L’impression 3D. 2 : réalité et utopie

L’impression 3D. 2 : réalité et utopie

L’impression 3D : réalité et utopie !

Un premier article sur l’impression 3D ou fabrication additive, nouveau procédé de fabrication d’objets physiques (https://outilspourdiriger.fr/limpression-3d-1-vers-un-changement-de-modele-industriel/), a présenté les progrès techniques réalisés par cette technologie et, surtout, le développement de l’offre et de son utilisation par les industriels et les particuliers. L’évolution a été telle que les experts ont parlé de tendance au déclin de la production industrielle de masse, de changement de modèle industriel, de « révolution industrielle » semblable à la « révolution informatique ».

Dans ce deuxième article, on tentera d’abord de faire le point sur l’évolution récente de cette « révolution » ; puis on réunira les éléments favorables à la préparation d’une entreprise à l’utilisation de cette technologie.

1. L’évolution de la « révolution industrielle » introduite par l’impression 3D.

Dans le premier article, on notait les deux types de progrès suivants :

Des progrès techniques considérables :

-Diversification des matières utilisées : plastique, métal, résine, cire, plâtre, céramiques, grès, verre, bois, voire matières alimentaires, etc.

-Diversification des procédés d’impression : dépôt de matière fondue ; utilisation de laser pour fondre des poudres de matière ou pour la durcir couche par couche :

-Perfectionnement des imprimantes sur les plans de la précision et de la vitesse de réalisation.

-Développement des logiciels de préparation de l’impression.

-Diversification des types d’imprimantes (grand public, professionnels, production) et baisse des prix.

Des progrès très significatifs d’utilisation :

-les applications professionnelles se sont multipliées : prototypes, pièces industrielles diverses (de voitures, d’avions, etc.), bâtiments, prothèses et produits médicaux, biens de consommation, etc.

-les offreurs d’imprimantes et de services d’impression en ligne sont de plus en plus nombreux.

Ce sont ces progrès qui avaient conduit des experts à parler de déclin de la production industrielle de masse d’aujourd’hui, de changement de modèle industriel, et surtout, de « démocratisation » de l’utilisation de l’impression 3D pour les particuliers et pour tous les types d’entreprises.

Les études récentes confirment la tendance au changement du modèle industriel de production des biens mais beaucoup moins la tendance à la « démocratisation » de l’utilisation de l’impression 3D.

1.1. La tendance au changement de modèle industriel de production.

Les utilisations industrielles se développent dans plusieurs domaines, accélérant la croissance du secteur de l’impression 3D.

1.1.1. Le développement des utilisations.

L’adoption de l’impression 3D se développe dans les grandes entreprises industrielles, en particulier avec l’arrivée du métal ; elle s’accroît aussi dans la construction avec l’arrivée du béton, dans le médical et dans la mode.

L’impression 3D de métal.

Un cabinet d’experts américains (Wohlers Associates) indique que les ventes de machines et de services dans ce domaine ont très fortement progressé ainsi que le nombre de fabricants de ce type de machine.

En France, cette technologie est adoptée par quelques grands groupes industriels, en particulier pour la réalisation de pièces complexes, mais environ la moitié des machines vendues sont achetées par des centres de recherche et des plates-formes technologiques.

L’impression 3D de béton.

Les imprimantes 3D de béton sont désormais efficaces même pour des constructions de grandes tailles.

Les avantages de cette technologie son importants (réduction de coûts de main d’œuvre, rapidité, travail en continue ; économie de matériaux, liberté architecturale, etc.)

Les réalisations actuelles sont probantes (maison en 24 heures, ponts pour piétons, éléments architecturaux urbains, etc.) mais la construction de grandes structures manque encore de précision.

L’impression 3D médicale.

La capacité de l’impression 3D de créer des produits personnalisés, à faible coût, rapidement et n’importe où, ouvre de grandes perspectives, comme en témoignent les principales réalisations actuelles :

-impression d’implants dentaires et de prothèses de mains ou de bras ;

-essais de réalisation de cartilage et d’os et de reconstruction mammaire ;

-test d’un cœur artificiel imprimé en silicone ;

-impression des organes permettant au chirurgien de préparer son intervention ;

-impression de dispositifs médicaux dans des villages reculés ou des endroits sinistrés ;

-essai d’autoproduction de médicaments à domicile ;

Hormis l’orthodontie, tous ces secteurs sont au stade des essais, en attente de progrès des matériaux.

L’impression 3D dans la mode

En matière de vêtements, l’impression 3D ne peut réaliser que des pièces intégrales rigides. En attendant l’arrivée d’imprimantes 3D de textile et des progrès dans les matériaux, des essais d’utilisation du maillage sont tentés.

Par contre, l’impression 3D est particulièrement adaptée pour les ornements des vêtements, les accessoires de mode, les lunettes, les parapluies, les bijoux fantaisie, les montres et surtout les chaussures.

Et comme dans toute industrie, l’impression 3D sert aussi à produire les outillages de machines à confectionner les vêtements et les pièces qui ne sont plus produites aujourd’hui.

1.1.2. Le développement des ventes du secteur de l’impression 3D.

Le graphique synthétique ci-dessous, publié par le cabinet d’études américain « SmarTech Publishing » traduit le développement actuel et futur de la demande mondiale adressée au secteur de l’impression 3D, en figurant l’évolution des ventes des 4 activités qui le composent : les machines, les matériaux, les services et les logiciels.

(Sources : 3dnatives.com)

Les ventes ont tendront à quadrupler de 2018 à 2027 sous l’effet de 2 fortes tendances :

-l’adoption de la technologie par de grands groupes internationaux qui stimulent la création de nouveaux procédés et matériaux ;

-la tendance à combiner l’impression 3D avec les machines-outils et processus déjà existants.

L’étude livre en outre les résultats suivants :

-les secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et de la santé resteront les marchés clés et les secteurs de la consommation et de l’énergie représenteront de belles opportunités.

-les entreprises leaders resteront « 3D Systems » et « Stratasys », malgré l’arrivée des nouveaux et puissants concurrents que sont GE Additive, HP, Google et des fabricants chinois.

-la France ne représente qu’environ 5% des imprimantes installée (les USA= 40% ; le Japon, l’Allemagne et la Chine = 10% chacun) mais le numéro 3 mondial est un français, Prodways, filiale du groupe Gorgé.

Incontestablement, l’impression 3D se fait dans le mode de production des biens une place croissante et de façon exponentielle, confirmant nettement une partie de la prédiction sur la « révolution ».

Par contre, l’aspect « démocratisation », celui qui concerne la capacité de créer des objets pour son propre usage ou la capacité de créer un entreprise d’un clic, reste et sans doute restera plutôt utopique, à avenir prévisible.

1.2. La très faible « démocratisation » de l’utilisation de l’impression 3D. 

1.2.1. Dans le monde de l’entreprise.

Comme montré ci-dessus, l’utilisation de l’impression 3D reste principalement affaire de grands groupes industriels et de grandes sociétés de services d’impression 3D.

Comme pour toute innovation de rupture, beaucoup d’industriels attendent pour investir que la technologie se stabilise et que son utilisation se précise. Aussi les premières expériences d’utilisation ou d’achat recourent-elles à la collaboration des sociétés de services d’impression 3D, sociétés indépendantes ou sociétés créées par les fabricants d’imprimantes, ou à des plates-formes technologiques publiques ou associatives. Commander des pièces imprimées en 3D à des sociétés, en bénéficiant de leur expertise et de leurs équipements, est et restera sans doute encore assez longtemps une décision moins risquée que d’intégrer l’impression 3D.

1.2.2. Chez les particuliers.

(Sources : 3dnatives.com)

Le tableau ci-dessus est la synthèse d’une enquête conduite par le cabinet d’études OnePoll pour le compte d’un gros distributeur allemand de matériel électronique, Reichelt electronik, auprès de 1000 français.

On peut y lire que :

-42% des personnes interrogées seraient prêtes à acquérir une imprimante 3D à condition que son prix soit compris entre 500 et 1000€.

-les usages de cette imprimante concernerait principalement la réparation des équipements existants (64%), la fabrication d’objets de décoration (58%), et enfin la création de composants pour l’automobile, l’électronique ou l’informatique (37%).

-30% considère comme envisageable l’impression 3D de leurs aliments.

L’intérêt pour l’impression 3D est manifeste mais les obstacles restent considérables ; les fichiers informatiques modèles se développent ainsi que les imprimantes peu chères mais les difficultés d’utilisation restent fortes et les prix dissuasifs.

On peut valablement prévoir que le recours aux sociétés de services d’impression 3D sera de plus en plus facile et de moins en moins coûteux ; et que cette sous-traitance restera préférable à l’auto-impression chaque fois qu’il s’agira de pièces techniques exigeant précision de fabrication et robustesse.

C’est dire que la prochaine vague d’utilisateurs nouveaux sera essentiellement composée de PME industrielles, éventuellement d’artisans.

Voyons dans quels domaines ces nouveaux utilisateurs pourraient entrer avec quelque espoir de réussir et ce qui est de nature à faciliter ce succès.

2. Les domaines les plus exigeants en impression 3D et les outils de facilitation. 

2.1. Les domaines où l’impression 3D tend à devenir incontournable.

Sculpteo, société française pionnière dans l’impression 3D en ligne et dans le conseil aux entreprises, repère cinq domaines où l’avantage de l’impression 3D est ou tend à devenir incontournable : le prototypage, la réalisation de produit à géométrie complexe, la personnalisation de masse, l’assemblage intégré de pièces, la résurrection ou re-conception de pièces.

1.1. Preuve de concept et prototype.

On sait que cela a été et reste le premier type d’utilisation de l’impression 3D et le moins exigeant en technicité et en coût.

1.2. Fabrication de produit à géométrie complexe.

Contrairement à la production classique, l’impression 3D n’est pas gênée par la complexité de la forme du produit, ce qui est de nature à réduire le temps et les coûts.

De plus, la possibilité de réaliser des produits « en nid d’abeille » (structure alvéolaire) réduit les coûts, accroît la robustesse et offre la capacité d’absorber les chocs et de récupérer la forme initiale.

1.3. La personnalisation de masse

L’impression 3D rend possible, en quantité et à moindres coûts, la personnalisation de plusieurs type de produits de consommation ; implants dentaires, coques de prothèse auditive, écouteurs personnalisés, etc.

1.4. L’assemblage intégré

Il est possible d’intégrer un plan d’assemblage dans son modèle 3D avant impression et, par suite, réduire le temps d’impression en réduisant le nombre d’articles à imprimer.

Des pièces avec charnières et articulations fonctionnelles peuvent ainsi être fabriquées en une seule impression sans nécessiter d’assemblage post-impression.

1.5. La résurrection ou la re-conception de pièces ou d’assemblage.

Il n’est alors plus besoin de respecter les contraintes techniques et d’outillages du début mais seulement de rechercher la réduction du poids ou du coût (optimisation topologique) ou la réduction des effets négatifs sur l’environnement (écoconception) ou l’adoption d’une forme plus complexe, sous réserve de respecter la forme et la fonction.

2. 2. Facilitation du recours à la 3D pour petites structures.

2.1. Le recours aux sociétés spécialisées et aux structures publiques ou associatives locales.

Le recours à la 3D n’est plus réservé aux grands groupes industriels ni aux acheteurs de machine ; on peut recourir à de nombreuses sociétés spécialisées comme par exemple Sculpteo ou Materialize ou à des structures publiques ou associatives locales pour sous-traiter la conception numérique et/ou la réalisation de pièces imprimées à distance.

Commander une pièce ou une petite série de pièces imprimée en 3D peut se faire en quelques clics, avec des tarifs négociés au cas par cas en fonction de la prestation. Et le développement de la demande de cette sous-traitance d’’impression 3D tendra à réduire les coûts et les prix.

Dans chaque région, on peut trouver une ou des plates-formes technologiques (telles que Platinium 3D,

Rhône-Alpes Fabrication Additive Métallique, etc.) et un FabLab professionnel (tels que Youfactory, Fabclub, etc.) ; et, donc, un accès à des conseils et à un parc d’outils professionnels pour réaliser son projet.

2.2. L’attention tournée vers les nouveaux utilisateurs de l’impression 3D.

Les grandes entreprises étant conquises à l’utilisation de l’impression 3D, les offreurs du marché, les financiers et les pouvoirs publics tendent à se centrer sur les autres utilisateurs pour élargir la demande d’impression 3D. Et pour faciliter le passage difficile de la fabrication traditionnelle à la fabrication additive de nombreux acteurs de l’impression 3D proposent des services de conseil.

2.3 Les possibilités de fabrication additive métallique se développent.

La fabrication additive métallique est pleine de promesses : possibilité de produire des pièces complexes à moindre coût par rapport à l’usinage, gains de poids et de matière première.

La multiplication des fabricants de machines témoigne de l’ébullition qui gagne cette technologie. Chacun cherche à gagner en robustesse et en productivité mais ce sont encore les centres de recherche et les plates-formes technologiques qui les achètent.

Ici aussi les efforts de conseils et d’assistance se multiplient, en provenance des fabricants et des sociétés spécialisées mais aussi de groupements de services publics tels que « 3D Start PME » lancé par le Symop, (l’organisation des fabricants de machines industrielles créatrice du portail national de la FA baptisé « www.la-fabrication-additive.com ») le CETIM (Centre technique des industries mécaniques) le CEA, avec le soutien de Bpifrance (Banque Publique d’Investissement) ;

Aucune reproduction ne peut être faite de cet article sans l’autorisation expresse de l’auteur ».  A. Uzan. 3/01/2018