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Le prototypage rapide s'industrialise

Par publié le à 00h00

Grâce à ses progrès technologiques, la fabrication 3D n'est plus cantonnée au prototypage. Elle permet aussi l'assemblage de pièces physiquement utilisables. Et fait ainsi de plus en plus d'adeptes, de l'usine la plus traditionnelle au nouvel acteur du e-commerce. Jusqu'où cette déferlante impactera-t-elle notre modèle industriel ?

Jusqu'à 5 millions de produits uniques fabriqués chaque année. Le hollandais Shapeways, qui n'était encore qu'une start-up il y a quelques années, est passé maître dans l'industrialisation de la fabrication 3D, avec son usine inaugurée cette année à New-York. Celle-ci comptera 30 à 50 machines. Différents procédés de fabrication seront disponibles pour ses clients, ainsi qu'une variété de matériaux : plastiques, céramiques, sable... Un changement d'échelle révélateur de l'évolution du secteur dans son entier. La fabrication additive, qui consiste à assembler un objet couche par couche, n'est pas une nouveauté en soi. Mais les usages et les applications qui en découlent sont en plein boom. « Les technologies ayant évolué, plusieurs procédés permettent désormais de produire directement des pièces, en petite et moyenne série », confirme Éric Baustert, responsable R&D au sein de la société MB Proto, qui produit notamment des prothèses dentaires, en plus de son activité de prototypage. Une tendance confirmée par le dernier rapport du cabinet de conseil Wohlers Associate. Ce document souligne que la part relative du prototypage dans les revenus issus de la fabrication 3D, écrasante au début des années 2000, a été ramenée en 2011 à 76 %. De fait, les raisons d'adopter la technologie pour un usage industriel sont de plus en plus nombreuses. D'abord, sur des petits volumes ou des marchés de niche, elle permet de réaliser des économies substantielles de temps et d'argent. Ainsi, par rapport à l'injection plastique, les coûts de fabrication peuvent être réduits d'un facteur dix et le cycle de production raccourci de quelques heures à quelques semaines, grâce à la suppression de l'étape de création d'un moule dédié.

Des atouts industriels indéniables

Autre critère d'intérêt pour les industriels : l'allégement des pièces. Un atout de plus en plus net dans un grand nombre de secteurs, dont les transports et l'électronique. Selon EADS, qui construit des prototypes de vélo et de drones en matière plastique en fusionnant plusieurs pièces en une et en éliminant les éléments d'assemblage, comme les vis ou les écrous, un allégement de 65 % est possible à performances mécaniques égales.

De nouveaux débouchés

Le même type de résultats peut être atteint avec les métaux, en créant des structures plus fines. Le français Poly-Shape, qui utilise la fusion laser de poudre métallique, parvient par exemple à obtenir des roues de turbine en titane 50 % plus légères que des roues standards, en construisant des sections alvéolées.

En outre, comme le souligne la société de conseil Computer Sciences Corporation (CSC) dans un rapport sur la fabrication 3D, la technique est parfois la plus adaptée pour mettre en oeuvre certains matériaux. C'est le cas du titane qui, malgré ses attraits, résiste mal aux moyens d'usinage conventionnels, comme la découpe ou le soudage.

La fabrication additive permet donc de produire mieux. Mais aussi et surtout d'ouvrir de nouveaux débouchés. Ainsi, les machines de frittage de poudre du français Phenix Systems sont à même de mélanger métaux et céramiques dans une même poudre, pour créer des composites à très haute performance mécanique ou thermique, inaccessibles par des techniques conventionnelles.

L'industriel travaille aussi à fonctionnaliser des pièces. Ainsi, sur la même « tranche » d'un objet, il serait possible d'associer deux matériaux différents. Par exemple, sur une forme sphérique, un coeur en matériau conducteur et un pourtour en métal anticorrosion.

Du côté des poudres organiques, des recherches ont lieu pour mettre au point de nouvelles formules aux propriétés finement contrôlées, que ce soit en termes d'homogénéité, via le contrôle de la taille des grains, de la résolution des motifs (jusqu'au dixième de micron) ou via l'ajout de fonction comme la capacité à conduire le courant électrique ou à s'autoréparer, entre autres. Dans le biomédical par exemple, on peut envisager d'imprimer des matrices servant de support à des cellules pour reconstruire des tissus. À mesure que les machines progressent, des pièces plus grandes et plus fiables peuvent être fabriquées. « Pour les drones, il est déjà possible de construire des ailes en sections, puis de les assembler », souligne Terry Wohlers, fondateur de Wohlers Associates. Même si la perspective d'imprimer en 3D une aile d'avion paraît encore lointaine, les constructeurs aéronautiques ne perdent pas de vue l'objectif. En témoigne le projet de recherche européen Amaze, qui vise à produire par fabrication additive des composants métalliques de deux mètres d'envergure à l'horizon 2017. L'Agence spatiale européenne et Thales Alenia Space y sont associés.

Vers une transformation des usines ?

En arrivera-t-on, comme le prédit le cabinet CSC, à voir des machines de fabrication 3D dans toutes les usines ? Des procédés hybrides mélangeant impression 3D et usinage conventionnel verront-ils le jour ? Pour Terry Wohlers, le prix des machines industrielles pourrait freiner ce mouvement. À l'heure actuelle, celui-ci reste élevé, même pour un grand groupe.

« Certaines usines produisant des volumes faibles et des pièces très complexes seront concernées. Mais la technologie va surtout contribuer à créer de nouvelles opportunités commerciales : de nouveaux types de produits et de nouvelles façons de créer des pièces et des assemblages complexes », analyse l'expert. « Je ne vois pas la fabrication 3D devenir le mode de production universel », estime quant à lui le directeur général de Phenix Systems, Patrick Teulet. « En revanche les progrès permettront à cette technologie de se positionner sur des secteurs très techniques, comme le spatial ou l'aéronautique, avec la possibilité de créer de nouveaux matériaux et de miniaturiser les composants. »

À l'heure où l'avenir de certaines usines reste incertain, la fabrication 3D a au moins le mérite de promettre des lendemains industriels.

Catherine Lubineau, directrice technique adjointe de l'Union de normalisation de la mécanique " Des normes pour garantir la qualité "

Pourquoi la normalisation de la fabrication additive est-elle importante ? Elle constitue un vecteur de diffusion des nouvelles technologies et contribue à leur adoption, en rendant l'information disponible sur le marché. De plus, elle aidera à donner confiance aux clients, en garantissant un certain niveau de qualité des pièces produites. Sur quoi portent les normes ? Sur le vocabulaire, la description des procédés, le cahier des charges, l'échange de données informatiques et les formats de fichiers de fabrication 3D. On se dirige vers une harmonisation entre les normes internationales, ISO, et américaines (ASTM), dans un contexte de réel intérêt des industriels français et européens à prendre part aux travaux de normalisation. Comment le peuvent-ils ? En participant aux travaux du comité de normalisation français, point d'entrée pour la normalisation internationale et européenne. Le programme de recherche Sasam soutient la rédaction de normes européennes sur la fabrication additive. Les industriels peuvent faire remonter leurs besoins via un questionnaire, dont les réponses serviront à établir une feuille de route pour peser sur les travaux du comité ISO.

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