l’impression 3D est une solution, c’est une alternative à la pauvreté, c’est un outil fort intéressant pour diminuer la précarité, l’impression 3D est capable de faire avancer le monde vers le meilleur.

                                                                                                                                                              Saïd Yacoub

Sources :

 

 

 

 

By | 2018-09-19T12:47:01+00:00 septembre 19th, 2018|Categories: MBADMB|0 Comments

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