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Impression 3D : Une nouvelle révolution qui peine à changer de dimension

En dehors du secteur aéronautique, la technique peine encore à séduire les industriels, mais quelques pistes se révèlvent prometteuses.


La technique est au point. Mais de nombreux freins ralentissent la démocratisation de l’impression 3D. Cela n’empêche pas l’émergence de nouvelles opportunités liées à cette méthode de fabrication.

 

L’impression 3D va-t-elle révolutionner l’industrie? Sur le papier, cela semblait bien parti. General Electric et Safran Aircraft Engines utilisent déjà la fabrication additive - comme on appelle l’impression 3D dans l’industrie - pour par exemple la réalisation des injecteurs des moteurs d’avion LEAP, que l’on retrouve notamment dans les avions de ligne Airbus (famille A320neo) et Boeing (737 MAX). ArianeGroup a fait le même choix notamment pour certaines pièces du moteur Vulcain 2 d’Ariane 5. Le drone Neuron de Dassault Aviation compte une centaine de pièces imprimées en trois dimensions. Enfin, grâce au procédé, Michelin peut creuser des sillons ultra fins optimisant l’écoulement des eaux de pluie dans son dernier modèle de pneu baptisé « Cross Climate ».

La fabrication additive, qui consiste à «additionner» des couches de matière, et non pas à « soustraire» de la matière d’un bloc, présente de nombreux avantages. D’abord, la technique rend possible la production en série de pièces d’une très grande complexité, ce qui explique son succès dans les secteurs aéronautique et spatial. Ensuite, elle réduit le nombre d’étapes nécessaires à la fabrication. « La réalisation d’une pièce peut requérir de multiples process de forge, fonderie, soudage, ou usinage, explique Guillaume Duhem, ingénieur commercial chez Bureau Veritas Laboratoires. Grâce à la fabrication additive, il est possible de produire la pièce d’un seul tenant ». Avec moins de matière et d’outillages, les économies réalisées peuvent être importantes… une fois l’investissement de départ amorti - il faut compter autour de 100 000 euros pour une imprimante d’entrée de gamme. 

Des pièces complexes en petites séries

Pourtant, en dehors du secteur aéronautique (et de Michelin), l’impression 3D peine encore à séduire les industriels. « Hormis pour les secteurs de pointe, les directions d’entreprises hésitent encore à choisir la technique pour la production en série, note Guillaume Duhem. Dans ces secteurs, comme l’automobile, elle est pour l’heure surtout utilisée pour la production de consommables, comme les moules qui vont former les pièces ». Comment l’expliquer ? Premièrement, la fabrication additive n’est avantageuse que pour certains types de pièces. En effet, l’impression est encore lente. Ainsi, les pièces d’un volume important, ou de forme simple, sont plus facilement réalisables par « soustraction ».

Mais les freins ne sont pas que techniques. Avant de commercialiser un produit comportant une ou plusieures pièces imprimées en 3D, l’industriel doit attester qu’il est parfaitement fiable. « Aujourd’hui, on a encore des difficultés pour fabriquer n fois la même pièce en métal », a expliqué aux Echos Joël Rosenberg, coauteur d’un rapport sur l’impression 3D pour la Chambre de commerce et d’industrie de Paris. Les industriels doivent ainsi démontrer que chaque pièce conserve des caractéristiques identiques, et ce quelle que soit l’imprimante sur laquelle elle est fabriquée. . « On connaît les défauts des pièces fabriquées en fonderie depuis plus de 200 ans, on a très peu de retour d’expérience pour les pièces imprimées en 3D, concède Philippe Jeanmart, Senior Vice President division Industry & Facilities, en charge des volets Technique, Qualité et Risques. L’impression 3D ajoute de plus un intermédiaire qui n’existait pas avant: un logiciel doit passer de la géométrie d’un objet à un mouvement et une vitesse de la machine ». Or, ce type de transformation n’est pas simple à faire et est spécifique à chaque pièce. A cela s’ajoute de nombreux autres paramètres à ajuster comme la température de chauffe, l’intégration de supports pour soutenir la pièce pendant le refroidissement, etc. Les industriels doivent ainsi démontrer que chaque pièce conserve des caractéristiques identiques, et ce, quelle que soit l’imprimante sur laquelle elle est fabriquée. C’est là que Bureau Veritas intervient. 

Des pièces aussi fiables 

« Dans nos laboratoires, nous nous assurons de la conformité des pièces, en termes de performance, de robustesse, comme de durée de vie », explique Guillaume Duhem. Ainsi, les plastiques, métaux, polyamides ou résines servant à la fabrication 3D y sont analysés à la loupe. Au programme de l’examen : composition chimique, granulométrie, robustesse du matériau... Puis des échantillons de pièces imprimées subissent une nouvelle série d’évaluations : des radiographies, des contrôles en ressuage, en ultra-sons, ainsi que des essais destructifs. « De plus, si la pièce présente la moindre anomalie, nous recherchons son origine afin de permettre à l’industriel de la corriger », complète Guillaume Duhem. Enfin, les industriels devront de toute façon prendre leur temps pour intégrer la fabrication additive dans leurs procédés de fabrication. S’ils utilisent cette technique, leurs anciens équipements, par exemple de fonderie ou de soudage, perdent leur utilité — tout comme les opérateurs qui les manoeuvrent. Dans l’immédiat, il est donc compliqué de convertir une part importante de la production. « L’industrie est comme un navire qui prend du temps à changer de cap, analyse Guillaume Duhem. Il faudra plusieurs années, voire plusieurs dizaines d’années, pour passer à l’impression 3D. » 

Cette imprimante 3D de l’américain Sciaky peut réaliser des pièces de plus de 5 mètres pour l’aéronautique ou l’automobilie avec des métaux rares grâce à sa technologie d’impression 3D par fusion de faisceaux d’électrons.

Des marchés prometteurs 

In fine, l’enthousiasme initial pour l’impression 3D semble un peu retombé. Son usage se limite pour le moment à des pièces de taille raisonnable, complexes, produites en petite série. Où lorsqu’elles sont fabriquées avec des matériaux nobles et que chaque gramme de matière compte. Ce qui en fait un outil idéal pour les métiers de la maintenance : « Il y a un modèle économique à trouver pour la 3D dans le monde de la maintenance » analyse Philippe Jeanmart. En effet, cela permettrait de produire sur site des pièces de rechanges. Une licence pourrait par exemple être accordée par un constructeur pour produire ponctuellement des pièces, et répondre à des besoins urgents et en petite quantité, en se libérant des contraintes de transport…

De nouvelles applications pourraient aussi voir le jour dans les domaines de la santé ou de la biologie. Déjà, l’impreszsion 3D est utilisée aujourd’hui pour la fabrication de prothèses dentaires ou orthopédiques sur mesure. D’autres entreprises voient plus loin comme Poietis, une startup bordelaise, qui travaille même sur l’impression de tissus biologiques vivants. Ces tissus pourraient servir par exemple à des tests cosmétiques : un marché de niche, mais aussi un débouché prometteur car l’impression 3D apporte là une véritable innovation de rupture.




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