BTS A2R. Edouard Boreau de Roincé [L IMPRESSION TRIDIMENSIONNELLE] Compte rendu de veille technologique

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1 2014 BTS A2R Edouard Boreau de Roincé [L IMPRESSION TRIDIMENSIONNELLE] Compte rendu de veille technologique

2 Table des matières Introduction :... 2 Fonctionnement de l imprimante 3D... 2 Compte rendu de la veille technologique :... 6 Quelle ouverture pour les entreprises? Vers une production de masse? A quand la véritable production de masse? Sources

3 Introduction. L'impression 3D (ou impression tridimensionnelle) est une technique de fabrication additive développée pour le prototypage rapide. Trois technologies principales coexistent : le FDM (Fuse Deposition Modeling : modelage par dépôt de matière en fusion), la SLA (Stéréolithographie : une lumière UV solidifie une couche de plastique liquide) et le frittage sélectif par laser (un laser agglomère une couche de poudre). L'impression tridimensionnelle permet de produire un objet réel : un opérateur dessine l'objet sur un écran en utilisant un outil de CAO (Conception assistée par ordinateur). Le fichier 3D obtenu est envoyé vers une imprimante spécifique qui le découpe en tranches et dépose ou solidifie de la matière couche par couche pour obtenir la pièce finale. Le principe est donc assez proche de celui d'une imprimante 2D classique : les buses utilisées, qui déposent de la colle, sont d'ailleurs identiques à celles des imprimantes de bureau. C'est l'empilement de ces couches qui crée un volume. Selon le procédé une panoplie de matériaux peut être utilisée : le plastique (ABS), la cire, le métal, le plâtre de Paris (très fin) et d'autres encore. Les applications vont de l'industrie à la production de voitures, d'avions, de bien de consommation, etc, à la visualisation de projets, de vérification d'ergonomie pour l'architecture ou les études de design. Fonctionnement de l imprimante 3D. L impression 3D fonctionne selon plusieurs procédés dépendant du modèle de l imprimante et des matériaux utilisés. Ces procédés se classent en 3 grands groupes : -le dépôt de matière. -la solidification par la lumière. -l agglomération par collage. Ces 3 techniques fonctionnent toutes selon le «couche par couche». Seule la façon dont sont appliqués et traitées les couches est différente. Toutes les technologies connues 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. 2

4 Il existe différents types de technologies. Les principales sont : AM ou ALM (Additive -Layer- Manufacturing) Additive Manufacturing (AM) est défini par la norme ASTM comme le «processus d'assemblage de matériaux pour fabriquer des objets à partir des données du modèle 3D, le plus souvent couche après couche, par opposition aux méthodes de fabrication soustractive (fabrication additive). Le terme additif décrit les technologies qui peuvent être utilisés n'importe où dans le cycle de vie du produit, de la pré-production (c'est-à-dire du prototypage rapide) à la production à pleine échelle (également connu sous le nom de fabrication rapide) et même pour les applications d'outillage ou de personnalisation de post-production. Des exemples de technique d'am sont le dépôt de filaments en fusion (fused deposition modeling) et le frittage par laser (laser sintering). FDM (Fused Deposition Modeling) : dépôt de ma tière fondue. Cette technologie a été développée par S. Scott Crump à la fin des années 80 et commercialisée en 1990 par Stratasys (USA), entreprise dont il est le fondateur. Cette technique consiste à faire fondre un filament de matière synthétique (généralement du plastique type ABS ou PLA) à travers une buse (un extrudeur) chauffée à une température variant entre 160 et 270 C. Un petit fil de plastique en fusion, d'un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre, en sort. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par re-fusion sur ce qui a été déposé au préalable. Voir schéma ci-dessous. 3

5 FTI (Film Transfer Imaging) Un film transparent recouvert d une couche de résine photopolymère est placé devant le vidéo projecteur intégré à la machine, l image de la coupe 2D projetée dessus va faire durcir la résine. Le plateau de production est remonté d une épaisseur tandis que le film transparent fait un aller-retour dans la cartouche afin de recevoir une nouvelle couche de résine liquide, l image de la coupe 2D suivante est projetée dessus et ainsi de suite. La pièce est ainsi reconstituée couche par couche. MJM : Modelage à jets multiples. Cette technique consiste à déposer une couche de résine (du plastique type acrylate ou polypropylène) liquide de la même manière qu'une imprimante à jet d'encre avec une épaisseur de 2/100 à 4/100 de mm. 4

6 SLA (StéréolithographieApparatus) : Stéréolithographie. La Stéréolithographie est considérée comme étant à l origine des procédés d impression 3D, avec le premier modèle breveté en 1986 par Charles Hull et la première machine commerciale développée par 3D Systems en Cette technique utilise en général une résine spéciale sensible au traitement ultra violet. À la fin de chaque couche 2D, une lampe ultra-violette traite la résine qui durcit. SLS (Selective Laser Sintering): Frittage selectif par laser La technologie a été développée par Dr. Carl Deckard, et brevetée chez DTM Corporation (actuellement 3D Systems) à Austin, USA. Cette technique est similaire à la stéréolithographie, mais une poudre est utilisée (au lieu d'un photopolymère liquide). Un laser puissant solidifie localement la surface de poudre et l'agglomère aux couches précédentes par frittage. Une nouvelle couche de poudre est ensuite étalée et le processus recommence. 5

7 Compte rendu de la veille technologique. Méthodes utilisées : Afin de suivre l actualité des imprimantes 3D j ai consulté divers sites internet en privilégiant ceux fournissant du contenu souvent actualisé. Je n ai pas suivit de flux rss car je ne suis pas adepte de cette méthode. 10 octobre 2013 : Une imprimante à pizza financée par la NASA. La NASA voulait relever ce défi, au mois de Mai elle a investi $ dans une société de R&D d Austin afin de développer un prototype fonctionnel pour son projet de synthétiseur universel de nourriture. Dans le cadre de son projet «Mission to Mars», la Nasa doit relever un défi de taille, nourrir tout un équipage pendant 7 mois et ensuite lui permettre de subsister sur Mars. Derrière ce projet ambitieux se pose aussi la question de nourrir la planète avec plus de 7 milliards d êtres humains, il faut donc trouver des solutions plus économes en matières premières, l impression 3D pourrait permettre d apporter des réponses. Lien de l article : 24 Janvier 2014 : Cody Wilson, créateur de la première arme imprimée en 3D. Cody Wilson c est cet étudiant américain de 26 ans à l origine du Liberator, la première arme fonctionnelle imprimée en 3D. Après avoir publié en ligne les plans, l arme avait été téléchargé plus de fois en seulement deux jours! Le gouvernement américain l avait alors forcé à retirer les fichiers d internet alors que le magazine Wired l avait intégré dans son TOP 15 des personnes les plus dangereuses au monde. Lien de l article : 6

8 12 février 2014 : Une première mondiale dans l impression 3D d un bassin humain. Craig Gerrand est consultant en chirurgie orthopédique au sein de l hôpital Newcastle upon Tyne, situé dans le nord de l Angleterre. Le docteur Gerrand a récemment effectué une première médicale en recréant par impression 3D le bassin d un patient atteint d une rare forme de cancer appelé Chondrosarcome. Dans un premier temps, l équipe du Dr. Gerrand réalisa une numérisation 3D précise du bassin du patient pour calculer la quantité d os qui allait être prélevée mais également pour connaître la forme du bassin à reconstruire. Les données du patient furent alors transmises à la société Stanmore Implants qui se chargea de l impression 3D à base de titanium, un matériau reconnu pour ses propriétés de biocompatibilité. Dans ce cas précis, la technique d impression utilisée reposa sur la fusion successive de couches de poudre de titane (frittage laser direct de métal). Lien de l article : 25 février 2014 : L impression 3D au service de la chirurgie cardiaque. Roland est un bébé de 14 mois né avec un problème de malformation cardiaque qui nécessitait une intervention chirurgicale. Pour parer aux éventuelles complications liées à une opération de ce type, les médecins du Kosair Children s Hospital, situé à Louisville USA, ont décidé d étudier la marche à suivre à partir d une réplique imprimée en 3D du cœur de Roland. Une opération cardiaque n est jamais simple et à fortiori sur un enfant de 14 mois dont le cœur est malade. C est pourquoi le Dr. Erle a suggéré de modéliser en trois dimensions le cœur de Roland. L organe fut donc imprimé en 3 sections distinctes pour avoir un aperçu des malformations et analyser au mieux la procédure à suivre. Lien de l article : 7

9 6 mars 2014: Un adolescent de 15 ans détourne son smartphone en stéthoscope. Après plusieurs semaines passées à modéliser et imprimer en 3D ses idées, le jeune homme eut l idée ingénieuse de rajouter un diaphragme à une coque iphone pour recueillir les sons basses fréquences, tels que des battements cardiaques, et les envoyés au micro du téléphone, et ainsi détourner son iphone en véritable stéthoscope. Après plusieurs prototypes réalisés à partir de sa MakerBot, le Steth IO était né. Lien de l article : 8

10 24 mars 2014 : Un nourrisson respire de nouveau grâce à l impression 3D. Pour la seconde fois, des docteurs du University of Michigan s C.S. Mott Children s Hospital, situé à Ann Arbor USA, ont sauvé la vie d un nourrisson par le recours à l impression 3D. Scott Hollister et Richard Ohye, docteurs en médecine, ont créés une attelle trachéale pour Garrett en utilisant un bio-polymère appelé polycaprolactone. Le dispositif a été réalisé sur-mesure à l aide de scans médicaux. Le 31 janvier 2014, l attelle fut cousue sur les bronches du nourrisson. L opération est un succès, le dispositif fonctionne, et Garrett se passe progressivement des appareils respiratoires. Sans l impression 3D, cette procédure n aurait pas été possible. Lien de l article : 27 mars 2014 : Le premier crâne imprimé en 3D implanté sur une patiente une première mondiale. Une équipe de l UMC Utrecht, un hôpital situé aux Pays-Bas, a récemment réalisé une intervention unique en son genre en remplaçant un crâne humain par une prothèse imprimée en 3D. L opération s est déroulée sur une patiente atteinte d une rare maladie ayant pour conséquence un épaississement de sa boîte crânienne, causant une trop forte pression sur le cerveau. L équipe, menée par les chirurgiens Bon Verweij et Marvick Muradin, décida alors de remplacer la boîte crânienne de la patiente par un implant imprimé en 3D à base de plastique. L hôpital réalisa dans un premier temps la modélisation 3D du modèle avant de faire fabriquer la prothèse par une société australienne spécialisée en impression 3D. L UMC Utrecht a déjà eu l occasion de remplacer des sections de crâne chez des patients, mais jamais une boîte crânienne entière et jamais par une technologie d impression 3D. L opération dura plus de 23 heures et fut un véritable succès. Lien de l article : 9

11 Quelle ouverture pour les entreprises? Vers une production de masse? Depuis quelques années, l'impression 3D a évolué. Avec l'expiration des brevets et la baisse des coûts, cette impression 3D s'est tournée vers la fabrication de biens de consommation. De ce fait, la fabrication additive bouleverse notre manière de produire. Il n'est plus nécessaire de disposer de plusieurs machines, une seule peut désormais suffire à produire une grande diversité d'objet. Cela réduit donc les coûts de fabrication grâce au nombre réduit de machines et à l'assemblage qui s'en retrouve simplifié. Cette technologie remet totalement en cause le concept même de chaine de production et de logistique, il est désormais possible de produire en flux hypertendu, réduisant ainsi le stockage et le transport et par conséquent leur frais. Dans certains cas la totalité de cette chaine devient obsolète. En effet, les possesseurs d'imprimante 3D n'ont qu'à concevoir ou récupère un fichier 3D pour fabriquer leurs propres objets, occultant ainsi toute cette chaine. On peu ainsi imaginer à l'avenir que des industriels ne vendront pas leurs produits en grande surface mais leurs fichiers 3D directement aux clients se passant ainsi de toute la logistique traditionnelle. L avenir nous dira si cette technologie et ce type de production peu s'adapter au marché de masse. A quand la véritable production de masse? Combien de temps nous sépare d une démocratisation semblable à celle des PC ou des smartphones? L infographie de Farnell (leader mondial de la distribution de produits électroniques, électriques et industriels), basée sur les chiffres de la population et du marché des Etats-Unis, montre une anticipation de l adoption des imprimantes 3D par les foyers, son impact sur le marché traditionnel et la propriété intellectuelle des objets. On y apprend tout d abord que les secteurs de l automobile et des biens de consommation sont les plus concernés à l heure actuelle par le prototypage par impression 3D. On retrouve ensuite le secteur médical, dont de nombreux projets récents se basent sur l impression 3D : imprimer une boîte crânienne, une trachée, ou une réplique de cœur d enfant. Le secteur aérospatial et militaire est aussi à l honneur avec BAE Systems qui a équipé un avion de combat de pièces imprimées en 3D. 10

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13 Farnell pense qu il faudrait attendre 2040 avant que chaque foyer possède sa propre imprimante. Cependant, l étude rappelle que les révolutions sont un phénomène difficile à prédire, mais avec l avènement d internet, on se doute que l engouement sera bien plus rapide. Sources. Afin de réaliser cette veille technologique, j ai recueilli diverses informations à travers plusieurs articles de sites internet tel que :