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Impression 3D : révolution !?

Cela fait déjà quelques années qu’une nouvelle révolution industrielle portée par l’impression 3D nous est annoncée. Le livre de Chris Anderson sorti en 2012 “Makers: The New Industrial Revolution” en est la bible. L’idée est simple : grâce, entre autres, à l’impression 3D, on pourra relocaliser la production, partie dans les pays à bas coûts, dans les pays riches. On peut même imaginer dans son salon une mini usine -rebaptisée pour l’occasion usine digitale- capable de fabriquer l’assiette cassée par le petit dernier. Qu’en est-il aujourd’hui pour le grand public ? Point sur les techniques, fabricants et services associés à cet écosystème en mutation profonde.

La démocratisation de l’impression 3D passera par l’éducation

L’impression 3D est souvent présenté comme un des moteurs de la prochaine révolution industrielle. Force est de constater que le marché reste très immature pour les particuliers. Avez-vous déjà vu une imprimante 3D trônant dans le salon de vos amis ? Pour la plupart d’entre nous, non!

Le cabinet Gartner classe désormais l’impression 3D grand public (“consumer 3D printing”) dans la phase des désillusions dans sa Hype Cycle qui est une courbe de maturité des technologies. Cette phase s’apparente à l’effet “gueule de bois” après une soirée un peu trop arrosée.

Gartner prévoit, néanmoins, la démocratisation de l’impression grand public d’ici 5 à 10 ans. C’est-à-dire demain !

HypeCycle et impression 3D
La Hype Cycle de Gartner

 

On est loin de l’emballement médiatique de premières années, sauf pour certaines applications comme dans le domaine médical (prothèses, implants…) L’impression 3D est plus mûre en entreprise (“Enterprise 3D printing”) grâce une utilisation grandissante des machines pour du prototypage rapide.

Il y a 4 ans, j’ai acheté un modèle en kit (un modèle Prusa i3 construit d’après le projet RepRap) Quelle excitation à l’ouverture du colis! Avec le recul, c’est la phase de montage qui s’est révélée la plus excitante. Passée la fabrication de quelques objets pour mes enfants, la machine a rejoint les recoins oubliés et poussiéreux de la maison. Et il semble bien que nous en étions là en matière d’impression 3D grand public. Les choses pourraient bien changer.

Les principaux constructeurs misent sur l’apprentissage des techniques d’impression 3D dès le plus jeune âge en proposant des machines conçues pour le monde éducatif. En Suisse, le projet Edurobot offre aux enseignants et aux élèves des ressources pédagogiques pour l’utilisation de la robotique et de la technologie à l’école.

En France, l’impression additive a déjà séduit plusieurs établissements scolaires. Le Conseil Général de Seine Saint-Denis a par exemple équipé en imprimante 3D pour la rentrée 2014 certains de ces nouveaux collèges numériques.

A l’instar de la loi de Moore pour les processeurs, les procédés d’impression se sont améliorés et les prix ont fondu. Pour moins de 500€, il est possible d’une machine offrant des bonnes performances. Pourquoi ne pas penser à s’équiper ?

Au fait, c’est quoi l’impression 3D ?

  • Une fabrication par  addition de couches

Il existe différentes méthodes d’impression 3D. Toutes les technologies ont un point commun : elles sont basées sur la découpe de l’objet virtuel 3D en lamelles 2D de très fine épaisseur. Ces fines lamelles sont déposées une à une en les fixant sur les précédentes, ce qui reconstitue l’objet réel. On parle d’une méthode de conception de type additive à l’opposé des techniques rencontrées dans l’industrie, le plus souvent soustractive (pensez à l’usinage)

La plupart des imprimantes 3D vendues dans le commerce utilisent la technologie FDM (Fused Deposition Modeling) Cette technique consiste à faire fondre un filament de matière synthétique, généralement du plastique ABS ou PLA, à travers une buse appelée extrudeur. Cette buse est chauffée à une température de l’ordre de 200°C. Un petit fil de matière en fusion sort de la buse et vient se déposer par re-fusion sur ce qui a été déposé au préalable. La base de l’objet est déposée sur un plateau chauffant, ce qui assure son maintien par collage.

La technologie FDM est une marque déposée par l’inventeur de la technologie de dépôt de filament en fusion, Stratasys.

  • Les matières utilisées pour l’impression

Une imprimante traditionnelle a besoin d’encre. Les imprimantes 3D, c’est pareil! L’encre est dans ce cas un filament en fusion déposé par une buse d’impression (l’extruder) Ce filament provient d’une bobine de fil plastique.

Il existe bien d’autres matières mais elles sont réservées à un usage industriel ou à des fins de recherche, pour des machines dépassant parfois plusieurs dizaines de millier d’€.

Les deux principaux types de plastique (consommables) vendus dans le commerce pour une imprimante 3D grand public sont :

  1. l’ABS : c’est un polymère thermoplastique présentant une bonne tenue aux chocs, relativement rigide, léger et pouvant être moulé. Le fabricant de jouet Lego l’utilise pour ses briques de construction!
  2. le PLA : son autre nom est l’acide polylactique. C’est un polymère entièrement biodégradable utilisé dans l’emballage alimentaire. Il est destiné à remplacer les sacs et cabas en plastiques jusqu’ici distribués dans les commerces.
Bobine et impression 3D
Consommable d’une imprimante 3D (bobine)

 

Les bobines pèsent 1kg et on les trouve sur internet à partir de 16€.

  • Les fichiers et base de données d’objet

Notre imprimante a besoin d’un fichier 3D pour fonctionner. Tout commence par la conception de l’objet à partir d’un logiciel de CAO (sketchup, blender…). Le fichier 3D doit être au format .STL, développé par 3D Systems et devenu un standard. Un logiciel dénommé “slicer” se charge de découper en plusieurs couches l’objet, avant de l’envoyer à l’imprimante.

La maîtrise d’un logiciel de CAO s’avère relativement complexe (mais toujours possible!) et c’est un frein substantiel au développement de l’impression 3D. Il existe des plateformes de partage et d’échange de fichiers 3D sur le web, gratuite ou payante, comme thingiverse ou youmagine. Il en existe bien d’autres sur le net et vous trouverez sûrement dans l’une d’entre elle le fichier de l’objet de vos rêves!

Impression 3D
Impression 3D en cours de Maître Yoda!

Les fabricants d’imprimante 3D

  • une invention américaine

Les sociétés américaines 3D System et Stratasys sont à l’origine de l’impression 3D dans les années 80. C’est d’ailleurs Stratasys qui mettra au point le technique d’impression FDM utilisée par la plupart des imprimantes personnelles. 1996 est l’année où on parle pour la première fois d’imprimante 3D à l’occasion du lancement de la Genesys de Stratasys et de l’Actua 2100 de 3D Systems et de la Z402 de Z Corporation. Toutes ces machines restent néanmoins réservées à un usage professionnel.

Fabricants impression 3D

Dans les années qui suivent, d’autres sociétés sont crées comme Objet ou MarkerBot. Le secteur s’est nettement consolidé dans les années 2010. Ainsi, Stratasys  fait l’acquisition d’Objet et Markerbot tandis que 3D Systems celle de Z Corporation.

  • Un choix délicat

Le choix d’une imprimante est une question délicate tant la concurrence est rude. Car parallèlement aux géants du secteur, il existe toute une myriade de petits constructeurs. En France, on peut citer Volumic qui propose des machines pour des prix supérieur à 3000€ ou Dagoma qui propose des imprimantes montées pour 400€. Notez également le segment des imprimantes à monter soi-même (en kit)  supporté par une communauté de “makers” très actives. On peut citer SpiderBot qui produit des imprimantes 3D en Bourgogne, Tobeca basée dans le Loir-et-Cher ou encore E-motion Tech à Toulouse.

Outre la question du prix, le choix d’un modèle pour un particulier repose sur les éléments suivants :

  1. la taille de la zone d’impression
  2. la résolution (épaisseur minimum d’impression)
  3. la vitesse
  4. le nombre de têtes d’impression pour diversifier les couleurs et/ou les matières

Le site 3dnatives propose des comparatifs d’imprimante. Pour nos exemples, on sélectionne les imprimantes pour particuliers déjà montés (pas en kit) utilisant du plastique ABS pour son impression. On voit que les sociétés chinoises ont investi le segment des imprimantes low-cost.

Cas n°1 : imprimantes coûtant moins de 500€

cas1 : impression 3D

Cas n°2 : imprimante coûtant entre 500€ et 1000€

cas2

Cas n°3 : imprimante coûtant entre 1000€ et 1500€

cas3

Les imprimantes livrées en kit constituent une alternative intéressante. Leur conception repose très souvent sur des projets Open Source, comme le projet RepRap. Il faut être un peu bricoleur. Mais c’est l’esprit originel du mouvement maker et des Fablab en France comme en Suisse.

Les services d’impression en ligne

Le choix d’un service d’impression se fera pour un particulier sur la base du nombre de pièce à réaliser. Il faudra prendre en compte pour la comparaison l’amortissement de l’imprimante, le coût de la matière et les coûts annexes comme l’électricité. On s’aperçoit très vite que les services d’impression deviennent rentables pour les petites séries.

La Suisse possède des sociétés de service d’impression en ligne comme d3Dprint dans le canton de Vaud, spécialisée dans la réalisation d’objets de grande taille. On peut également citer la société Creoform basée à Genève.

Une initiative originale est l’ouverture à Zurich d’un “Copy shop”, 3D-Model. La boutique propose un service d’impression 3D destinée à une clientèle d’amateurs. On peut ainsi imprimer un bijou ou une statuette à a propre effigie. 3D-Model est associé à l’entreprise américaine 3D Systems.

Citons également, Onl’Fait basée à Genève qui propose un service de prototypage rapide. Son fondateur, Sébastien Mischler, entend démocratiser l’utilisation de l’impression 3D : Onl’Fait vient d’organiser un évènement “éphémère” en association avec The Square. Du lundi 29 février au samedi 5 mars 2016, l’atelier s’est transformé en laboratoire. Au menu, découverte des processus d’impression 3D et fabrication d’objets du quotidien à la demande !

La France possède son champion européen : Sculpteo. La société, fondée en 2009 par Eric Carreel, cofondateur d’Inventel et de Withings, Clément Moreau et Jacques Lewiner propose à ses clients de faire imprimer leurs créations sur des machines professionnelles offrant un large choix de matériaux et d’options. Initialement orientée grand public, le potentiel s’est finalement avéré limité. Sculpteo se recentre désormais vers le marché des professionnels. Ainsi Eric Carreel de déclarer :
« Nous sommes certains que cette technologie de l’impression 3D va participer à une révolution, mais une révolution moins excitante : le grand public ne le saura pas. Mais cela va changer la vie des industriels, de ceux qui fabriquent les produits pour le grand public. Pour nous, la vraie croissance est là »

Les services Sculpteo
Les services Sculpteo

Le modèle ressemble à celui d’ebay. Tout le monde peut ouvrir sa boutique. Le designer fixe lui même le prix de son produit. Lorsqu’un client achète un objet, Sculpteo prélève le montant correspondant aux frais d’impression.

Le projet Open Source RepRap

Le Dr Adrian Bowyer, maître de conférence en ingénierie mécanique à l’Université de Bath au Royaume-Uni, fonde RepRap en 2005. Le projet consiste à développer une imprimante 3D capable de s’auto-répliquer.
On entend par “auto-réplication” le fait qu’une machine peut recréer une partie des pièces nécessaires à la construction d’une autre imprimante. En fait seuls l’électronique, les moteurs et les parties métalliques ne peuvent êtres copiées. Mais on peut facilement les acheter dans le commerce.

Machine préférée des “makers”, la RepRap est souvent commercialisée en kit par des petites entreprises. La société EmotionTech vend ses modèles en kit à partir de 400€.

Les modèles d'imprimante 3D d'Emotion Tech
Les modèles d’imprimante 3D d’Emotion Tech

Les modèles RepRap ont pour vocation à équiper les FabLabs. Le montage en kit et l’auto réplication en font le candidat idéal à la philosophie DIY (“Do It Yourself”) qui sous-tend ce type de structure.

L’univers de l’impression 3D est un monde foisonnant, en pleine ébullition. Commercialement, la rencontre avec le grand public n’a pas encore eu lieu. Le dynamisme de l’impression 3D est pour l’instant plus à chercher du côté des initiatives locales et des FabLabs. Ouvertes à tous, ces communautés de passionnés ont pour credo la transmission des compétences et le partage de connaissance en mode collaboratif. La révolution se trouve probablement là : l’établissement d’un liant entre l’humain et le numérique !

Et vous, qu’en pensez-vous ? L’impression 3D fait-elle partie des technologies dites disruptives ? Avez-vous pour projet d’acquérir une imprimante en 2016 ?

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