L'impression 3D, comment atteindre les cadences industrielles ?
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L'impression 3D est-elle vraiment la révolution qu'on nous promet ? Va-t-elle bouleverser l'usine de demain ? Cette thèse professionnelle dresse un état des lieux de la fabrication additive et de ses axes d'amélioration. La révolution industrielle n'est pas encore là, mais elle se prépare !
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Notes de l'éditeur
- J’ai commencé à m’intéresser à l’impression 3D en 2013, quand le secteur était en pleine euphorie et faisait régulièrement la une des médias. On nous promettait une imprimante 3D dans chaque foyer.
- J’ai voulu en savoir un peu plus sur ce à quoi ça ressemblait concrètement et je me suis rendu dans des fablabs, et notamment à la Maker Faire à Paris en 2015. Et là, j’ai été frappé de désillusion devant la lenteur du process, l’aspect artisanal, bricolé des objets. Et je me suis demandé en quoi cela pouvait être considéré comme une révolution industrielle.
- Les promesses de 2013 et la perspective que chacun ait une imprimante 3D à la maison semblait bien lointaine. L’impression 3D avait l’air réservé aux bricoleurs amateurs, aux geeks, aux adeptes du do-it-yourself.
- Je n’étais apparemment pas le seul à penser que l’impression 3D était très loin d’avoir tenu toutes ses promesses, puisque l’un des plus hauts dirigeants d’Autodesk, le leader mondial de logiciels 2D/3D, avait tenu des propos assez sévères sur l’impression 3D. Evidemment, l’intention de Jeff Kowalski n’était pas de ses mettre tous les promoteurs de l’impression 3D à dos, mais il a plutôt suivi l’adage « qui aime bien châtie bien ». Son but en fait était de démontrer tout ce en quoi l’impression 3D pêchait et de proposer des solutions pour faire revenir le « sense of wonder », et plus simplement faire du business en exploitant au maximum le potentiel de ces technologies.
- L’une des blagues qui circulaient à ce moment sur l’impression 3D, et que raconte Jeff Kowalski, est celle-ci : « … ». Sauf qu’elle ne le faisait pas tellement rire, et qu’il avait vraiment envie de se donner les moyens de rendre l’impression 3D beaucoup plus précise, plus fiable, plus performante.
- Force est de constater que la fabrication additive a quand même parcouru du chemin depuis sa création dans les années 80. Elle a d’abord été utilisé dans le prototypage rapide, au début des années 90, puis dans l’outillage rapide à la fin des années 90, à la fabrication directe à la fin des années 2000, et depuis le début des années 2010 elle permet également de fabriquer des objets à la maison.
- Malgré cette évolution des usages, le prototypage rapide – qui était le premier usage de l’impression 3D au point que les termes se confondaient (d’ailleurs l’association française de la fabrication additive, dont j’ai interviewé le président, s’appelle l’Association française de Prototypage Rapide, et ce n’est qu’après qu’elle a rajouté et de fabrication additive, mais son acronyme reste l’AFPR. Le prototypage rapide donc représente encore 70% du marché de la fabrication additive en termes de chiffres d’affaires au niveau mondial.
- Comment expliquer que la fabrication additive n’ait pas plus d’impact sur le bout de la chaîne, la fabrication de produits finis. 3 raisons principales peuvent expliquer ces carences actuelles.
- Pourtant, il y a des raisons d’espérer. A commencer par la loi de Moore qui ne s’est pas vérifié pour la première fois en informatique, mais qui a encore une belle longévité en ce qui concerne la fabrication additive.
- Cette citation date de 2013, donc on peut estimer que la bouteille de Meg Whitman mettrait aujourd’hui 5 heures à s’imprimer. Mais cette phrase est doublement intéressante, parce qu’elle démontre aussi la volonté très forte d’HP de disrupter le marché de la fabrication additive, et éventuellement de briser le duopole 3D Systems et Stratasys, comme on le verra un peu plus tard.
- Mais revenons à Jeff Kowalski, et à sa volonté de révolutionner l’impression 3D. Le projet Escher d’Autodesk peut être vu comme la réponse de Kowalski aux problématiques qu’il soulevait 2 ans plus tôt, du point de vue logiciel en tout cas. En gros, au lieu de n’avoir qu’une seule imprimante qui travaille à fabriquer un objet, le logiciel d’Autodesk va permettre de coordonner un réseau d’imprimantes qui vont imprimer simultanément des parties différentes d’un objet, ce qui permet de multiplier la vitesse de réalisation de l’objet évidemment mais aussi sa taille, par exemples, voire même le nombre de matériaux différents qui le constituent.
- Un projet assez similaire est la High Speed Fab Grade de 3D Systems, même si là c’est un seul système qui coordonne une multitude de tête d ‘impression, avec un plateau mobile. Ce projet a beaucoup fait parler, parce que c’est lui qui devrait à terme déboucher sur le projet ARA de Google.
- Le projet ARA vise à construire un smartphone modulaire, dont on pourrait changer l’écran, la batterie et tous les autres composants à volonté. Ce serait un premier pas important vers la personnalisation de masse, qui est l’un des défis ultimes de l’impression 3D. Pour le moment, le projet a pris du retard et on n’est pas 100% sûr que ce soit 3D systems qui va être choisi, mais c’est une évolution qui finira très certainement par arriver.
- Parmi les imprimantes 3D les plus prometteuses en termes de vitesse, on peut citer la machine de TNO qui peut imprimer des centaines de produits différents en quelques minutes, et celle de l’université de Sheffield, a inventé un nouveau procédé qui permettrait de rivaliser avec la cadence de production de l’injection plastique. Il y a également de nouveaux acteurs, comme Toshiba, qui ont annoncé de nouveaux modèles jusqu’à 20 fois plus rapides que ceux existants actuellement.
- La vitesse n’est pas le seul défi de l’impression 3D, il y a aussi la taille des impressions. Par définition, une imprimante 3D reste une imprimante, donc une boîte qui ne peut pas fabriquer des objets plus grands que ce qu’elle peut contenir.
- L’une des pistes principales pour faire sortir l’impression 3D de sa boîte, outre de construire des imprimantes 3D toujours plus grandes (comme le chinois Winsun) c’est la robotique. Que ce soit dans l’espace, comme avec ce projet de l’Agence spatiale européenne qui vise à équipe un robot d’une tête à imprimante 3D pour construire des logements sur la Lune en utilisant le régolithe présent à la surface lunaire…
- … ou sur Terre, avec cette initiative d’une entreprise néerlandaise pour construire un pont métallique à Amsterdam grâce à un robot à six bras. Un projet à la frontière de la robotique et du design.
- Une image du verre imprimé par le MIT pour la première fois en 2015, MIT qui a par ailleurs développé une multifab qui peut combiner jusqu’à 10 matériaux différents et qui coûte moins de 7000€ contre 200 000€ pour les machines habituelles.
- Le prix des matières premières n’a pas baissé. En partie car il faut pureté et homogénité mais aussi parce que les fabricants obligent à utiliser leurs matières
- On passe d’un domaine réservé à des spécialistes, et surtout le marché B2B, à des technologies qui vont toucher toutes les couches de la société