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MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet
MCI PART TIME 2015
INSTITUT LEONARD DE VINCI
THÈSE PROFESSIONNELLE
Denis RODITI
L’impression 3D, comment atteindre les
cadences industrielles ?
© 3D Systems
Denis RODITI 2/133
Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet
« L’impression 3D a le potentiel de révolutionner la façon
dont nous fabriquons presque tout », Barack Obama,
Discours sur l’État de l’Union.
« La prochaine étape de l'impression 3D consistera à
imprimer entièrement de nouveaux types de matériaux.
Finalement, nous allons imprimer des produits complets -
circuits, moteurs et batteries compris. À ce moment, tous
les paris sont ouverts. » Hod Lipson
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Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Vincent Montet et Alexandre Stopnicki pour leur
enseignement et leur enthousiasme communicatif sur tous les enjeux du digital, ainsi que
l’ensemble du corps enseignant.
Mes remerciements vont ensuite à tous les professionnels et spécialistes qui ont eu la
gentillesse de me faire bénéficier de leur expertise et de de leurs compétences sur la
fabrication additive.
 Guillaume Riottot, MBA MCI Part-Time2014, pour m’avoir aiguillé sur les bons sujets
au tout début de ma thèse.
 Arthur Cassaigneau, Marketing Manager chez Sculpteo
 Cindy Mannevy, Communication & Marketing Manager chez Prodways, filiale du
Groupe Gorgé
 Alexandre Martel, co-fondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com, le
site français de référence sur l’impression 3D
 Jean-Luc Laval, Deputy Group Marketing Director chez Fives
 Georges Taillandier, président de l’Association française de prototypage rapide et
fabrication additive (AFPR)
 Arnauld Coulet, directeur de l’agence Fabulous
 Raphaël Gorgé, CEO du Groupe Gorgé, pour avoir répondu à l’un de mes tweets en
live dans l’émission Tech&Co sur BFM Business du 27 août 2015
 Les étudiants du Fablab de La Défense, pour m’avoir montré le fonctionnement des
imprimantes MakerBot
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Table des matières
RÉSUMÉ....................................................................................................................................................5
MOTS-CLÉ.................................................................................................................................................7
SUMMARY................................................................................................................................................8
KEYWORDS............................................................................................................................................ 10
RECOMMANDATIONS SYNTHÉTIQUES................................................................................................. 11
INTRODUCTION..................................................................................................................................... 14
PARTIE UNE - L'IMPRESSION 3D, UNE NOUVELLE MÉTHODE POUR FABRIQUER LES OBJETS ........... 17
1.1. La fabrication additive : une définition ..................................................................................... 17
1.2. L'impression 3D dans la culture populaire................................................................................. 19
1.3. Les différents procédés de fabrication ...................................................................................... 21
1.4. Les matériaux compatibles ........................................................................................................ 31
1.5. La taille du marché..................................................................................................................... 37
1.6. Les principaux acteurs................................................................................................................ 40
1.7. Les domaines d'application........................................................................................................ 42
PARTIE DEUX - L'IMPRESSION 3D DANS L'INDUSTRIE ........................................................................ 56
2.1. Les industriels ont-ils pris conscience des enjeux ?.................................................................. 56
2.2. Les principaux usages de la fabrication additive dans l'industrie............................................. 58
2.3. Les 7 vertus « disruptives » de l’impression 3D........................................................................ 66
2.4. Quels impacts sur la chaîne de valeur ? ................................................................................... 70
2.5. La fabrication en nuage............................................................................................................. 73
2.6. Révolutionner les outils de CAO ............................................................................................... 75
2.7. La fabrication additive, en concurrence avec les méthodes traditionnelles de l’industrie ? .. 78
PARTIE TROIS - COMMENT ATTEINDRE LES CADENCES INDUSTRIELLES............................................. 78
3.1. À armes égales face aux méthodes traditionnelles – 3 points clé ......................................... 78
3.2. Remplacer ou compléter l'injection plastique (et autres procédés « standards ») ? ............. 94
CONCLUSION : L'IMPRESSION 3D, VRAIE OU FAUSSE RÉVOLUTION INDUSTRIELLE ?........................ 96
BIBLIOGRAPHIE / WEBOGRAPHIE ...................................................................................................... 101
ANNEXES ............................................................................................................................................. 102
Interviews de professionnels ......................................................................................................... 102
Documentation............................................................................................................................... 134
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Resume
Obscur procédé né dans les années 80, la fabrication additive ou « impression 3D » est
aujourd’hui de mieux en mieux connue du grand public.
En 2013, les médias annonçaient l’arrivée de l’imprimante 3D dans les foyers, trônant à côté
de l’ordinateur personnel. Les technologies étaient cependant loin d’être toujours au point.
Aujourd’hui encore, les particuliers achetant des imprimantes 3D sont en grande majorité
des « makers », des bricoleurs, des geeks adeptes du « do-it-yourself ». Les usages pour le
commun des mortels sont eux très limités : qui souhaite s’encombrer d’une telle machine –
dangereuse pour la santé de surcroît – pour remplacer des tringles à rideaux, créer une
figurine à son effigie ou remplacer une coque d’iPhone ?
Les vrais usages de l’impression 3D, on les trouve aujourd’hui dans l’industrie. Réduire les
coûts et les délais de fabrication, inventer des formes complexes impossibles à réaliser via
des méthodes traditionnelles, produire des pièces plus légères, plus résistantes,
personnalisées et économes en énergie – autant d’avantages de la fabrication additive qui
séduisent de plus en plus les industriels. L’aéronautique, l’automobile, le secteur médical ou
encore la joaillerie ont bien pris conscience des enjeux et cherchent à augmenter la part de
la fabrication additive dans leur spectre de production.
Si l’impression 3D grignote du terrain sur les autres modes de fabrication artisanaux et
industriels, les constructeurs sont cependant confrontés à des problèmes de productivité et
de rentabilité. Très utile pour fabriquer des produits personnalisés en quantité limitée,
l’imprimante 3D est encore loin de pouvoir remplacer les procédés traditionnels pour la
fabrication de grandes séries.
Des projets prometteurs issus des services R&D des fabricants ou de la recherche
académique visent néanmoins à réduire ces désavantages, voire à changer la donne.
Multiplier par cent la vitesse des imprimantes 3D, élargir le nombre de matériaux
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combinables par machine : ces progrès techniques participent de cette troisième
« révolution industrielle » chère à Jérémy Rifkin.
La fabrication additive ne remplacera pas l’injection plastique, la fonte ou le moulage dans
un avenir proche, mais elle est en train de bouleverser notre façon de concevoir les objets.
En obligeant les entreprises à réviser leurs méthodes de design et de production, la
fabrication additive ouvre des perspectives de création et d’économie quasi illimitées. Si
l’impression 3D ne sonne pas encore le glas de l’usine traditionnelle, elle nous oblige à revoir
notre manière de penser et va conduire les industriels à changer radicalement leurs façons
de concevoir leurs produits.
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Mots-clé
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Summary
Little-known process born in the 80s, additive manufacturing or "3D printing" is now
becoming better known to the general public.
In 2013, it was taken for granted that soon everyone would have a 3D printer at home.
Nevertheless, the technologies were far from always being developed. Today, individuals
buying 3D printers are for most of them "makers", tinkerers, enthusiasts geeks of "do-it-
yourself". The uses for the common man are themselves very limited: who wants to be
burdened with such a machine – besides dangerous to health - to replace curtain rods,
creating a figurine in his likeness or replace a hull iPhone?
Today, the real purpose of 3D printing lies in the industry. Reduce costs and production
times, inventing complex forms impossible to achieve via traditional methods, produce
lighter parts, more resistant, personalized and energy efficient – all these advantages of
additive manufacturing increasingly convince the enterprises. Tech industries in aerospace,
automotive, medical or jewelery already incorporate this new component and seek to
increase its share in the production spectrum.
If 3D printing is gaining ground over handcraft and industrial manufacturing methods,
manufacturers are faced with problems of productivity and profitability. Very useful for
making customized products in limited quantities, the 3D printer is still far from replacing
traditional processes for the manufacture of large series.
Nonetheless, promising projects from R&D departments of the manufacturers or academic
research aim to reduce those drawbacks, or even change the game. Some seek to multiply
by one hundred the pace of production of the 3D printers, others to expand the number of
combined materials by machine. These attempts are part of this famous third "industrial
revolution" dear to Jeremy Rifkin.
Additive manufacturing will not replace plastic injection, casting or molding in the near
future, but it is upsetting the way we design objects. By forcing manufacturers to review
their methods of design and production, additive manufacturing opens up almost unlimited
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creative and economic opportunities. If the traditional factory won’t be entirely changed by
3Dprinting in a near future, 3Dprinting could reshape our way of thinking and lead the
industrials to conceive their products in a radically different way.
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Keywords
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Recommandations synthetiques
L’impression 3D est un procédé qui permet de faire du prototypage rapide, de l’outillage et
de la fabrication directe de petites et moyennes séries. Afin de permettre à la fabrication
additive d’atteindre les cadences industrielles, les fabricants et chercheurs (mais pas
uniquement eux) vont devoir innover sur plusieurs aspects.
Les « classiques » de l’industrie
Tous les industriels cherchent à augmenter la vitesse, la précision, la fiabilité et le taux
d’utilisation de leurs machines. En ce qui concerne la fabrication additive, les chercheurs et
fabricants ne doivent pas se limiter à améliorer les procédés existants. Ils doivent aussi
explorer de nouvelles méthodes de fabrication (un exemple :la méthode Clip, développée
par Carbon 3D) pour contourner les limitations propres à la déposition de matière couche
par couche.
Faire baisser les coûts
Le principal frein à la fabrication en grandes séries est le coût unitaire et l’impossibilité de
réaliser des économies d’échelle. Le coût des matières premières s’explique en grande partie
par le fait que les fabricants d’imprimantes 3D obligent les utilisateurs à acheter leurs
propres matières premières, qu’ils vendent avec des marges élevées, imitant le modèle
économique des imprimantes 2D. Il va falloir à l’avenir questionner cette méthode de
rentabilité et trouver des solutions pour diminuer les prix, par exemple en « libéralisant » le
choix d’utilisation des matières premières.
Imprimer plus grand
La taille des pièces est limitée par celle des machines. L’une des pistes pour contourner cet
obstacle serait de coupler l’imprimante 3D avec la robotique.
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Développer de nouveaux matériaux et améliorer l’expertise-machine sur les matériaux
existants
Bien que la liste des matériaux compatibles avec la fabrication additive ne cesse de
s’allonger (l’un des derniers en date est le verre), le véritable défi consiste à rendre ces
matériaux « industrialisables ». En effet, un matériau clé pour l’industrie comme le métal
exige encore beaucoup d’interventions manuelles en post-production pour être utilisable.
Les constructeurs doivent encore améliorer leur expertise-machine sur ces matériaux pour
optimiser et automatiser autant que possible leur fabrication.
Des logiciels CAO spécialisés en « fabrication additive »
La plupart des logiciels de CAO existants ne sont pas adaptés à la fabrication additive ou en
exploitent insuffisamment les caractéristiques. Les éditeurs vont devoir perfectionner leurs
logiciels, mais cela ne suffira pas. L’amélioration des outils de conception passera
nécessairement par une augmentation importante de la puissance de calcul des ordinateurs,
élément déterminant pour concevoir des objets complexes, multi-matériaux et avec un
niveau de détail parfois très élevé.
Former les ingénieurs
La formation des ingénieurs sur la fabrication additive est encore très insuffisante. Un travail
de fond devra être établi pour former des ingénieurs imaginatifs et « prêts-à-l’emploi » sur
ce secteur en pleine croissance.
Définir des normes
Le respect de normes est l’une des pierres angulaires du monde de l’industrie. Plus le
marché de la fabrication additive croît, plus il devient urgent que les pays et les fabricants
s’accordent sur des normes communes reconnues au niveau international.
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Sécuriser le cadre juridique
Afin d’éviter le même scénario catastrophe qui a secoué l’industrie de la musique ou du film,
les entreprises devront rapidement trouver des moyens de contrôler l’authenticité des
pièces produites afin de garantir le respect de la propriété intellectuelle.
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Introduction
Un nombre grandissant de mémoires ou thèses professionnelles – y compris au sein du MBA
MCI – sont consacrés à l’impression 3D. L’enjeu pour moi était de dénicher une
problématique qui n’avait pas été traitée, un volet nouveau qui n’avait pas été exploré.
Dans ma recherche de cette problématique nouvelle, j’ai trouvé un allié de poids : l’actualité.
La fabrication additive se développe à une telle vitesse qu’elle amène son lot de nouveautés
chaque semaine, et ce qui hier semblait impossible paraît le devenir chaque jour un peu
moins.
Fin 2014 lorsque j’ai commencé ma formation part-time à l’Institut Léonard de Vinci,
l’impression 3D était déjà décrite comme une « révolution », mais cette « révolution »
s’apparentait en vérité bien davantage à une « évolution ». À une nouvelle façon de
concevoir les objets, plutôt qu’à une lame de fond susceptible de balayer l’industrie toute
entière.
C’est toujours le cas au moment où j’écris ces lignes : bien que les niches occupées par
l’impression 3D prennent des dimensions de plus en plus importantes, notamment dans les
industries de pointe comme l’aéronautique (un Airbus A350 comporte aujourd’hui environ
1000 pièces imprimées en 3D1
), on ne peut pas dire que le système de production de masse
ait été vraiment ébranlé par l’irruption de la fabrication additive.
Certes, des imprimantes 3D capables de concevoir des maisons, des gâteaux en chocolat ou
des embryons d’organes humains font régulièrement la une de l’actualité. Mais ces
découvertes, si spectaculaires et prometteuses soient-elles, restent à l’heure actuelle des
prouesses souvent isolées et, pour beaucoup d’entre elles, anecdotiques par rapport aux
enjeux de l’économie globale.
La croissance attendue de ce secteur reste néanmoins très forte et suffit à faire pâlir d’envie
une industrie occidentale en constant déclin. Selon le rapport Wohlers, le marché mondial
de l’impression 3D s’élèvera à 21 milliards d’euros en 2020 contre 3,6 milliards en 2014, soit
1
http://bit.ly/1Ml6txb
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une croissance d’environ 33% par an. Le fait que les deux premières puissances mondiales,
les États-Unis et la Chine, investissent massivement dans ces technologies suffit à capter
l’attention. Dans son discours sur l’état de l’Union, en février 2013, le président Obama a
notamment déclaré que « [l’impression 3D] a le pouvoir de révolutionner la façon dont nous
fabriquons presque tout. »
Dont acte. Mais de quelle révolution parle-t-on ? En 2013, au fil des promesses futuristes des
médias et des fabricants, l’individu lambda s’imaginait qu’il disposerait bientôt d’une
imprimante 3D personnelle à la maison, rangée à côté de son ordinateur de bureau. Bien
entendu, la bonne vieille imprimante 2D, déjà dépassée, aurait disparu. L’impression 3D
serait une révolution « comparable à celle de l’Internet », selon ses plus fervents
promoteurs. La fabrication d’objets réels se couplerait aux possibilités infinies du monde
digital et la boucle serait bouclée.
En 2016, ce rêve est encore très loin d’être devenu une réalité. Les rares possesseurs
d’imprimantes 3D – dont les prix ont, il est vrai, chutés – sont en majorité des bricoleurs, des
« makers », des bidouilleurs qui en font un usage que nous qualifierons aimablement d’ «
artisanal ». Les usines, qui font par ailleurs de plus en plus appel à la robotisation, n’ont pas
fondamentalement changé leurs façons de produire des objets.
Il suffit de visiter un Fablab ou de se rendre à une « Maker Faire » pour en comprendre la
raison. Bien qu’y soient surtout exposés des imprimantes domestiques, et non industrielles,
on ne peut être que frappé de désillusion devant la lenteur, et l’aspect « bricolé » des objets
produits. Une simple figurine de 10 centimètres, de facture grossière, émergera au bout de
2h30 d’un processus de fabrication aussi hypnotique que dérisoire. Le « sense of wonder »
est bien là, en partie du moins, mais comment associer cette production laborieuse et
artisanale à la révolution que les médias nous vantent à longueur de journées ?
Pourtant, les raisons d’espérer existent. En août 2015, Google investissait 100 millions de
dollars dans Carbon 3D, une start-up à l’origine d’un procédé de fabrication jusqu’à 100 fois
plus rapide que les procédés existants. En décembre 2014, 3D Systems présentait sa « High
Speed Fab Grade », une machine de type industrielle dont la vitesse d’exécution est 50 fois
supérieure à celle de ses concurrents. Cette machine devrait à moyen-long terme permettre
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la fabrication du smartphone modulaire de Google dans le cadre du projet ARA2
. L’Université
de Sheffield développe de son côté une imprimante capable de rivaliser avec la vitesse d’une
ligne de production d’usine standard3
. Atteindre les cadences industrielles, et ainsi la
personnalisation de masse, semble être devenu le nouveau credo des chercheurs et des
fabricants.
Le 27 août 2015, Raphaël Gorgé, PDG du Groupe Gorgé dont la filiale Prodways est leader
européen dans l’impression 3D, était l’invité de BFM Business, dans l’émission « Tech&Co »,
pour une table ronde autour du thème : « L'impression 3D risque-t-elle de bouleverser la
propriété intellectuelle ? »4
. Peu passionné par cette thématique, pourtant incontournable,
j’envoyais un tweet en live pour demander à Raphaël Gorgé ce qu’il pensait des tentatives
de l’université de Sheffield et de 3D Systems pour faire passer l’impression 3D au rythme de
production industriel. Le chef d’entreprise confirma avoir « des idées avancées » sur la façon
d’augmenter la vitesse des machines et conclut, un sourire en coin, que cette phase de
production accélérée pourrait arriver plus tôt que prévu. Bref, je tenais mon sujet, et ma
problématique.
2
http://bit.ly/1zpeYOA
3
http://bit.ly/1WUWtzj
4
http://bit.ly/1LAcCFh
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PARTIE UNE : L’IMPRESSION 3D, UNE
NOUVELLE MÉTHODE POUR FABRIQUER
LES OBJETS
1.1. La fabrication additive : une définition
La fabrication additive, ou impression 3D, a été inventée en France. Les chercheurs Alain Le
Méhauté (Alcatel), Olivier de Witte (Cilas) et Jean-Claude André (CNRS) l’ont brevetée dès
1984. Alcatel et Cilas ne voyant pas d’avenir pour cette technologie, ils abandonneront
rapidement ces brevets. En 1986, l’américain Chuck Hull fondera 3D Systems, et
commercialisera la première imprimante 3D du monde.
La fabrication additive prend le contrepied des méthodes traditionnelles de l’industrie
comme l’usinage ou le laminage, puisqu’elle consiste non pas à soustraire de la matière,
mais au contraire à en ajouter couche par couche afin d’obtenir l’objet final imaginé par les
designers.
L’imprimante 3D utilise pour cela des logiciels de modélisation de CAO/CAD. Ces logiciels
permettent de créer tous types d’objets ou de modéliser des objets existants qui auraient
été numérisés via un scanner 3D.
Afin de clarifier la terminologie, précisons que le terme de « fabrication additive » est utilisé
par les spécialistes pour désigner des applications de qualité industrielle, qui exigent parfois
de maîtriser toute la chaîne de fabrication, de la poudre à la pièce livrée conforme aux
spécifications. La fabrication additive est un terme générique qui englobe le prototypage
rapide, l’outillage rapide, la fabrication directe et l’impression 3D. Ci-dessous un schéma
explicatif :
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Le terme d’ « impression 3D » a été créé dans une volonté de démocratiser ces technologies
auprès du grand public.
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1.2. L’impression 3D dans la culture populaire
Avant de devenir une réalité dans les années 80, l’impression 3D a existé dans les cerveaux
féconds d’auteurs populaires ou de science-fiction, à commencer par celui d’Hergé. Dans
Tintin, le méchant Rastapopoulos convoitait la photocopieuse 3D inventée par le professeur
Tournesol pour répliquer des œuvres d’art15
.
En 1964, l’auteur de « 2001 : l’Odyssée de l’espace » et futurologue Arthur C.Clarke,
imaginait lui le Replicator, une « machine à répliquer à l’infini » grâce à laquelle « les objets
[seraient] aussi faciles à fabriquer qu’aujourd’hui les livres à imprimer ».
On retrouve également le Replicator dans Star Trek, où l’imposante machine permettait de
matérialiser à peu près tous les désirs des occupants du vaisseau Enterprise – ici ce qui
ressemble à un délicieux repas.
5
http://bit.ly/1SiPyPQ
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Plus récemment, Neal Stephenson, dans son roman
« L’Âge de diamant » paru en 1995, évoque des « matri-
compilateurs » alimentés en matières premières et
utilisant les nanotechnologies pour fabriquer des produits
à la demande.
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1.3. Les différents procédés de fabrication
On peut regrouper les nombreux procédés selon le type de technologie utilisée
(Polymérisation, Pulvérisation, Fusion, Déposition) et le(s) matériau(x) qu’ils visent à traiter
– liste non-exhaustive6
.
Source : Aniwaa
La stéréolithographie (SLA)
Mise au point en 1986 par 3D Systems, la stéréolithographie (SLA) est reconnue comme le
premier procédé d’impression 3D et le premier à avoir été commercialisé.
6
bit.ly/23lKMWA
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Il consiste à solidifier un liquide via un laser ultra-violet. Un plateau immergé dans un bac
supporte le matériau ainsi constitué et descend pour passer d’une couche à la suivante.
Il s’agit d’un procédé relativement lent. À cela s’ajoute la contrainte, une fois l’impression
terminée, de rincer l’objet avec un solvant pour le débarrasser de ses déchets et de le passer
ensuite au four pour le solidifier. Les objets restent par ailleurs assez fragiles, c’est pourquoi
la SLA se limite à du prototypage plutôt qu’à la production d’objets finis.
Source : 3D Printing Industry
Le Digital Light Processing (DLP)
Le principe est similaire au SLA, sauf qu’au lieu d’un rayon UV, c’est une ampoule inactinique
(rouge) qui solidifie la résine. Le procédé est en général plus rapide que le SLA. Un autre
avantage de DLP sur la stéréolithographie est que la cuve de résine nécessaire est moins
profonde, ce qui se traduit généralement par une réduction des déchets et des coûts
d'exploitation inférieurs.
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Source : 3D Printing Industry
Le dépôt de filament fondu (FDM ou FFF)
Si la stéréolithographie a permis à Chuck Hull de connaître le premier succès commercial
dans l’impression 3D, c’est à S.Scott Crump que l’on doit l’invention du Fused Deposition
Modeling (FDM) à la fin des années 80. Scott Crump co-fondera Stratasys avec sa femme en
1989 pour commercialiser son procédé.
Son principe est simple : un filament passe à travers une buse d’extrusion chauffée entre
170°C et 260°C. Ainsi, il fond et se dépose sur un support couche par couche. La première
couche terminée, le plateau d’impression descend pour recevoir la seconde et ainsi de suite.
À noter que l’épaisseur des couches – et donc la finition de l’objet – varie en fonction du
matériel et des réglages (0,02 mm en moyenne).
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Aujourd’hui, une grande majorité d’imprimantes 3D personnelles utilisent cette technique,
dont le brevet a expiré en 2009. Outre son coût abordable comparé à d’autres procédés, le
FDM a l’avantage de pouvoir utiliser une grande variété de matériaux et de couleurs.
Précisons enfin que le FDM est une marque déposée par Stratasys, donc on peut préférer
l’appellation « Fused Filament Fabrication » (FFF), utilisée notamment par la communauté
RepRap sous licence libre.
Source : 3D Printing Industry
Le frittage laser (SLS) / La fusion laser (SLM)
Le procédé SLS a un point commun avec la SLA : l’utilisation d’un laser. La différence vient du
matériau, qui n’est plus liquide, mais se présente sous forme de poudre de plastique, de
céramique, de verre ou de métal.
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Un rouleau vient déposer la poudre, contenue dans un bac, en fines couches (0,1 mm) sur le
plateau d’impression. Le laser entre en jeu pour solidifier la première couche, puis
l’opération se répète pour les suivantes. Une fois le processus terminé, on retire l’objet puis
on le débarrasse des restes de poudre non fusionnée.
L’avantage de ce procédé est qu’il génère très peu de déchets et permet de réaliser des
formes très complexes. En revanche, le SLS a l’inconvénient de nécessiter un temps de
refroidissement très long et les matériaux peuvent présenter des problèmes de porosité.
L’un des principaux brevets déposés par 3D Systems liés à cette technologie a expiré en 2014,
donc on devrait assister à une baisse importante des prix et à un fort développement de la
technologie dans les années qui viennent.
Source : 3D Printing Industry
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Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
Ce procédé, développé par l’allemand EOS, s’apparente très fortement au SLS, sauf qu’il
s’applique exclusivement sur de la poudre de métal. Il permet de produire des pièces aussi
résistantes que si elles avaient été conçues par des techniques de fonderie ou d’usinage, ce
qui fait du DMLS l’une des rares technologies de fabrication additive à être utilisé pour de la
production. Les secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et du médical l’utilisent.
Electron Beam Melting (EBM)
L’Electron Beam Melting procède également par fusion de poudre de métal, sauf qu’au lieu
d’utiliser un laser, cette technologie – propriétaire du suédois Arcam AB – emploie un
faisceau d’électrons sous vide. La température de chauffe (entre 700° et 1000°) est plus
élevée que dans la technologie DMLS, ce qui permet de produire des pièces métalliques très
denses et de conserver les propriétés du matériau utilisé. Le procédé est ainsi prisé dans
l’industrie médicale, en particulier pour les implants, mais est également utilisé dans
l’aéronautique et l’automobile.
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Source : 3D Printing Industry
Laminage par dépôt sélectif (SDL)
Le SLD est un procédé développé par Mcor Technologies, une société d’origine irlandaise qui
s’est spécialisé dans l’impression 3D de papier. Il utilise donc des couches de papier adhésif
qui sont ensuite collées successivement grâce à un cylindre chauffé et découpées avec un
laser, couche par couche, selon la forme choisie. Un autre cylindre déplace alors chaque
nouvelle feuille de matériau sur la précédente et le processus est répété jusqu’à obtenir
l’objet complet.
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Source : 3D Printing Industry
Le Polyjet et MultiJet
Le procédé est similaire à la stéréolithographie. Cependant, au lieu d’employer un laser pour
travailler les couches successives, une tête d’impression y projette de petites gouttes de
photopolymère, de la même façon qu’une imprimante à encre classique. La lampe UV fixée
aux têtes d’impression joint ensuite le polymère et fixe la forme de la couche. La plateforme
de construction s’abaisse en fonction de la hauteur de couche définie et un nouveau dépôt
de matériau est ainsi effectué sur la couche précédente.
L’avantage de cette technologie est qu’elle ne nécessite pas de post-traitement comme le
ponçage ou le rinçage. Il est également possible d’adjoindre au matériau d’impression un
deuxième matériau de support qui se dissout dans l’eau.
Le procédé Polyjet a été breveté par la société israélienne Objet (rachetée depuis par
Stratasys) en 1999.
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Le Binder Jetting
Le procédé de projection de liant permet d’obtenir des impressions 3D détaillées et en
couleurs. Un cylindre étale une couche de poudre sur la plateforme de construction. L’excès
de poudre est ensuite poussé sur les côtés, permettant ainsi le remplissage du lit avec une
couche compacte de poudre. Les têtes d’impression appliquent alors simultanément un liant
liquide et la couleur sur la poudre.
Source : 3D Printing Industry
La bio impression 3D
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La bio impression 3D consiste à déposer de façon précise des cellules vivantes ou du matériel
organique en trois dimensions. La technologie en étant à ses débuts, il existe presque autant
de principes de fonctionnement que de fabricants de bioimprimantes 3D. Le schéma ci-
dessous illustre la méthode employée par l’imprimante « Regenovo », développée par des
chercheurs de l’université de Hangzhou Dianzi en Chine. Elle est capable d’imprimer des
morceaux de foie ou encore du cartilage.
Crédits: Broadsheet.ie.
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1.4. Les matériaux compatibles
Il existe aujourd’hui plus de 200 matériaux compatibles avec l’impression 3D7
. Ce nombre
s’est considérablement accru au cours des trente dernières années. Ces variétés de
matériaux se présentent sous différents états (poudre, filaments, pastilles, granules, résine)8
.
Des fabricants travaillant pour des secteurs tels que la dentisterie développent également
des matières spécifiques qui répondent plus précisément aux besoins de certains types
d’applications.
Il est impossible de dresser un panorama complet de tous les matériaux utilisés dans
l’impression 3D, car beaucoup d’entre eux – trop nombreux pour être énumérés – sont des
matériaux qui sont la propriété de leurs fabricants. Nous allons donc nous concentrer sur les
matériaux les plus répandus et les plus prometteurs pour l’industrie.
Les plastiques
Le matériau de base utilisé par les imprimantes 3D est le plastique. Il en existe de plusieurs
sortes.
Le Nylon, ou Polyamide – un plastique solide, flexible et résistant qui a prouvé son efficacité
dans l’impression 3D. Il s’utilise sous forme de poudre lors du frittage ou bien de filament via
la technique de Fusion Deposition Modeling (FDM). Sa couleur naturelle est le blanc, mais on
peut le colorier avant ou après l’impression. Dans sa forme « poudreuse », on peut
également le combiner avec de l’aluminium en poudre pour produire de l’Alumide – un
autre matériau couramment utilisé pour le frittage.
7
Source : « Guide des matières », Fabulous, 2015
8
bit.ly/1nhgL9r
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Les résines – s’utilisant sous forme opaque, transparente ou souple, elles constituent le
matériau de base de plusieurs procédés de fabrication additive tels que la stéréolithographie
et le Polyjet. Elles peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables, via la
polymérisation.
L’Acrylonitrile butadiène styrène (ABS) - un polymère thermoplastique similaire au
plastique des LEGO. Solide et déclinable en une multitude de couleurs, il convient surtout
pour les imprimantes 3D d’entrée de gamme qui fonctionnent selon le procédé FDM. Plus
résistant à la chaleur que le PLA, il présente néanmoins de plus forts risques de casser lors de
l’impression. Il est possible d’acheter de l’ABS sous forme de filaments auprès d’un grand
nombre de sources non-propriétaires, ce qui explique en partie sa popularité.
L’Acide Polyactique (PLA) – un dérivé de l’amidon de maïs, une substance utilisée
notamment dans l’emballage alimentaire. Biodégradable, il est plus respectueux de
l’environnement que son principal concurrent l’ABS. Par ailleurs, il est possible de l’éliminer
avec de l’eau plutôt que des solvants et de le réutiliser. Il peut s’utiliser sous forme de résine
pour des process de DLP/SLA aussi bien que comme filaments pour le FDM. Sa déclinaison
en une variété de couleurs inclut le « transparent », ce qui peut se révéler utile pour
certaines applications de l’impression 3D. Il peut également être utilisé pour concevoir des
objets à but alimentaire (tasses, assiettes, bols). En revanche, il n’est pas aussi résistant et
flexible que l’ABS.
Les métaux
La possibilité d’imprimer avec du métal a changé la donne. Aux débuts de l’impression 3D,
quand on ne pouvait imprimer qu’avec du plastique et d’autres matériaux secondaires, les
sceptiques considéraient que cette nouvelle technologie n’aurait jamais sa place dans la
« vraie » industrie manufacturière.
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Aujourd’hui, les imprimantes 3D industrielles utilisent un nombre grandissant de métaux et
d’alliages. Les deux plus courants sont l’aluminium et les dérivés du cobalt, mais la liste est
vouée à s’agrandir.
L’aluminium – Offre une bonne résistance. Idéal pour les applications nécessitant un poids
léger et de bonnes propriétés thermiques, utilisé pour les pièces qui sont soumises à de
fortes charges.
L’acier ou l’inox – L’un des métaux les plus utilisés, en raison de sa solidité, est l’acier
inoxydable en poudre pour les process de frittage/de fusion/EBM. De couleur argentée à
l’origine, il peut être plaqué d’autres matériaux pour lui donner l’apparence du bronze ou de
l’or.
Le chrome cobalt – D’aspect lisse, il offre une grande précision. Ces caractéristiques font
que l’alliage de chrome cobalt s’emploie couramment dans l’industrie médicale pour la
fabrication de prothèses médicales ou de couronnes dentaires. Un matériau également
résistant à la chaleur et à l’usure, donc un métal idéal pour l’ingénierie à haute température
et la fabrication de turbines.
Les métaux précieux : L’argent, l’or, le bronze et le platine – Au cours des dernières années,
les métaux précieux se sont rajoutés à la liste des métaux compatibles avec l’impression 3D,
avec des applications évidentes dans le secteur de la bijouterie. Ce sont deux matériaux très
solides qui sont utilisés sous forme de poudre. Ils ne sont néanmoins pas imprimés
directement, mais fabriqués à partir de moules créés par impression 3D.
Le titane – L’un des métaux les plus solides qui existent. Fourni en poudre, il peut être
utilisé lors de process de frittage/ de fusion/EBM. Il est très répandu dans le domaine de la
médecine, l’aérospatiale, l’automobile, l’industrie chimique et bien d’autres industries
lourdes.
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Les matières minérales
Les céramiques – Les céramiques (photosensibles, émaillée, déposée) font partie avec les
métaux des matériaux qui connaissent depuis quelques années une forte progression grâce
aux améliorations des procédés de fabrication additive. Ce matériau, relativement récent
dans l’impression 3D, a l’avantage d’être compatible avec des aliments. Fabriquée à partir
de poudre céramique, imprimé en 3D puis chauffé au four pour finition, il est recyclable et
résistant à la chaleur. Il est présent dans les applications médicales, sanitaires ou
industrielles. C’est avant tout le matériau par excellence pour les tasses, soucoupes,
assiettes, ou encore statues et figurines.
Le sable – Le sable imprimé en 3D est utilisé par les fondeurs afin de fabriquer des moules
pour couler des métaux. Cela permet de raccourcir les coûts et de diminuer les délais par
rapport à l’outillage classique. Combiné avec d’autres matériaux, il peut également être
utilisé dans le domaine de l’architecture.
Le verre – Le verre fait partie des matériaux d’avenir dans l’impression 3D. Le MIT a dévoilé
en septembre 2015 une imprimante 3D capable de fabriquer du verre de haute qualité et
transparent à la lumière. L’avantage par rapport à la fabrication artisanale est d’automatiser
le processus de fabrication et de pouvoir utiliser des formes nouvelles et totalement
originales grâce au design digital.
Le béton – Encore en phase expérimentale, le béton imprimé en 3D intéresse bien entendu
le secteur du BTP et les architectes. Aux Philippines, un hôtel est en train de faire construire
une extension de 135m2
grâce à un robot imprimant du béton en 3D !9
. Le géant du BTP
suédois Skanska a également signé un accord avec l’Université de Loughborough pour le
9
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développement et la commercialisation d’un robot capable d’imprimer en 3D à partir du
béton. De façon générale, les procédés d’impression utilisés pour le béton sont similaires à
ceux employés pour les céramiques.
Les matières organiques
Les cires – elles permettent de créer des moules de haute précision, dans des secteurs
comme la bijouterie ou la dentisterie. Résistantes à la chaleur, elles servent aussi à fabriquer
des moulages pour des objets métalliques.
Les végétaux – Fibre de lin, pierre, bois, soja peuvent être imprimés en 3D… Pour le bois, il
s’agit en réalité d’un alliage de polymères et de bois recyclé, mais le rendu est très similaire à
celui du véritable bois.
Les matériaux marins – algues, coquilles d’huîtres.
Les matières alimentaires – De nombreux aliments peuvent être imprimés en 3D : chocolat,
fromage, sucre, etc. La technique utilisée est celle du dépôt de matière fondue (FDM), sauf
que l’on remplace la tête d’extrusion traditionnelle par une seringue.
Les expérimentations pour imprimer de la nourriture en 3D se sont multipliées ces dernières
années. À long terme, l’objectif est d’utiliser l’impression 3D pour produire des repas entiers
et parfaitement équilibrés.
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Pour H. Lipson et M.Kurman, l’imprimante 3D alimentaire sera la « killer app » qui va
pousser chacun à s’acheter sa propre imprimante10
. Un point de vue contesté par
Christopher Barnatt, auteur de « 3D printing : The next Industrial Revolution »11
. Pour ce
futurologue, l’imprimante 3D ne deviendra jamais le micro-ondes de demain en raison de sa
lenteur et de son manque de praticité. Les paris sont lancés !
Les futures innovations
Les bio-matériaux
Il existe un nombre très important de recherches conduites sur les bio-matériaux pour des
applications médicales, notamment. De grandes institutions explorent le potentiel des tissus
vivants incluant l’impression d’organes en vue de les transplanter, ainsi que de tissus
externes voués à remplacer des parties du corps humain. D’autres recherches de ce secteur
se concentrent sur le marché alimentaire – la viande imprimée en 3D étant l’exemple le plus
souvent cité.
Le graphène – matériau révolutionnaire de la famille du carbone, souple et résistant, il offre
une excellente conductivité. Parmi les prouesses récentes autour de ce matériau, on peut
citer la fabrication des premières batteries fonctionnelles imprimées en 3D à partir de
graphène ou, dans le domaine de la médecine, l’invention de l’encre à graphène qui un jour
permettra peut-être de réparer des os, des nerfs et des muscles à l’aide de nanostructures
imprimées en 3D.
Les conducteurs – certaines machines permettent d’imprimer en 3D des circuits
électroniques sur tous types de supports. Ainsi, on peut imaginer que bientôt, une pièce ne
10
« Fabricated :The New World of 3D Printing », H.Lipson et M.Kurman, 2013
11
«3D Printing : The Next Industrial Revolution », Christopher Barnatt, 2013
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sera pas conçue en fonction de ses composants électroniques, mais que ces derniers s’y
intégreront n’importe où.
Les matériaux 4D – pourquoi vouloir rajouter une dimension supplémentaire à l’impression
3D ? Encore au stade expérimental, l’impression 4D vise à concevoir des objets qui prennent
vie, s’auto-assemblent et se transforment au fur et à mesure. Elle consiste à intégrer une
source d’impulsion physique (chaleur, gravité, magnétisme…) à la matière première
imprimée. Elle agira comme un stimulateur sur la matière pour la transformer au contact
d’un élément donné.
On peut ainsi imaginer que dans le futur, les produits pourront s’auto-assembler sans
l’intervention des usines d’assemblage ni celle des robots. Par exemple, un meuble Ikéa se
montera tout seul ! « C’est comme de la robotique, mais sans fils ni moteurs » déclara ainsi
Skyler Tibbits, le directeur du Self-Assembly Lab du MIT lors d’une conférence TED12
. Les
secteurs concernés sont grosso modo les mêmes que pour l’impression 3D. Quelques
matériaux programmables en cours d’expérimentation : les plastiques, des granulés de bois,
des textiles ou encore des fibres de carbone.
1.5. La taille du marché
Selon le rapport Wohlers, qui fait autorité, le marché de la fabrication additive pourrait
atteindre 12,5 milliards de dollars (9,4 milliards d’euros) en 2018 et 21 milliards de dollars
(15,8 milliards d’euros) en 2020. Le rythme de croissance du secteur se maintiendrait donc à
un niveau d’environ 33% par an.
Attirés par ce secteur porteur, de plus en plus d’analystes s’efforcent d’évaluer son potentiel
de croissance. Canalys estime que les ventes liées à l’impression 3D en 2013 ont totalisé 2,5
milliards de dollars (1,9 milliard d’euros) et projette un marché à 16,2 milliards de dollars
12
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(12,2 milliards d’euros) en 201813
. Le cabinet d’études Lux Research considérait en avril
2014 que le marché total de l’impression 3D devrait quadrupler pour atteindre environ 12
milliards de dollars (9 milliards d’euros) à l’horizon 2025, tiré notamment par ses utilisations
industrielles dans l’aérospatiale, le médical ou encore l’automobile14
. L’Institut Xerfi table
pour sa part sur une évolution allant de 2,8 milliards d’euros en 2014 à 8,5 milliards en 2020,
soit une croissance moyenne de plus de 20% par an.
Les estimations des analystes sur le marché de la fabrication additive divergent donc parfois
beaucoup, mais tous s’accordent sur son énorme potentiel de croissance. Afin de clarifier le
spectre de ces prévisions, nous avons conçu schéma récapitulatif reprenant les analyses de
plusieurs cabinets d’études :
13
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14
bit.ly/1hBwSpb
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Les États-Unis dominent largement le marché, avec 38% des imprimantes 3D installées sur le
territoire américain. La Chine, le Japon et l’Allemagne représentent chacun environ 9% des
installations contre 3% seulement pour la France.
Alexandre Martel, cofondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com,
pronostique néanmoins un rééquilibrage des parts de marché : « La part de fabricants US
pourrait diminuer dans les années à venir, au profit des constructeurs européens ou chinois.
En Chine, ils ne se contentent pas de copier des technologies, ils ont toute une R&D locale
qui développe ses propres machines. Des sociétés comme Hunan Farsoon ou Tiertime sont
déjà bien plus présentes localement que Stratasys et 3D Systems et se développent même à
l’international. Certaines ont pour vocation de rivaliser avec les deux géants américains,
Prodways en France a la même volonté. Sur un marché comme celui du métal, qui est un des
plus prometteurs, voire le plus prometteur, les Européens sont plutôt bien placés avec EOS,
Arcam ou même Prodways. »
George Taillandier, président de l’AFPR, se montre plus sceptique : « Si [la France] avance,
[elle] va reprendre sa place. Sinon, les États-Unis vont se partager le marché avec le Japon, la
Chine et l’Allemagne. Les plus gros constructeurs de machines métalliques sont allemands.
Les Chinois ne sont pas loin derrière, ils remontent la pente sans états d’âme et il n’y a
aucune raison qu’ils n’y arrivent pas. Le Japon ne sait pas exporter, mais ils ont de l’avance
chez eux, ils disposent de très bonnes technologies».
À l’heure actuelle, les deux acteurs dominants du secteur restent les américains 3D Systems
et Stratasys.
1.6. Les principaux acteurs
On peut distinguer trois groupes d’acteurs au niveau mondial. 15
1. Les leaders généralistes.
Positionnés sur tous les segments, ils ciblent aussi bien les professionnels que le grand public.
15
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Les deux leaders de l’impression 3D sont les américains Stratasys et 3D Systems, loin devant
leurs concurrents. Créés respectivement en 1984 et 1989, ils sont encore dominants sur le
marché mondial.
2. Les fabricants d’imprimantes et d’intrants.
Ils visent surtout une clientèle d’industriels et de professionnels. On peut citer l’allemand
EOS, le suédois Arcam et le français Prodways Notons que du côté français, l’arrivée de Fives
et Michelin, via leur joint-venture spécialisée dans la fabrication additive, pourrait constituer
un futur poids lourd du secteur au niveau mondial. L’alsacien Beam, premier fabricant
européen d’imprimantes 3D par dépôt de poudres métalliques, s’est également taillé une
place de choix dans ce créneau de plus en plus concurrentiel.
3. Les prestataires de services d’impression.
Ils ont pour but de démocratiser la fabrication additive et proposent un catalogue de milliers
de références d’objets à imprimer en 3D. Les plus connus sont Thingiverse, Shapeways,
Materialise ou encore Sculpteo.
Menace de nouveaux entrants :
- Les fabricants de matériels informatiques et d’impression traditionnelle
Parmi cette catégorie de nouveaux entrants, Hewlett-Packard est le plus avancé. Sa
technologie MultiJet Fusion est prévue pour l’automne 2016. Selon HP, cette technologie
développée en interne est 25 fois plus rapide que le Fused Deposition Modeling (FDM) et 10
fois plus rapide que le frittage de poudre. Si l’impression sera initialement limitée au
plastique, elle devrait par la suite utiliser des polymères et des métaux. HP a également
lancé son PC Sprout dédié aux créatifs, qui intègre un scanner 3D, une plateforme de
modélisation et de design ainsi que la possibilité d’imprimer en 3D ses objets grâce à un
partenariat avec Sculpteo.
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Epson a annoncé en 2014 vouloir commercialiser sa première imprimante 3D dans les cinq
années à venir.
- Les éditeurs de logiciels
Autodesk, multinationale américaine spécialisée dans le design par ordinateur, s’est allié
avec Microsoft. Le géant informatique propose désormais son logiciel phare Spark dans
Windows 10. Autodesk a également sorti sa propre imprimante 3D, Ember, librement
améliorable par la communauté des makers. Dassault Systems a également placé
l’impression 3D au cœur de sa stratégie de développement.
À ces deux catégories de nouveaux entrants, nous en rajouterons une troisième :
- La Silicon Valley
En août 2015, Google a investi 100 millions de dollars via sa filiale Google Ventures dans
Carbon 3D. Cette société, également financée par Autodesk, a développé une technologie
jusqu’à 100 fois plus rapide que n’importe quel procédé d’impression 3D existant.
Apple a de son côté déposé un brevet lié à l’impression 3D couleur en décembre 2015. Ce
procédé, qui vise a priori les particuliers, permettrait de combiner plusieurs coloris au sein
d’un même objet imprimé.
1.7. Les domaines d’application
Le champ d’application est potentiellement infini. En ce qui concerne les secteurs industriels,
on peut les classer ainsi par ordre d’importance décroissant.16
16
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Dans l’aperçu qui suit, nous n’allons pas nous restreindre aux applications industrielles telles
qu’elles existent aujourd’hui, mais plutôt explorer les grands secteurs susceptibles d’être
bouleversés de façon industrielle par la fabrication additive. En effet, si l’impression 3D de
nourriture par exemple n’en est qu’un à stade expérimental, rien ne dit que les industriels de
l’alimentaire ne s’empareront pas de cette technologie dans les années à venir – et certains
signes indiquent d’ailleurs que cela est déjà le cas.
Aperçu des principaux secteurs utilisant la
fabrication additive
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Matériel médical – prothèses dentaire, implants, organes,
instruments
Le secteur médical est sans doute le premier à avoir intégré aussi tôt les technologies de
fabrication additive. En une dizaine d’année, la dentisterie et le marché des prothèses
auditives ont été bouleversés par l’arrivée de l’impression 3D. Aux États-Unis, le marché des
prothèses auditives se serait entièrement converti à la fabrication additive en moins de 500
jours 17
!
En France, le groupe Gorgé a investi ce secteur dès le début. « Majoritairement et
historiquement, on est dans le dentaire,
explique ainsi Cindy Mannevy,
Communication & Marketing Manager
chez Prodways, la filiale du Groupe Gorgé
spécialisée dans la fabrication additive.
Cela peut paraître étonnant, mais le
marché du dentaire est le marché qui est le
plus mature sur l’impression 3D. Je ne sais
pas si vous avez déjà eu un appareil dentaire, mais avant, pour prendre l’empreinte de votre
mâchoire, le dentiste vous mettait un moule infâme dans la bouche. Ce n’était pas précis du
tout. Aujourd’hui, ils vous mettent une petite boule dans la bouche, la petite boule scanne,
ça dure trente secondes à peine, et le fichier STL est envoyé à une imprimante qui fabrique
le modèle. »
Jean-Luc Laval, Deputy Group Marketing Director chez Fives, confirme : « L’impression 3D
trouve des applications fantastiques dans le secteur médical. Le fait que les médecins auront
enfin la possibilité de créer une prothèse aux dimensions exactes de l’os qu’elle remplace,
par exemple. Aujourd’hui, le chirurgien va vous raboter une hanche pour que les modèles
grossiers de prothèse dont il dispose s’adaptent le mieux possible à votre anatomie. Résultat,
vous allez subir un temps d’adaptation très long et boiter toute votre vie. Demain, ce même
17
bit.ly/1E41q1h
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chirurgien produira une prothèse de hanche aux dimensions exactes de celle que vous avez
cassée, et ça c’est une vraie révolution. »
Pour Alexandre Martel, cofondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com, c’est
également dans le secteur médical que les prouesses de l’impression 3D sont les plus
éclatantes. « L’exemple de cette patiente hollandaise ayant reçu une boîte crânienne
imprimée en 3D m’a marqué à vie je pense (note : la prouesse a été révélée en mars 2014).
Le fait que cette technologie ait le pouvoir d’améliorer considérablement la vie de certains
patients m’impressionne toujours. »
Aéronautique, aérospatial et Défense – fabrication de prototypes
en R&D, pièces plus légères, petites séries
La fabrication additive présente une opportunité évidente pour les secteurs de
l’aéronautique et de l’espace. Prenons l’exemple de l’avion. Un avion est composé d’une
série limitée de pièces très différentes, vouées à durer longtemps, et qui doivent être les
plus légères et résistantes possibles. En effet, plus l’avion est léger, moins il consomme de
kérosène, et donc moins il coûte cher en carburant. Par ailleurs, le Flight Pact a imposé aux
fabricants d’avions une réduction de 75% de leurs émissions de CO2 d’ici 2050, donc
diminuer le poids des pièces présente un double enjeu stratégique – à la fois économique et
écologique.
La fabrication additive est la méthode idéale pour répondre à ces différents challenges.
D’autant que les techniques d’usinages traditionnelles produisent beaucoup de copeaux,
pouvant engendrer jusqu’à 95% de déchets dans la fabrication d’une pièce. La fabrication
additive permet ainsi d’économiser sur des matières extrêmement coûteuses ainsi que sur le
nombre de pièces utilisées – par exemple, on peut réduire de 12 à 5 le nombre d’étapes
nécessaires à la fabrication de pales de turbines. Airbus et Boeing ont déjà parfaitement pris
conscience de ces enjeux.
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Dans le secteur spatial, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) ont commencé à
utiliser la fabrication additive pour produire des outils et des pièces de rechange dans la
station spatiale internationale. L’Agence spatiale japonaise (JAXA) envisage même désormais
d’imprimer des satellites directement sur place. L’impression 3D pourrait également aider à
résoudre les problèmes de rationnement, en permettant aux astronautes d’imprimer leur
nourriture dans l’espace. Enfin, autre enjeu et pas des moindres, la possibilité de construire
des bases imprimées en 3D sur la Lune grâce à des robots imprimant le régolithe présent à la
surface.
Automobile et Transport – fabrication de prototypes en R&D, pièces
de rechange
L’industrie automobile commence à utiliser la fabrication additive, au-delà des prototypes et
de la réalisation d’outillage, pour la fabrication de pièces proprement dites. Elle produit par
exemple des garnitures d’intérieur, le capot des moteurs ou encore certains composants des
moteurs utilisés pour le sport automobile, qui correspondent à des besoins très spécifiques
et en série limitée.
En ce qui concerne les prototypes et l’outillage, l’intégration de ces technologies est bien
avancée. Depuis une dizaine d’années, Michelin utilise la fabrication additive métallique
pour concevoir les outillages nécessaires à la fabrication de millions de pneus. Les moules
ainsi réalisés permettent d’optimiser les performances des pneus et de prendre une avance
significative sur la concurrence. Selon une étude du cabinet SmarTech, certains grands
fabricants automobiles produisent déjà plus de 100 000 pièces par an grâce à l’impression
3D.18
L’industrie automobile s’intéresse également au développement de la production de pièces
de rechange, directement par les particuliers ou via les réparateurs professionnels de
18
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proximité. Fournir des pièces de rechange personnalisées et à la demande permet en effet
de réaliser de larges économies en termes de stockage.
Certaines entreprises pionnières commencent déjà à fabriquer des voitures presque
entièrement imprimées en 3D (châssis, carrosserie, éléments de l’habitacle), à l’instar de
Local Motors. Le constructeur américain devrait commercialiser son premier modèle
électrique LM3D Swim, en 201619
.
Le modèle LM3D Swim de Local Motors
Audi a également présenté une réplique fonctionnelle à l’échelle ½ de son ancien modèle
Flèche d’Argent pour démontrer son savoir-faire dans l’impression 3D métallique. Le
fabricant allemand a clairement annoncé vouloir appliquer l’impression de métal à la
production en série.
19
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La valeur ajoutée de l’impression 3D dans le secteur de l’automobile est néanmoins moins
forte que dans l’aéronautique et l’espace pour quatre raisons principales : les pièces
automobiles ont des formes moins complexes, l’enjeu autour de la légèreté des matériaux
n’est pas aussi crucial, les matériaux de pointe sont adoptés plus lentement et surtout les
besoins de production unitaires sont beaucoup plus élevés, ce qui rend le moulage par
injection plus compétitif.
Textiles, Meubles, Joaillerie, Jouets… — objets personnalisés
La bijouterie, la joaillerie, l’horlogerie ou encore la cristallerie sont des domaines qui tirent
parti des avantages de l’impression 3D, pour un usage professionnel – notamment artisanal
– en permettant la conception de pièces d’un seul tenant et d’une extrême précision. C’est
l’un des secteurs dans lesquels la personnalisation des modèles en fonction des souhaits de
la clientèle peut le plus facilement s’appliquer : la bijouterie de luxe n’emploie quasiment
plus que des imprimantes 3D pour réaliser les moulages « à cire perdue ». Ces moulages
sont utilisés pour la conception et la fabrication rapide de pièces uniques d’une grande
finesse.
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Pendentif cupidon & loving bambis disponibles sur le site www.jweel.com
Dans le domaine de l’ameublement et de la décoration, certaines marques s’emparent des
nouvelles possibilités offertes par la fabrication additive pour proposer du mobilier et des
objets laissant une part d’initiative croissante à l’acheteur final (cependant encore en grande
partie limité au choix des formes et des coloris). Il s’agit surtout de jeunes sociétés, les
grandes enseignes du secteur habituées à fournir des produits entièrement finis semblant
tarder à prendre ce virage.
S’ils ne réagissent pas, les industriels de jouet pourraient de leur côté être les premiers à
pâtir de l’usage de l’impression 3D par les particuliers. La société Hasbro a ainsi pris les
devants et engagé plusieurs partenariats pour proposer la fabrication, personnalisée et à la
demande de figurines dont elle détient les droits. Ils envisagent également la vente
d’imprimantes 3D pour enfants. Néanmoins, les normes de sécurité étant particulièrement
strictes dans le secteur du jouet, il est plus probable que le grand public se tourne dans un
premier temps vers des services d’impression 3D comme Sculpteo ou Shapeways pour
fabriquer ses pièces. À noter que Lego, sans doute l’acteur le plus vulnérable face à une
banalisation de l’impression 3D, est également très actif et a noué plusieurs partenariats,
notamment avec Google, afin de transformer cette menace grandissante en avantage
compétitif.
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Les premières applications dans la mode et le textile ont aussi fait leur apparition. De
nombreux habits et accessoires, tels que des chaussures, des robes, des chapeaux ou des
sacs peuvent être imprimés en 3D. Les équipementiers sportifs ne sont pas en reste, et le
patron de Nike Erik Sprunk estime par exemple que d’ici quelques années, les clients de Nike
customiseront entièrement leur paire de chaussures sur le site de la marque avant de
l’imprimer en 3D chez eux ou dans une enseigne à proximité20
.
En ce qui concerne l’impression de figurines personnalisées et de goodies, c’est également
un phénomène qui devrait séduire le marché B2C et les entreprises, à condition que les prix
chutent encore.
Photomaton 3D à Paris XVII, projet AVATAR émoi
High-tech – fabrication de prototypes en R&D
20
http://bit.ly/1G2tmWR
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L’impression 3D gagne du terrain dans le secteur high-tech. Selon une enquête d’UPS, qui a
interrogé plus de 500 responsables d’entreprises high-tech, 72% des personnes interrogées
ont déclaré avoir expérimenté la fabrication additive21
. Les trois-quarts d’entre elles
l’utilisent pour l’aide au design de nouveaux produits, un peu plus de la moitié pour la
conception d’échantillon ou de maquettes de produits, 34% pour la production de produits
finis et 24% pour des pièces de rechange. La Chine apparaît comme la locomotive de ces
innovations, elle représente à elle seule la moitié de ces « early-adopters » contre seulement
29% pour l’Amérique du Nord. Néanmoins, sur la totalité des personnes interrogées, seules
4% déclarent « utiliser activement l’impression 3D », donc la marge de progression reste
encore très importante dans ce secteur.
Source : UPS, étude « « Change in the (Supply) Chain »
Dans le secteur high-tech, l’une des innovations susceptibles de bouleverser le secteur serait
l’impression 3D de circuits imprimés, possible à l’heure actuelle mais encore à un stade très
précoce.
L’architecture et le secteur de la construction –
21
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L’une des applications de base de l’impression 3D dans l’architecture est depuis longtemps la
création de maquettes de démonstration, qui permet d’illustrer en détails la vision de
l’architecte.
Grâce à des logiciels spécialisés comme 3D CAD ou BIM, imprimer ces modèles devient assez
rapide, facile et peu cher. De nombreux grands cabinets d’architecte utilisent aujourd’hui
couramment la fabrication additive, pour leur propre usage ou en le proposant en tant que
service, pour favoriser l’innovation et améliorer la communication. Mais ce qui retient
surtout l’attention aujourd’hui, c’est la volonté affichée d’architectes – de plus en plus
nombreux – à vouloir imprimer directement des structures ou des bâtiments en 3D. Le
chinois Winsun a sans doute été l’acteur qui a suscité le plus d’engouement autour des
possibilités offertes par l’impression 3D dans l’érection de bâtiments. En 2014, il s’est fait
connaître en imprimant une dizaine de maisons de 200m2
chacune à Shanghaï. L’année
suivante il a imprimé en 3D le tout premier immeuble d’une hauteur de 5 étages ainsi
qu’une villa de 1100 mètres carré.
En Europe, l’un des précurseurs en la matière est l’italien Enrico Dini, avec son imprimante
D-Shape, qui pourrait bien un jour servir à imprimer des bases sur la Lune. Les néerlandais,
connus pour leur esprit avant-gardiste, sont également très présents dans l’architecture et
innovent avec des projets un peu fous.
Maison en forme de ruban Moëbius conçu par l’entreprise néerlandaise Universe
Architecture créé par l’architecte Janjaap Ruijssenaars
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Tetris House conçue par l’entreprise néerlandaise Universe Architecture
À Amsterdam, la société MX3D prévoit également d’imprimer un pont en 3D grâce à un
robot à six bras.
Mais bâtir des structures avec des design improbables n’est pas la seule utilité de
l’impression 3D dans le secteur de la construction, loin de là.
Les principaux avantages de la fabrication additive, à savoir une forte réduction des coûts et
une grande rapidité d’exécution, pourrait servir des buts sociaux et humanitaires. Construire
des maisons en quelques dizaines d’heures et à bas prix pourrait permettre à des personnes
de condition modeste de se loger facilement, ou aux victimes de catastrophes naturelles
(tremblements de terre, tsunamis…) de retrouver un toit le jour même ou le lendemain.
L’une des méthodes les plus prometteuses en ce sens est le « contour crafting », développée
en Californie par Behrokh Khoshnevis22
. L’ « ingénieur-architecte » de demain aura pour outil
une tête d’impression orientable suspendue par des câbles, un portique électrique (ou
demain des robots contrôlés par ordinateur) pour ériger des édifices en un temps record. Il
22
bit.ly/1hxEBpZ
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utilisera si possible des matières présentes sur place (sable, gravier, argile…) et les énergies
renouvelables disponibles pour demeurer neutres sur le plan écologique. Le contour-crafting
est perçu par Jérémy Rifkin comme l’un des éléments importants de la troisième révolution
industrielle23
.
L’industrie alimentaire, la gastronomie
Imprimer sa nourriture en 3D est à la fois l’une des promesses de la fabrication additive les
plus excitantes et les plus difficiles à atteindre, même si les technologies progressent aussi
dans ce domaine. Les premières tentatives ont été à base de sucre, de chocolat ou encore de
cellules de bovins. Il est aujourd’hui possible d’imprimer beaucoup d’aliments (yaourts,
fromages, brocolis…). Les freins sont liés au temps de préparation, à la cuisson des aliments,
mais la dimension psychologique entre aussi en compte, puisque beaucoup de personnes
jugent déstabilisant de manger des aliments dans des formes qui ne ressemblent pas du tout
à leur aspect d’origine.
Salad tower inspirée par le vase Aalto réalisé à l’aide de l’imprimante Foodini
Il y a fort à parier que cette habitude va néanmoins rentrer dans les mœurs. Certains grands
chefs utilisent déjà l’impression 3D pour concocter des plats, ou du moins certains de ses
23
http://huff.to/1PqPPPz
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composants. De façon plus anecdotique, le spécialiste des bonbons Lutti a ouvert une
boutique d’impression de bonbons en 3D à Paris24
.
Ce type de démarches va très certainement se multiplier dans les années à venir et les
industriels de l’alimentaire, intégrer cette technologie dans leur proposition commerciale ou
pour de la communication en points de vente. La NASA s’intéresse aussi de près à
l’impression 3D de nourriture dans l’espace, et a notamment financé un projet qui vise à y
imprimer des pizzas. À plus long terme, il deviendra possible de préparer des plats
savamment équilibrés, parfaitement dosés en nutriments afin de répondre aux besoins
physiologiques de chacun, et de les proposer ainsi aux hôpitaux ou même aux particuliers.
L’impression 3D est-elle open source ?
La réponse est oui et non. De plus en plus de marques bien installées, comme les géants du
secteur Stratasys et 3D Systems, utilisent des technologies propriétaires. À l’instar de ce qui
se passe pour l’ordinateur ou le mobile, avec notamment d’un côté l’iOS fermé d’Apple et de
l’autre le système ouvert Androïd de Google, on peut parier que dans les années qui
viennent ces deux approches coexisteront. Certains fabricants ayant pignon sur rue
privilégieront un système propriétaire et d’autres défendront l’open source, en fonction de
leur vision du marché.
24
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DEUXIÈME PARTIE : L’IMPRESSION 3D
DANS L’INDUSTRIE
2.1. Les industriels ont-ils pris conscience des enjeux ?
La plupart des secteurs d’activité expérimentent aujourd’hui l’impression 3D, mais les
disparités entre les acteurs industriels restent très fortes : pour faire simple, lorsque certains
– comme Airbus ou Rolls-Royce – utilisent déjà cette méthode pour réaliser de nombreuses
pièces finies, beaucoup réfléchissent toujours à la façon dont la fabrication additive pourrait
s’intégrer dans leur cycle d’innovation et de conception. Néanmoins, les grandes entreprises
dans leur ensemble ont déjà bien pris la mesure des enjeux. Selon une étude de Price
Waterhouse Cooper réalisée début 2014, deux-tiers des 100 plus grosses industries
mondiales ont recours à l’impression 3D25
:
25
pwc.to/1lHCrdO
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Les grandes entreprises sont cependant l’arbre qui cache la forêt. « Les industries de pointe
(aérospatial, défense, aéronautique, automobile) ont bien pris conscience des enjeux autour
de la fabrication additive, mais pas les industries "intermédiaires", avance Arnauld Coulet,
directeur de l’agence Fabulous. D'où notre positionnement en tant que conseil en amont du
projet et maître d'œuvre pour la réalisation du projet. » Fabulous, société de conseil en
solutions d’impression 3D, travaille aussi bien avec des grands comptes qu’avec des start-up.
Les principaux arguments qui convainquent leurs clients d'utiliser l'impression 3D sont, par
ordre d’importance, le fait de ne pas « avoir à rentabiliser un moule », « la possibilité de
réaliser des formes complexes » et « l’emploi de matières certifiées dans certains secteurs
tels que le médical, l’aéronautique et le luxe ».
Le Conseil Economique Social et Environnemental (CESE) s’est interrogé, dans un rapport
paru en mars 2015, sur la place qu’occupera la fabrication additive dans l’industrie. Si le CESE
constate que celle-ci « est encore loin de rivaliser avec les rendements (et donc les coûts de
production par unité) de la production de masse qui caractérise […] l’industrie », il ajoute
que « ses atouts spécifiques pourraient bien être porteurs de changements profonds dans le
fonctionnement de l’industrie manufacturière, voire dans l’organisation de la société toute
entière. »26
Contrairement à une idée reçue, l’impression 3D n’a donc pas vocation à se substituer à la
production de masse délocalisée dans les pays émergents. En revanche, elle peut permettre
de relocaliser une partie de la production. Nous développerons ce point un peu plus loin,
mais notons déjà que cet espoir pour les États occidentaux de lutter ainsi contre leur
désindustrialisation croissante – source de chômage et de tensions sociales –, voire de se
réindustrialiser dans certains secteurs, est plutôt une bonne nouvelle. Pour autant,
l’impression 3D n’a pas toujours porté ces promesses. À l’instar des technologies de rupture
(Internet dans les années 90, le téléphone portable dans les années 2000), l’impression 3D a
d’abord été confinée à des usages bien définis concernant une fraction infime de la
population.
26
Voir annexe
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2.2. Les principaux usages de la fabrication additive dans l’industrie
Le prototypage rapide
En l’occurrence, sa première valeur ajoutée a été le prototypage rapide. Le prototypage
rapide de nouveaux produits recouvre encore, en 2015, 70% du chiffre d’affaires lié au
marché de la fabrication additive27
.
Avant l’arrivée de l’impression 3D, le prototypage rapide était un secteur d’activité très
coûteux et gourmand en ressources pour les entreprises : adaptation des lignes de
production, validation des procédés, certifications, etc. Or la fabrication additive permet de
réduire les délais, de diminuer les coûts et de réaliser des maquettes complexes, voire
expérimentales.
Le processus consiste dans un premier temps à créer virtuellement le prototype grâce à un
logiciel de CAO ou de modélisation. Ces données, qui se présentent de façon standard en
format STL, sont ensuite converties en un langage compris par l’imprimante 3D. La machine
lit alors la traduction de ces données et dépose des couches successives de matériau liquide,
en poudre ou en feuilles, pour créer le modèle physique à partir d’une série de sections
transversales. Ces couches, qui correspondent à la section transversale virtuelle du modèle
CAO, sont automatiquement jointes pour créer la forme finale du prototype ; le processus
dure en général quelques heures.
27
http://bit.ly/1SkIx2G
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Comme l’illustre ce graphique, issue d’une étude du cabinet Gartner, la fabrication additive
recoupe aujourd’hui une variété d’utilisations beaucoup plus étendue28
. Ces usages ont trait
à la fois à la conception des produits, à la chaîne d’approvisionnement, à la réduction des
coûts ainsi qu’au marketing et à la communication. Il ne sera pas utile de détailler tous ces
aspects dans le cadre de notre problématique, aussi attardons-nous sur les méthodes liées à
la production stricto sensu.
L’outillage rapide
Avant même de parler de conception de produits finis, qui est le but « ultime » de
l’impression 3D, notons que l’impression 3D permet de réaliser des moules et toutes sortes
28
http://gtnr.it/1swZR7r
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d’outils de production qui vont faciliter la conception et/ou l’assemblage des pièces
détachées en vue d’un produit fini.
Cette méthode permet des gains de temps et la diminution des coûts de production. Opel,
par exemple, utilise les machines de Stratasys pour son récent modèle Adam. Ces outils
conçus par fabrication additive permettent notamment de fixer de façon précise des
éléments sur le bas de caisse ou les déflecteurs sur le toit, l’assemblage des vitres et du toit
ouvrant ou encore l’alignement des lettres du logo du véhicule.29
L’outillage rapide ne concerne pas uniquement l’industrie automobile, mais de très
nombreux secteurs comme la construction mécanique, l’aéronautique, la défense et l’espace,
la production de verres de très haute précision, l’entretien de voies ferrées et bien d’autres
encore.
Une autre possibilité offerte par l’impression 3D qui intéresse beaucoup les industriels est la
création de moules adhoc. « On voit apparaître de plus en plus la possibilité d’imprimer en
29
bit.ly/1PMdExm
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3D des moules pour faire de l’injection ou en fonderie, explique ainsi Alexandre Martel,
cofondateur et rédacteur en chef du site 3Dnatives.com. Jusqu’à aujourd’hui, les moules
pouvaient coûter plusieurs dizaines voire centaines de milliers d’euros. Là, on va pouvoir
imprimer des modèles complexes de moules et les injecter ensuite en série. Cela demande
encore des développements car ils peuvent-être utilisés des milliers de fois et subir des
contraintes mécaniques importantes. Stratasys, 3D Systems ou Voxeljet travaillent sur ces
sujets-là. »
La fabrication directe
Grâce à la diversité grandissante des machines sur le marché, des vitesses de fabrication qui
– selon les spécialistes – doubleraient tous les deux ans, et de la variété toujours plus large
des matériaux pouvant être utilisés, les imprimantes 3D servent de plus en plus à concevoir
des produits finis. Fin 2014, selon une étude de PwC, 11% des 100 plus grandes entreprises
du monde utilisaient l’impression 3D pour la production de produits finis30
. D’après le
cabinet Gartner, une technologie devient « mainstream » lorsque son taux d’adoption
atteint 20%. Pour ces grandes entreprises, la fabrication additive n’est ainsi plus très loin de
devenir un procédé « comme un autre ».
Les progrès dans la taille des pièces (qui va de quelques centimètres à plusieurs mètres) et
leur précision (de l’ordre du micron) ont permis d’élargir le champ des secteurs concernés.
L’aéronautique a très tôt su tirer parti des avantages de l’impression 3D pour réaliser des
milliers de pièces d’avion – ailes, moteur... L’automobile l’utilise surtout pour les prototypes
et l’outillage, mais commence également à s’en servir pour développer des pièces finies. Les
agences spatiales participent activement aux recherches dans ces technologies et
l’envisagent sous de multiples aspects (pièces de navettes, nourriture dans l’espace,
construction de bases lunaire et martienne…). Le secteur de l’énergie y investit aussi
massivement. General Electric prévoit par exemple de produire 25 000 tuyères de moteur
via la fabrication additive et se sont engagés à dépenser 22 milliards de dollars dans cette
30
http://pwc.to/1lHCrdO
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technologie31
. La firme américaine a déclaré que la fabrication additive concernerait déjà 50%
de sa fabrication en 2016.
Le domaine qui recourt le plus à l’impression 3D est cependant celui de la santé. Les
prothèses dentaires et auditives sont fréquemment imprimées en 3D. Aux États-Unis, le
marché des prothèses auditives se serait entièrement converti à la fabrication additive en
moins de 500 jours32
! La numérisation de la morphologie propre à chaque individu permet
également de concevoir des prothèses et des implants sur mesure. Enfin, l’un des secteurs
les plus en pointe dans la personnalisation à destination des particuliers est la bijouterie.
Lorsqu’on parle de fabrication directe, on parle de pièces uniques, de petites ou moyennes
séries (plusieurs milliers de la même pièce par an). De nombreuses jeunes entreprises
utilisent cette méthode de conception pour se développer avec peu de moyens, sans devoir
importer des pièces en provenance de pays à faible coût de main d’œuvre, mais en
fabriquant localement tout en faisant preuve d’ingéniosité. Les grandes entreprises y
recourent aussi de plus en plus pour inventer de nouvelles pièces ou diminuer le coût et les
délais de fabrication de pièces existantes, comme nous l’avons déjà vu, mais aussi pour
fournir des pièces détachées à la demande et ainsi limiter leurs stocks.
Malgré tous ses avantages, la fabrication additive pourra-t-elle pour autant supplanter une
technique comme l’injection plastique, vieille d’un siècle et demie (son invention remonte à
1872) ? En novembre 2014, la société californienne Type A Machines a cherché à en avoir le
cœur net.
Demain, la personnalisation de masse ?
Tout d’abord, il faut bien comprendre qu’avec l’impression 3D, les économies d’échelle ne
sont plus nécessaires puisque produire 10 000 objets en plastique ou un seul coûtent
exactement le même prix à l’unité. Tout le contraire d’une méthode comme l’injection
31
http://for.tn/1GKnAbu
32
bit.ly/1E41q1h
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plastique qui pour être rentable nécessite un volume de production important. De fait, la
fabrication additive semble au premier abord plus appropriée pour la fabrication de séries
limitées.
En regroupant des imprimantes 3D et en les paramétrant de façon optimale, la société Type
A Machines a d’abord démontré que l’impression 3D était nettement plus avantageuse que
le moulage par injection pour des volumes inférieurs à 800 pièces33
. Le rythme de
production s’est révélé jusqu’à vingt fois plus rapide et l’investissement en matériel
beaucoup plus faible.
33
Voir livre blanc en annexe
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Au-delà de 800 pièces, l’impression 3D peut encore tirer son épingle du jeu à condition
d’avoir un seul opérateur pour vingt imprimantes et 50% du temps de production sans
intervention humaine. Au-delà de 10 000 pièces, cet avantage disparaît.
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Cette étude comparative est intéressante car elle permet de mesurer – à un instant T de
l’évolution des progrès techniques liés à la fabrication additive – les seuils de rentabilité par
rapport aux méthodes traditionnelles. Cependant, la pertinence de ce type
d’expérimentations est limitée. D’une part, car comme dit précédemment, les coûts des
matières et la rapidité des machines s’améliorent sans cesse, et donc rendront vite ces
résultats caduques. D’autre part, et c’est là l’essentiel, il s’agit d’une approche purement
quantitative et non qualitative de la fabrication additive.
Or le talon d’Achille de la production de masse, c’est le sacrifice de la variété sur l’autel des
économies d’échelle. C’est la célèbre phrase d’Henry Ford, à propos de la Ford-T : « Vous
pouvez l’avoir dans n’importe quelle couleur – pourvu que ce soit le noir. » Pour pouvoir
profiter de ces économies d’échelle, l’entreprise doit renoncer dans bien des cas à la
tentation de modifier les caractéristiques de son produit, sauf si une opportunité de marché
apparaît suffisamment importante pour justifier un nouvel investissement. Modifier,
moderniser ou apporter la moindre variation au produit entraîne un impact sur le résultat
net. La production de masse n’est donc rentable que si elle permet à l’entreprise de vendre
un même produit en grandes quantités.
L’acheteur, lui, peut ainsi se procurer des produits de façon rapide et à bas coût… mais des
produits standards et interchangeables. Dès lors, pourquoi ne pas se tourner vers la
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production artisanale ? Si elle permet de faire du sur-mesure, l’artisanat a pour principal
inconvénient de ne pas pouvoir être développée sur une large échelle.
Pour résumer, la production de masse équivaut à davantage de rentabilité et de profit pour
les entreprises, et des prix moins élevés pour les consommateurs. L’effet pervers de ces
économies d’échelle est l’absence de variété et de personnalisation des produits. Au
contraire, la production artisanale permet de facilement varier et personnaliser les produits,
mais se limite à de petites quantités. Depuis plus d’un siècle, dans les pays industrialisés, ces
deux mondes – la production de masse et la production artisanale – coexistent, séparés par
un gouffre.
L’impression 3D pourrait-elle jouer le rôle de passerelle ? Les technologies de fabrication
additive réunissent certaines propriétés de la production de masse et de l’artisanat et
ouvrent ainsi de nouvelles perspectives.
À l’instar de la machine d’atelier, l’imprimante 3D est automatisée ; et comme l’artisan, elle
est polyvalente. La personnalisation ne coûte presque plus rien, puisque produire mille
objets différents ou mille objets identiques revient au même prix. Compte tenu de ses
caractéristiques hybrides, en quoi l’impression 3D bouleverse-t-elle déjà l’industrie
manufacturière dans son ensemble ?
2.3. Les 7 vertus « disruptives » de l’impression 3D34
1. Le prototypage vraiment rapide.
Avant l’arrivée de l’impression 3D, ce qu’on appelle le « prototypage rapide » était tout sauf
rapide, et il fallait souvent une semaine ou plus aux spécialistes pour fournir une réplique
physique d’un nouveau produit ou d’un nouveau composant d’un produit existant.
Aujourd’hui, grâce à l’impression 3D, un produit qui aurait nécessité un mois de travail en
traversant 3 ou 4 changements de design dans sa phase de prototypage peut sortir en une
34
onforb.es/1NpHxEp
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semaine. Les produits arrivent donc plus vite sur le marché, économisant du temps et de
l’argent aux entreprises.
2. Les tests itératifs rapides sur le design des produits.
Au-delà du prototypage, l’impression 3D permet de tester différents modèles de produits
dans les conditions réelles du marché. Prenons l’exemple de Ford. Depuis la création de
l’entreprise, les ingénieurs de Ford devaient créer un nouveau moule s’ils voulaient tester un
prototype de moteur. Un process qui prenait environ 6 mois et coûtait des centaines de
milliers de dollars. Aujourd’hui, Ford produit ses moules en 4 jours pour un coût de 4000
dollars grâce à l’impression 3D. Cette réduction colossale de temps et d’argent, le
constructeur automobile l’utilise à son avantage pour fabriquer de nombreux prototypes de
moteurs pour ses nouveaux véhicules et tester ces prototypes simultanément. Les
ingénieurs peuvent ainsi challenger des dizaines de variations et, grâce à ces nombreuses
itérations, optimiser les performances du moteur.
Cette accélération de la production brouille – dans le bon sens du terme – la frontière entre
le prototypage et les produits finis. L’impression 3D permet à des petites entreprises, et
même souvent des start-up, de lancer de nouveaux produits sur le marché sans gros
investissement de départ. L’A/B testing qui existe dans l’univers du digital devient ainsi
possible dans le monde physique.
3. La production de séries limitées.
Dans l’industrie traditionnelle, une entreprise doit d’abord investir dans des moules ou de
l’outillage avant de fabriquer le premier produit fini. Si le moule coûte 50 000 dollars et que
le coût incrémental pour produire une unité revient à 50 centimes, le premier produit
fabriqué coûtera $50,000.50 ! Ce coût est gérable si l’intention de l’entreprise est de
fabriquer des millions d’unités. Mais si elle souhaite n’en produire que 500 ? Avec
l’impression 3D, il n’y a aucun investissement de départ. Aujourd’hui, pour des productions
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inférieures à 1000 pièces, l’impression 3D devient ainsi une alternative rentable quel que
soit le secteur d’activité concerné.
4. La personnalisation de masse.
Jusqu’à récemment, si vous deviez faire remplacer votre hanche, le médecin vous présentait
cinq modèles de prothèses différentes et sélectionnait celui qui s’apparentait le plus à votre
propre hanche. Aujourd’hui, il scanne votre hanche et vous proposera de la remplacer avec
une réplique parfaite, avant de vous opérer. Aux États-Unis, Invisalign a bâti un business de
plusieurs millions de dollars en produisant ainsi des gouttières personnalisées pour chaque
patient. Evidemment, la personnalisation a un prix, mais le service client offert – en
médicine mais pas uniquement – devient incomparable.
5. Des inventaires virtuels.
Pour chaque conception de nouveau produit, l’industrie manufacturière prévoit un stock de
pièces de rechange afin de satisfaire la demande sur plusieurs années. Tenir un tel inventaire
revient très cher. Ces coûts incluent le capital pour produire cet inventaire, les provisions de
charge (pour les produits perdus ou volés), l’obsolescence, le stockage, les assurances, le
traçage des stocks et la distribution. Pourquoi ne pas plutôt imprimer en 3D les produits à
l’unité en fonction de la demande ? Avec l’impression 3D, vous pouvez imprimer ce dont
vous avez besoin, à l’endroit et au moment que vous souhaitez. Virtualiser ses inventaires a
par ailleurs des retombées positives sur l’écologie.
6. La longue traîne.
L’impression 3D ne bouleverse pas seulement la phase de production lors du lancement de
nouveaux produits, mais amène également l’entreprise à mieux gérer la fin de vie de ses
produits. Aujourd’hui, un frigo de quinze ans qui fonctionne bien, mais dont il manquerait
deux rayons ou une poignée d’ouverture serait sans doute mis au rebut. Le fabricant
considérerait ce produit comme « terminé » et n’ira plus l’entretenir. Mais grâce à
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l’impression 3D, ce fabriquant a aujourd’hui la possibilité d’imprimer les parties manquantes
ou cassées, et même d’ajouter de nouvelles fonctionnalités à ce frigo « hors d’usage ». La
longue traîne change fondamentalement la façon dont les designers et les ingénieurs vont
concevoir le cycle de vie d’un produit dans un futur proche.
7. Une renaissance dans l’innovation des produits
En abaissant les barrières d’entrée à leur conception et à leur fabrication, ainsi qu’en
donnant la possibilité d’imaginer des formes de produits beaucoup plus complexes,
l’impression 3D annonce une nouvelle ère d’innovation dans l’industrie manufacturière. Le
foisonnement des designs possibles va finalement questionner les entreprises existantes et
les amener à repenser leurs produits actuels.
Les entreprises sont déjà en train de remplacer leurs produits fabriqués selon les méthodes
traditionnelles par de la production imprimée en 3D, tirant parti des capacités supérieures
de design et de la flexibilité de production permises par cette technologie. General Electric
utilise par exemple des imprimantes 3D métalliques pour produire des systèmes d’injection
de carburant pour des moteurs d’avions, réduisant ses composants de 21 à un seul, et en
incorporant des géométries impossibles à réaliser via d’autres méthodes, ce qui a conduit à
en améliorer significativement l’efficience.
Cette renaissance dans l’innovation des produits va s’accélérer à mesure que les entreprises
redessineront des produits existants pour imaginer de nouveaux produits qui restent
inimaginables aujourd’hui.
Quel modèle de développement ?
Des industriels œuvrant dans des secteurs très variés utilisent déjà l’impression 3D : que ce
soit dans l’automobile, l’aéronautique, le BTP, le high-tech ou le médical, le recours à cette
technologie devient de plus en plus fréquent. SI le prototypage reste encore la principale
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raison pour laquelle la plupart de ces entreprises font appel à la fabrication additive, elles
ont également en ligne de mire le développement de nouveaux produits et la volonté de
raccourcir leur cycle de production pour mieux satisfaire les attentes de leurs clients.
Pour les produits finis, l’industrie trouve de nombreux avantages à utiliser l’impression 3D.
Elle permet de fabriquer des composants qui durent plus longtemps, qui sont plus économes
en énergie, plus résistants ou plus efficaces tout simplement. « Les composants sur mesure
imprimés en 3D pour les moteurs, par exemple, peuvent être conçus pour véhiculer de plus
gros volumes d’air de refroidissement ou pour supporter plus de poids », nous expliquent
Hod Lipson et Melba Kurman35
. La fabrication additive a aussi l’avantage de fabriquer des
produits en une seule fois, alors que ceux-ci étaient auparavant composés de plusieurs
pièces. Boeing, par exemple, a découvert qu’il pouvait imprimer en 3D une conduite d’air
pour un avion de combat en une seule pièce contre vingt auparavant. Le recours à cette
technique permet de raccourcir la chaîne d’approvisionnement et, in fine, de réduire les
stocks.
L’impression 3D a enfin l’avantage de pouvoir produire localement. Cette rationalisation des
stocks présente un avantage écologique évident, puisque les entrepôts consomment de
l’électricité (chauffage, éclairage…) etc. Nous allons maintenant voir en quoi tous ces
avantages peuvent potentiellement bouleverser des pans entiers de l’industrie et la
structure de l’usine de demain.
2.4. Quels impacts sur la chaîne de valeur ?
Quelles sont les futures étapes à franchir afin de concrétiser cette
révolution industrielle ?
35
« Fabricated :The New World of 3D Printing », H.Lipson et M.Kurman, 2013
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Selon l’Institut Xerfi, il peut s’écouler entre 20 et 50 ans entre la mise au point d’une
technologie et son usage courant. 36
Le laser, mis au point en 1958, n’a trouvé ses premières
applications que dans les années 80-90. Si l’on se fie donc à l’histoire, l’impression 3D ayant
été inventée en 1984, la décennie 2010-2020 devrait correspondre à sa phase de
démocratisation. Il est cependant très probable que cette démocratisation concerne bien
davantage le monde industriel que le grand public.
Source : Institut Xerfi
L’impression 3D a potentiellement les capacités de dynamiter la chaîne de valeur telle
qu’elle existe dans l’industrie.
36
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Source : Institut Xerfi
Comme on l’a vu, le prototypage a déjà été facilité et accéléré par la fabrication additive. La
production permet aujourd’hui de fabriquer des pièces personnalisations sur des séries
limitées, mais nous allons voir un peu plus loin, que cela pourrait aussi bientôt être le cas
pour les grandes séries. Cela pourra signer dans certains secteurs la fin du fordisme et des
économies d’échelle. Dans un scénario extrême, on peut imaginer que les étapes de
stockage, de conditionnement, de transport et de distribution soient tout simplement
éliminées de l’équation à condition que chacun puisse fabriquer les objets dont il a envie à
domicile.
L'impression 3D, comment atteindre les cadences industrielles ?
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L'impression 3D, comment atteindre les cadences industrielles ?

  • 1. MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet MCI PART TIME 2015 INSTITUT LEONARD DE VINCI THÈSE PROFESSIONNELLE Denis RODITI L’impression 3D, comment atteindre les cadences industrielles ? © 3D Systems
  • 2. Denis RODITI 2/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet « L’impression 3D a le potentiel de révolutionner la façon dont nous fabriquons presque tout », Barack Obama, Discours sur l’État de l’Union. « La prochaine étape de l'impression 3D consistera à imprimer entièrement de nouveaux types de matériaux. Finalement, nous allons imprimer des produits complets - circuits, moteurs et batteries compris. À ce moment, tous les paris sont ouverts. » Hod Lipson
  • 3. Denis RODITI 3/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier Vincent Montet et Alexandre Stopnicki pour leur enseignement et leur enthousiasme communicatif sur tous les enjeux du digital, ainsi que l’ensemble du corps enseignant. Mes remerciements vont ensuite à tous les professionnels et spécialistes qui ont eu la gentillesse de me faire bénéficier de leur expertise et de de leurs compétences sur la fabrication additive.  Guillaume Riottot, MBA MCI Part-Time2014, pour m’avoir aiguillé sur les bons sujets au tout début de ma thèse.  Arthur Cassaigneau, Marketing Manager chez Sculpteo  Cindy Mannevy, Communication & Marketing Manager chez Prodways, filiale du Groupe Gorgé  Alexandre Martel, co-fondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com, le site français de référence sur l’impression 3D  Jean-Luc Laval, Deputy Group Marketing Director chez Fives  Georges Taillandier, président de l’Association française de prototypage rapide et fabrication additive (AFPR)  Arnauld Coulet, directeur de l’agence Fabulous  Raphaël Gorgé, CEO du Groupe Gorgé, pour avoir répondu à l’un de mes tweets en live dans l’émission Tech&Co sur BFM Business du 27 août 2015  Les étudiants du Fablab de La Défense, pour m’avoir montré le fonctionnement des imprimantes MakerBot
  • 4. Denis RODITI 4/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Table des matières RÉSUMÉ....................................................................................................................................................5 MOTS-CLÉ.................................................................................................................................................7 SUMMARY................................................................................................................................................8 KEYWORDS............................................................................................................................................ 10 RECOMMANDATIONS SYNTHÉTIQUES................................................................................................. 11 INTRODUCTION..................................................................................................................................... 14 PARTIE UNE - L'IMPRESSION 3D, UNE NOUVELLE MÉTHODE POUR FABRIQUER LES OBJETS ........... 17 1.1. La fabrication additive : une définition ..................................................................................... 17 1.2. L'impression 3D dans la culture populaire................................................................................. 19 1.3. Les différents procédés de fabrication ...................................................................................... 21 1.4. Les matériaux compatibles ........................................................................................................ 31 1.5. La taille du marché..................................................................................................................... 37 1.6. Les principaux acteurs................................................................................................................ 40 1.7. Les domaines d'application........................................................................................................ 42 PARTIE DEUX - L'IMPRESSION 3D DANS L'INDUSTRIE ........................................................................ 56 2.1. Les industriels ont-ils pris conscience des enjeux ?.................................................................. 56 2.2. Les principaux usages de la fabrication additive dans l'industrie............................................. 58 2.3. Les 7 vertus « disruptives » de l’impression 3D........................................................................ 66 2.4. Quels impacts sur la chaîne de valeur ? ................................................................................... 70 2.5. La fabrication en nuage............................................................................................................. 73 2.6. Révolutionner les outils de CAO ............................................................................................... 75 2.7. La fabrication additive, en concurrence avec les méthodes traditionnelles de l’industrie ? .. 78 PARTIE TROIS - COMMENT ATTEINDRE LES CADENCES INDUSTRIELLES............................................. 78 3.1. À armes égales face aux méthodes traditionnelles – 3 points clé ......................................... 78 3.2. Remplacer ou compléter l'injection plastique (et autres procédés « standards ») ? ............. 94 CONCLUSION : L'IMPRESSION 3D, VRAIE OU FAUSSE RÉVOLUTION INDUSTRIELLE ?........................ 96 BIBLIOGRAPHIE / WEBOGRAPHIE ...................................................................................................... 101 ANNEXES ............................................................................................................................................. 102 Interviews de professionnels ......................................................................................................... 102 Documentation............................................................................................................................... 134
  • 5. Denis RODITI 5/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Resume Obscur procédé né dans les années 80, la fabrication additive ou « impression 3D » est aujourd’hui de mieux en mieux connue du grand public. En 2013, les médias annonçaient l’arrivée de l’imprimante 3D dans les foyers, trônant à côté de l’ordinateur personnel. Les technologies étaient cependant loin d’être toujours au point. Aujourd’hui encore, les particuliers achetant des imprimantes 3D sont en grande majorité des « makers », des bricoleurs, des geeks adeptes du « do-it-yourself ». Les usages pour le commun des mortels sont eux très limités : qui souhaite s’encombrer d’une telle machine – dangereuse pour la santé de surcroît – pour remplacer des tringles à rideaux, créer une figurine à son effigie ou remplacer une coque d’iPhone ? Les vrais usages de l’impression 3D, on les trouve aujourd’hui dans l’industrie. Réduire les coûts et les délais de fabrication, inventer des formes complexes impossibles à réaliser via des méthodes traditionnelles, produire des pièces plus légères, plus résistantes, personnalisées et économes en énergie – autant d’avantages de la fabrication additive qui séduisent de plus en plus les industriels. L’aéronautique, l’automobile, le secteur médical ou encore la joaillerie ont bien pris conscience des enjeux et cherchent à augmenter la part de la fabrication additive dans leur spectre de production. Si l’impression 3D grignote du terrain sur les autres modes de fabrication artisanaux et industriels, les constructeurs sont cependant confrontés à des problèmes de productivité et de rentabilité. Très utile pour fabriquer des produits personnalisés en quantité limitée, l’imprimante 3D est encore loin de pouvoir remplacer les procédés traditionnels pour la fabrication de grandes séries. Des projets prometteurs issus des services R&D des fabricants ou de la recherche académique visent néanmoins à réduire ces désavantages, voire à changer la donne. Multiplier par cent la vitesse des imprimantes 3D, élargir le nombre de matériaux
  • 6. Denis RODITI 6/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet combinables par machine : ces progrès techniques participent de cette troisième « révolution industrielle » chère à Jérémy Rifkin. La fabrication additive ne remplacera pas l’injection plastique, la fonte ou le moulage dans un avenir proche, mais elle est en train de bouleverser notre façon de concevoir les objets. En obligeant les entreprises à réviser leurs méthodes de design et de production, la fabrication additive ouvre des perspectives de création et d’économie quasi illimitées. Si l’impression 3D ne sonne pas encore le glas de l’usine traditionnelle, elle nous oblige à revoir notre manière de penser et va conduire les industriels à changer radicalement leurs façons de concevoir leurs produits.
  • 7. Denis RODITI 7/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Mots-clé
  • 8. Denis RODITI 8/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Summary Little-known process born in the 80s, additive manufacturing or "3D printing" is now becoming better known to the general public. In 2013, it was taken for granted that soon everyone would have a 3D printer at home. Nevertheless, the technologies were far from always being developed. Today, individuals buying 3D printers are for most of them "makers", tinkerers, enthusiasts geeks of "do-it- yourself". The uses for the common man are themselves very limited: who wants to be burdened with such a machine – besides dangerous to health - to replace curtain rods, creating a figurine in his likeness or replace a hull iPhone? Today, the real purpose of 3D printing lies in the industry. Reduce costs and production times, inventing complex forms impossible to achieve via traditional methods, produce lighter parts, more resistant, personalized and energy efficient – all these advantages of additive manufacturing increasingly convince the enterprises. Tech industries in aerospace, automotive, medical or jewelery already incorporate this new component and seek to increase its share in the production spectrum. If 3D printing is gaining ground over handcraft and industrial manufacturing methods, manufacturers are faced with problems of productivity and profitability. Very useful for making customized products in limited quantities, the 3D printer is still far from replacing traditional processes for the manufacture of large series. Nonetheless, promising projects from R&D departments of the manufacturers or academic research aim to reduce those drawbacks, or even change the game. Some seek to multiply by one hundred the pace of production of the 3D printers, others to expand the number of combined materials by machine. These attempts are part of this famous third "industrial revolution" dear to Jeremy Rifkin. Additive manufacturing will not replace plastic injection, casting or molding in the near future, but it is upsetting the way we design objects. By forcing manufacturers to review their methods of design and production, additive manufacturing opens up almost unlimited
  • 9. Denis RODITI 9/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet creative and economic opportunities. If the traditional factory won’t be entirely changed by 3Dprinting in a near future, 3Dprinting could reshape our way of thinking and lead the industrials to conceive their products in a radically different way.
  • 10. Denis RODITI 10/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Keywords
  • 11. Denis RODITI 11/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Recommandations synthetiques L’impression 3D est un procédé qui permet de faire du prototypage rapide, de l’outillage et de la fabrication directe de petites et moyennes séries. Afin de permettre à la fabrication additive d’atteindre les cadences industrielles, les fabricants et chercheurs (mais pas uniquement eux) vont devoir innover sur plusieurs aspects. Les « classiques » de l’industrie Tous les industriels cherchent à augmenter la vitesse, la précision, la fiabilité et le taux d’utilisation de leurs machines. En ce qui concerne la fabrication additive, les chercheurs et fabricants ne doivent pas se limiter à améliorer les procédés existants. Ils doivent aussi explorer de nouvelles méthodes de fabrication (un exemple :la méthode Clip, développée par Carbon 3D) pour contourner les limitations propres à la déposition de matière couche par couche. Faire baisser les coûts Le principal frein à la fabrication en grandes séries est le coût unitaire et l’impossibilité de réaliser des économies d’échelle. Le coût des matières premières s’explique en grande partie par le fait que les fabricants d’imprimantes 3D obligent les utilisateurs à acheter leurs propres matières premières, qu’ils vendent avec des marges élevées, imitant le modèle économique des imprimantes 2D. Il va falloir à l’avenir questionner cette méthode de rentabilité et trouver des solutions pour diminuer les prix, par exemple en « libéralisant » le choix d’utilisation des matières premières. Imprimer plus grand La taille des pièces est limitée par celle des machines. L’une des pistes pour contourner cet obstacle serait de coupler l’imprimante 3D avec la robotique.
  • 12. Denis RODITI 12/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Développer de nouveaux matériaux et améliorer l’expertise-machine sur les matériaux existants Bien que la liste des matériaux compatibles avec la fabrication additive ne cesse de s’allonger (l’un des derniers en date est le verre), le véritable défi consiste à rendre ces matériaux « industrialisables ». En effet, un matériau clé pour l’industrie comme le métal exige encore beaucoup d’interventions manuelles en post-production pour être utilisable. Les constructeurs doivent encore améliorer leur expertise-machine sur ces matériaux pour optimiser et automatiser autant que possible leur fabrication. Des logiciels CAO spécialisés en « fabrication additive » La plupart des logiciels de CAO existants ne sont pas adaptés à la fabrication additive ou en exploitent insuffisamment les caractéristiques. Les éditeurs vont devoir perfectionner leurs logiciels, mais cela ne suffira pas. L’amélioration des outils de conception passera nécessairement par une augmentation importante de la puissance de calcul des ordinateurs, élément déterminant pour concevoir des objets complexes, multi-matériaux et avec un niveau de détail parfois très élevé. Former les ingénieurs La formation des ingénieurs sur la fabrication additive est encore très insuffisante. Un travail de fond devra être établi pour former des ingénieurs imaginatifs et « prêts-à-l’emploi » sur ce secteur en pleine croissance. Définir des normes Le respect de normes est l’une des pierres angulaires du monde de l’industrie. Plus le marché de la fabrication additive croît, plus il devient urgent que les pays et les fabricants s’accordent sur des normes communes reconnues au niveau international.
  • 13. Denis RODITI 13/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Sécuriser le cadre juridique Afin d’éviter le même scénario catastrophe qui a secoué l’industrie de la musique ou du film, les entreprises devront rapidement trouver des moyens de contrôler l’authenticité des pièces produites afin de garantir le respect de la propriété intellectuelle.
  • 14. Denis RODITI 14/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Introduction Un nombre grandissant de mémoires ou thèses professionnelles – y compris au sein du MBA MCI – sont consacrés à l’impression 3D. L’enjeu pour moi était de dénicher une problématique qui n’avait pas été traitée, un volet nouveau qui n’avait pas été exploré. Dans ma recherche de cette problématique nouvelle, j’ai trouvé un allié de poids : l’actualité. La fabrication additive se développe à une telle vitesse qu’elle amène son lot de nouveautés chaque semaine, et ce qui hier semblait impossible paraît le devenir chaque jour un peu moins. Fin 2014 lorsque j’ai commencé ma formation part-time à l’Institut Léonard de Vinci, l’impression 3D était déjà décrite comme une « révolution », mais cette « révolution » s’apparentait en vérité bien davantage à une « évolution ». À une nouvelle façon de concevoir les objets, plutôt qu’à une lame de fond susceptible de balayer l’industrie toute entière. C’est toujours le cas au moment où j’écris ces lignes : bien que les niches occupées par l’impression 3D prennent des dimensions de plus en plus importantes, notamment dans les industries de pointe comme l’aéronautique (un Airbus A350 comporte aujourd’hui environ 1000 pièces imprimées en 3D1 ), on ne peut pas dire que le système de production de masse ait été vraiment ébranlé par l’irruption de la fabrication additive. Certes, des imprimantes 3D capables de concevoir des maisons, des gâteaux en chocolat ou des embryons d’organes humains font régulièrement la une de l’actualité. Mais ces découvertes, si spectaculaires et prometteuses soient-elles, restent à l’heure actuelle des prouesses souvent isolées et, pour beaucoup d’entre elles, anecdotiques par rapport aux enjeux de l’économie globale. La croissance attendue de ce secteur reste néanmoins très forte et suffit à faire pâlir d’envie une industrie occidentale en constant déclin. Selon le rapport Wohlers, le marché mondial de l’impression 3D s’élèvera à 21 milliards d’euros en 2020 contre 3,6 milliards en 2014, soit 1 http://bit.ly/1Ml6txb
  • 15. Denis RODITI 15/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet une croissance d’environ 33% par an. Le fait que les deux premières puissances mondiales, les États-Unis et la Chine, investissent massivement dans ces technologies suffit à capter l’attention. Dans son discours sur l’état de l’Union, en février 2013, le président Obama a notamment déclaré que « [l’impression 3D] a le pouvoir de révolutionner la façon dont nous fabriquons presque tout. » Dont acte. Mais de quelle révolution parle-t-on ? En 2013, au fil des promesses futuristes des médias et des fabricants, l’individu lambda s’imaginait qu’il disposerait bientôt d’une imprimante 3D personnelle à la maison, rangée à côté de son ordinateur de bureau. Bien entendu, la bonne vieille imprimante 2D, déjà dépassée, aurait disparu. L’impression 3D serait une révolution « comparable à celle de l’Internet », selon ses plus fervents promoteurs. La fabrication d’objets réels se couplerait aux possibilités infinies du monde digital et la boucle serait bouclée. En 2016, ce rêve est encore très loin d’être devenu une réalité. Les rares possesseurs d’imprimantes 3D – dont les prix ont, il est vrai, chutés – sont en majorité des bricoleurs, des « makers », des bidouilleurs qui en font un usage que nous qualifierons aimablement d’ « artisanal ». Les usines, qui font par ailleurs de plus en plus appel à la robotisation, n’ont pas fondamentalement changé leurs façons de produire des objets. Il suffit de visiter un Fablab ou de se rendre à une « Maker Faire » pour en comprendre la raison. Bien qu’y soient surtout exposés des imprimantes domestiques, et non industrielles, on ne peut être que frappé de désillusion devant la lenteur, et l’aspect « bricolé » des objets produits. Une simple figurine de 10 centimètres, de facture grossière, émergera au bout de 2h30 d’un processus de fabrication aussi hypnotique que dérisoire. Le « sense of wonder » est bien là, en partie du moins, mais comment associer cette production laborieuse et artisanale à la révolution que les médias nous vantent à longueur de journées ? Pourtant, les raisons d’espérer existent. En août 2015, Google investissait 100 millions de dollars dans Carbon 3D, une start-up à l’origine d’un procédé de fabrication jusqu’à 100 fois plus rapide que les procédés existants. En décembre 2014, 3D Systems présentait sa « High Speed Fab Grade », une machine de type industrielle dont la vitesse d’exécution est 50 fois supérieure à celle de ses concurrents. Cette machine devrait à moyen-long terme permettre
  • 16. Denis RODITI 16/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet la fabrication du smartphone modulaire de Google dans le cadre du projet ARA2 . L’Université de Sheffield développe de son côté une imprimante capable de rivaliser avec la vitesse d’une ligne de production d’usine standard3 . Atteindre les cadences industrielles, et ainsi la personnalisation de masse, semble être devenu le nouveau credo des chercheurs et des fabricants. Le 27 août 2015, Raphaël Gorgé, PDG du Groupe Gorgé dont la filiale Prodways est leader européen dans l’impression 3D, était l’invité de BFM Business, dans l’émission « Tech&Co », pour une table ronde autour du thème : « L'impression 3D risque-t-elle de bouleverser la propriété intellectuelle ? »4 . Peu passionné par cette thématique, pourtant incontournable, j’envoyais un tweet en live pour demander à Raphaël Gorgé ce qu’il pensait des tentatives de l’université de Sheffield et de 3D Systems pour faire passer l’impression 3D au rythme de production industriel. Le chef d’entreprise confirma avoir « des idées avancées » sur la façon d’augmenter la vitesse des machines et conclut, un sourire en coin, que cette phase de production accélérée pourrait arriver plus tôt que prévu. Bref, je tenais mon sujet, et ma problématique. 2 http://bit.ly/1zpeYOA 3 http://bit.ly/1WUWtzj 4 http://bit.ly/1LAcCFh
  • 17. Denis RODITI 17/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet PARTIE UNE : L’IMPRESSION 3D, UNE NOUVELLE MÉTHODE POUR FABRIQUER LES OBJETS 1.1. La fabrication additive : une définition La fabrication additive, ou impression 3D, a été inventée en France. Les chercheurs Alain Le Méhauté (Alcatel), Olivier de Witte (Cilas) et Jean-Claude André (CNRS) l’ont brevetée dès 1984. Alcatel et Cilas ne voyant pas d’avenir pour cette technologie, ils abandonneront rapidement ces brevets. En 1986, l’américain Chuck Hull fondera 3D Systems, et commercialisera la première imprimante 3D du monde. La fabrication additive prend le contrepied des méthodes traditionnelles de l’industrie comme l’usinage ou le laminage, puisqu’elle consiste non pas à soustraire de la matière, mais au contraire à en ajouter couche par couche afin d’obtenir l’objet final imaginé par les designers. L’imprimante 3D utilise pour cela des logiciels de modélisation de CAO/CAD. Ces logiciels permettent de créer tous types d’objets ou de modéliser des objets existants qui auraient été numérisés via un scanner 3D. Afin de clarifier la terminologie, précisons que le terme de « fabrication additive » est utilisé par les spécialistes pour désigner des applications de qualité industrielle, qui exigent parfois de maîtriser toute la chaîne de fabrication, de la poudre à la pièce livrée conforme aux spécifications. La fabrication additive est un terme générique qui englobe le prototypage rapide, l’outillage rapide, la fabrication directe et l’impression 3D. Ci-dessous un schéma explicatif :
  • 18. Denis RODITI 18/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Le terme d’ « impression 3D » a été créé dans une volonté de démocratiser ces technologies auprès du grand public.
  • 19. Denis RODITI 19/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet 1.2. L’impression 3D dans la culture populaire Avant de devenir une réalité dans les années 80, l’impression 3D a existé dans les cerveaux féconds d’auteurs populaires ou de science-fiction, à commencer par celui d’Hergé. Dans Tintin, le méchant Rastapopoulos convoitait la photocopieuse 3D inventée par le professeur Tournesol pour répliquer des œuvres d’art15 . En 1964, l’auteur de « 2001 : l’Odyssée de l’espace » et futurologue Arthur C.Clarke, imaginait lui le Replicator, une « machine à répliquer à l’infini » grâce à laquelle « les objets [seraient] aussi faciles à fabriquer qu’aujourd’hui les livres à imprimer ». On retrouve également le Replicator dans Star Trek, où l’imposante machine permettait de matérialiser à peu près tous les désirs des occupants du vaisseau Enterprise – ici ce qui ressemble à un délicieux repas. 5 http://bit.ly/1SiPyPQ
  • 20. Denis RODITI 20/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Plus récemment, Neal Stephenson, dans son roman « L’Âge de diamant » paru en 1995, évoque des « matri- compilateurs » alimentés en matières premières et utilisant les nanotechnologies pour fabriquer des produits à la demande.
  • 21. Denis RODITI 21/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet 1.3. Les différents procédés de fabrication On peut regrouper les nombreux procédés selon le type de technologie utilisée (Polymérisation, Pulvérisation, Fusion, Déposition) et le(s) matériau(x) qu’ils visent à traiter – liste non-exhaustive6 . Source : Aniwaa La stéréolithographie (SLA) Mise au point en 1986 par 3D Systems, la stéréolithographie (SLA) est reconnue comme le premier procédé d’impression 3D et le premier à avoir été commercialisé. 6 bit.ly/23lKMWA
  • 22. Denis RODITI 22/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Il consiste à solidifier un liquide via un laser ultra-violet. Un plateau immergé dans un bac supporte le matériau ainsi constitué et descend pour passer d’une couche à la suivante. Il s’agit d’un procédé relativement lent. À cela s’ajoute la contrainte, une fois l’impression terminée, de rincer l’objet avec un solvant pour le débarrasser de ses déchets et de le passer ensuite au four pour le solidifier. Les objets restent par ailleurs assez fragiles, c’est pourquoi la SLA se limite à du prototypage plutôt qu’à la production d’objets finis. Source : 3D Printing Industry Le Digital Light Processing (DLP) Le principe est similaire au SLA, sauf qu’au lieu d’un rayon UV, c’est une ampoule inactinique (rouge) qui solidifie la résine. Le procédé est en général plus rapide que le SLA. Un autre avantage de DLP sur la stéréolithographie est que la cuve de résine nécessaire est moins profonde, ce qui se traduit généralement par une réduction des déchets et des coûts d'exploitation inférieurs.
  • 23. Denis RODITI 23/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Source : 3D Printing Industry Le dépôt de filament fondu (FDM ou FFF) Si la stéréolithographie a permis à Chuck Hull de connaître le premier succès commercial dans l’impression 3D, c’est à S.Scott Crump que l’on doit l’invention du Fused Deposition Modeling (FDM) à la fin des années 80. Scott Crump co-fondera Stratasys avec sa femme en 1989 pour commercialiser son procédé. Son principe est simple : un filament passe à travers une buse d’extrusion chauffée entre 170°C et 260°C. Ainsi, il fond et se dépose sur un support couche par couche. La première couche terminée, le plateau d’impression descend pour recevoir la seconde et ainsi de suite. À noter que l’épaisseur des couches – et donc la finition de l’objet – varie en fonction du matériel et des réglages (0,02 mm en moyenne).
  • 24. Denis RODITI 24/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Aujourd’hui, une grande majorité d’imprimantes 3D personnelles utilisent cette technique, dont le brevet a expiré en 2009. Outre son coût abordable comparé à d’autres procédés, le FDM a l’avantage de pouvoir utiliser une grande variété de matériaux et de couleurs. Précisons enfin que le FDM est une marque déposée par Stratasys, donc on peut préférer l’appellation « Fused Filament Fabrication » (FFF), utilisée notamment par la communauté RepRap sous licence libre. Source : 3D Printing Industry Le frittage laser (SLS) / La fusion laser (SLM) Le procédé SLS a un point commun avec la SLA : l’utilisation d’un laser. La différence vient du matériau, qui n’est plus liquide, mais se présente sous forme de poudre de plastique, de céramique, de verre ou de métal.
  • 25. Denis RODITI 25/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Un rouleau vient déposer la poudre, contenue dans un bac, en fines couches (0,1 mm) sur le plateau d’impression. Le laser entre en jeu pour solidifier la première couche, puis l’opération se répète pour les suivantes. Une fois le processus terminé, on retire l’objet puis on le débarrasse des restes de poudre non fusionnée. L’avantage de ce procédé est qu’il génère très peu de déchets et permet de réaliser des formes très complexes. En revanche, le SLS a l’inconvénient de nécessiter un temps de refroidissement très long et les matériaux peuvent présenter des problèmes de porosité. L’un des principaux brevets déposés par 3D Systems liés à cette technologie a expiré en 2014, donc on devrait assister à une baisse importante des prix et à un fort développement de la technologie dans les années qui viennent. Source : 3D Printing Industry
  • 26. Denis RODITI 26/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Ce procédé, développé par l’allemand EOS, s’apparente très fortement au SLS, sauf qu’il s’applique exclusivement sur de la poudre de métal. Il permet de produire des pièces aussi résistantes que si elles avaient été conçues par des techniques de fonderie ou d’usinage, ce qui fait du DMLS l’une des rares technologies de fabrication additive à être utilisé pour de la production. Les secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et du médical l’utilisent. Electron Beam Melting (EBM) L’Electron Beam Melting procède également par fusion de poudre de métal, sauf qu’au lieu d’utiliser un laser, cette technologie – propriétaire du suédois Arcam AB – emploie un faisceau d’électrons sous vide. La température de chauffe (entre 700° et 1000°) est plus élevée que dans la technologie DMLS, ce qui permet de produire des pièces métalliques très denses et de conserver les propriétés du matériau utilisé. Le procédé est ainsi prisé dans l’industrie médicale, en particulier pour les implants, mais est également utilisé dans l’aéronautique et l’automobile.
  • 27. Denis RODITI 27/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Source : 3D Printing Industry Laminage par dépôt sélectif (SDL) Le SLD est un procédé développé par Mcor Technologies, une société d’origine irlandaise qui s’est spécialisé dans l’impression 3D de papier. Il utilise donc des couches de papier adhésif qui sont ensuite collées successivement grâce à un cylindre chauffé et découpées avec un laser, couche par couche, selon la forme choisie. Un autre cylindre déplace alors chaque nouvelle feuille de matériau sur la précédente et le processus est répété jusqu’à obtenir l’objet complet.
  • 28. Denis RODITI 28/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Source : 3D Printing Industry Le Polyjet et MultiJet Le procédé est similaire à la stéréolithographie. Cependant, au lieu d’employer un laser pour travailler les couches successives, une tête d’impression y projette de petites gouttes de photopolymère, de la même façon qu’une imprimante à encre classique. La lampe UV fixée aux têtes d’impression joint ensuite le polymère et fixe la forme de la couche. La plateforme de construction s’abaisse en fonction de la hauteur de couche définie et un nouveau dépôt de matériau est ainsi effectué sur la couche précédente. L’avantage de cette technologie est qu’elle ne nécessite pas de post-traitement comme le ponçage ou le rinçage. Il est également possible d’adjoindre au matériau d’impression un deuxième matériau de support qui se dissout dans l’eau. Le procédé Polyjet a été breveté par la société israélienne Objet (rachetée depuis par Stratasys) en 1999.
  • 29. Denis RODITI 29/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Le Binder Jetting Le procédé de projection de liant permet d’obtenir des impressions 3D détaillées et en couleurs. Un cylindre étale une couche de poudre sur la plateforme de construction. L’excès de poudre est ensuite poussé sur les côtés, permettant ainsi le remplissage du lit avec une couche compacte de poudre. Les têtes d’impression appliquent alors simultanément un liant liquide et la couleur sur la poudre. Source : 3D Printing Industry La bio impression 3D
  • 30. Denis RODITI 30/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet La bio impression 3D consiste à déposer de façon précise des cellules vivantes ou du matériel organique en trois dimensions. La technologie en étant à ses débuts, il existe presque autant de principes de fonctionnement que de fabricants de bioimprimantes 3D. Le schéma ci- dessous illustre la méthode employée par l’imprimante « Regenovo », développée par des chercheurs de l’université de Hangzhou Dianzi en Chine. Elle est capable d’imprimer des morceaux de foie ou encore du cartilage. Crédits: Broadsheet.ie.
  • 31. Denis RODITI 31/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet 1.4. Les matériaux compatibles Il existe aujourd’hui plus de 200 matériaux compatibles avec l’impression 3D7 . Ce nombre s’est considérablement accru au cours des trente dernières années. Ces variétés de matériaux se présentent sous différents états (poudre, filaments, pastilles, granules, résine)8 . Des fabricants travaillant pour des secteurs tels que la dentisterie développent également des matières spécifiques qui répondent plus précisément aux besoins de certains types d’applications. Il est impossible de dresser un panorama complet de tous les matériaux utilisés dans l’impression 3D, car beaucoup d’entre eux – trop nombreux pour être énumérés – sont des matériaux qui sont la propriété de leurs fabricants. Nous allons donc nous concentrer sur les matériaux les plus répandus et les plus prometteurs pour l’industrie. Les plastiques Le matériau de base utilisé par les imprimantes 3D est le plastique. Il en existe de plusieurs sortes. Le Nylon, ou Polyamide – un plastique solide, flexible et résistant qui a prouvé son efficacité dans l’impression 3D. Il s’utilise sous forme de poudre lors du frittage ou bien de filament via la technique de Fusion Deposition Modeling (FDM). Sa couleur naturelle est le blanc, mais on peut le colorier avant ou après l’impression. Dans sa forme « poudreuse », on peut également le combiner avec de l’aluminium en poudre pour produire de l’Alumide – un autre matériau couramment utilisé pour le frittage. 7 Source : « Guide des matières », Fabulous, 2015 8 bit.ly/1nhgL9r
  • 32. Denis RODITI 32/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les résines – s’utilisant sous forme opaque, transparente ou souple, elles constituent le matériau de base de plusieurs procédés de fabrication additive tels que la stéréolithographie et le Polyjet. Elles peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables, via la polymérisation. L’Acrylonitrile butadiène styrène (ABS) - un polymère thermoplastique similaire au plastique des LEGO. Solide et déclinable en une multitude de couleurs, il convient surtout pour les imprimantes 3D d’entrée de gamme qui fonctionnent selon le procédé FDM. Plus résistant à la chaleur que le PLA, il présente néanmoins de plus forts risques de casser lors de l’impression. Il est possible d’acheter de l’ABS sous forme de filaments auprès d’un grand nombre de sources non-propriétaires, ce qui explique en partie sa popularité. L’Acide Polyactique (PLA) – un dérivé de l’amidon de maïs, une substance utilisée notamment dans l’emballage alimentaire. Biodégradable, il est plus respectueux de l’environnement que son principal concurrent l’ABS. Par ailleurs, il est possible de l’éliminer avec de l’eau plutôt que des solvants et de le réutiliser. Il peut s’utiliser sous forme de résine pour des process de DLP/SLA aussi bien que comme filaments pour le FDM. Sa déclinaison en une variété de couleurs inclut le « transparent », ce qui peut se révéler utile pour certaines applications de l’impression 3D. Il peut également être utilisé pour concevoir des objets à but alimentaire (tasses, assiettes, bols). En revanche, il n’est pas aussi résistant et flexible que l’ABS. Les métaux La possibilité d’imprimer avec du métal a changé la donne. Aux débuts de l’impression 3D, quand on ne pouvait imprimer qu’avec du plastique et d’autres matériaux secondaires, les sceptiques considéraient que cette nouvelle technologie n’aurait jamais sa place dans la « vraie » industrie manufacturière.
  • 33. Denis RODITI 33/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Aujourd’hui, les imprimantes 3D industrielles utilisent un nombre grandissant de métaux et d’alliages. Les deux plus courants sont l’aluminium et les dérivés du cobalt, mais la liste est vouée à s’agrandir. L’aluminium – Offre une bonne résistance. Idéal pour les applications nécessitant un poids léger et de bonnes propriétés thermiques, utilisé pour les pièces qui sont soumises à de fortes charges. L’acier ou l’inox – L’un des métaux les plus utilisés, en raison de sa solidité, est l’acier inoxydable en poudre pour les process de frittage/de fusion/EBM. De couleur argentée à l’origine, il peut être plaqué d’autres matériaux pour lui donner l’apparence du bronze ou de l’or. Le chrome cobalt – D’aspect lisse, il offre une grande précision. Ces caractéristiques font que l’alliage de chrome cobalt s’emploie couramment dans l’industrie médicale pour la fabrication de prothèses médicales ou de couronnes dentaires. Un matériau également résistant à la chaleur et à l’usure, donc un métal idéal pour l’ingénierie à haute température et la fabrication de turbines. Les métaux précieux : L’argent, l’or, le bronze et le platine – Au cours des dernières années, les métaux précieux se sont rajoutés à la liste des métaux compatibles avec l’impression 3D, avec des applications évidentes dans le secteur de la bijouterie. Ce sont deux matériaux très solides qui sont utilisés sous forme de poudre. Ils ne sont néanmoins pas imprimés directement, mais fabriqués à partir de moules créés par impression 3D. Le titane – L’un des métaux les plus solides qui existent. Fourni en poudre, il peut être utilisé lors de process de frittage/ de fusion/EBM. Il est très répandu dans le domaine de la médecine, l’aérospatiale, l’automobile, l’industrie chimique et bien d’autres industries lourdes.
  • 34. Denis RODITI 34/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les matières minérales Les céramiques – Les céramiques (photosensibles, émaillée, déposée) font partie avec les métaux des matériaux qui connaissent depuis quelques années une forte progression grâce aux améliorations des procédés de fabrication additive. Ce matériau, relativement récent dans l’impression 3D, a l’avantage d’être compatible avec des aliments. Fabriquée à partir de poudre céramique, imprimé en 3D puis chauffé au four pour finition, il est recyclable et résistant à la chaleur. Il est présent dans les applications médicales, sanitaires ou industrielles. C’est avant tout le matériau par excellence pour les tasses, soucoupes, assiettes, ou encore statues et figurines. Le sable – Le sable imprimé en 3D est utilisé par les fondeurs afin de fabriquer des moules pour couler des métaux. Cela permet de raccourcir les coûts et de diminuer les délais par rapport à l’outillage classique. Combiné avec d’autres matériaux, il peut également être utilisé dans le domaine de l’architecture. Le verre – Le verre fait partie des matériaux d’avenir dans l’impression 3D. Le MIT a dévoilé en septembre 2015 une imprimante 3D capable de fabriquer du verre de haute qualité et transparent à la lumière. L’avantage par rapport à la fabrication artisanale est d’automatiser le processus de fabrication et de pouvoir utiliser des formes nouvelles et totalement originales grâce au design digital. Le béton – Encore en phase expérimentale, le béton imprimé en 3D intéresse bien entendu le secteur du BTP et les architectes. Aux Philippines, un hôtel est en train de faire construire une extension de 135m2 grâce à un robot imprimant du béton en 3D !9 . Le géant du BTP suédois Skanska a également signé un accord avec l’Université de Loughborough pour le 9 bit.ly/1mJg0VW
  • 35. Denis RODITI 35/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet développement et la commercialisation d’un robot capable d’imprimer en 3D à partir du béton. De façon générale, les procédés d’impression utilisés pour le béton sont similaires à ceux employés pour les céramiques. Les matières organiques Les cires – elles permettent de créer des moules de haute précision, dans des secteurs comme la bijouterie ou la dentisterie. Résistantes à la chaleur, elles servent aussi à fabriquer des moulages pour des objets métalliques. Les végétaux – Fibre de lin, pierre, bois, soja peuvent être imprimés en 3D… Pour le bois, il s’agit en réalité d’un alliage de polymères et de bois recyclé, mais le rendu est très similaire à celui du véritable bois. Les matériaux marins – algues, coquilles d’huîtres. Les matières alimentaires – De nombreux aliments peuvent être imprimés en 3D : chocolat, fromage, sucre, etc. La technique utilisée est celle du dépôt de matière fondue (FDM), sauf que l’on remplace la tête d’extrusion traditionnelle par une seringue. Les expérimentations pour imprimer de la nourriture en 3D se sont multipliées ces dernières années. À long terme, l’objectif est d’utiliser l’impression 3D pour produire des repas entiers et parfaitement équilibrés.
  • 36. Denis RODITI 36/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Pour H. Lipson et M.Kurman, l’imprimante 3D alimentaire sera la « killer app » qui va pousser chacun à s’acheter sa propre imprimante10 . Un point de vue contesté par Christopher Barnatt, auteur de « 3D printing : The next Industrial Revolution »11 . Pour ce futurologue, l’imprimante 3D ne deviendra jamais le micro-ondes de demain en raison de sa lenteur et de son manque de praticité. Les paris sont lancés ! Les futures innovations Les bio-matériaux Il existe un nombre très important de recherches conduites sur les bio-matériaux pour des applications médicales, notamment. De grandes institutions explorent le potentiel des tissus vivants incluant l’impression d’organes en vue de les transplanter, ainsi que de tissus externes voués à remplacer des parties du corps humain. D’autres recherches de ce secteur se concentrent sur le marché alimentaire – la viande imprimée en 3D étant l’exemple le plus souvent cité. Le graphène – matériau révolutionnaire de la famille du carbone, souple et résistant, il offre une excellente conductivité. Parmi les prouesses récentes autour de ce matériau, on peut citer la fabrication des premières batteries fonctionnelles imprimées en 3D à partir de graphène ou, dans le domaine de la médecine, l’invention de l’encre à graphène qui un jour permettra peut-être de réparer des os, des nerfs et des muscles à l’aide de nanostructures imprimées en 3D. Les conducteurs – certaines machines permettent d’imprimer en 3D des circuits électroniques sur tous types de supports. Ainsi, on peut imaginer que bientôt, une pièce ne 10 « Fabricated :The New World of 3D Printing », H.Lipson et M.Kurman, 2013 11 «3D Printing : The Next Industrial Revolution », Christopher Barnatt, 2013
  • 37. Denis RODITI 37/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet sera pas conçue en fonction de ses composants électroniques, mais que ces derniers s’y intégreront n’importe où. Les matériaux 4D – pourquoi vouloir rajouter une dimension supplémentaire à l’impression 3D ? Encore au stade expérimental, l’impression 4D vise à concevoir des objets qui prennent vie, s’auto-assemblent et se transforment au fur et à mesure. Elle consiste à intégrer une source d’impulsion physique (chaleur, gravité, magnétisme…) à la matière première imprimée. Elle agira comme un stimulateur sur la matière pour la transformer au contact d’un élément donné. On peut ainsi imaginer que dans le futur, les produits pourront s’auto-assembler sans l’intervention des usines d’assemblage ni celle des robots. Par exemple, un meuble Ikéa se montera tout seul ! « C’est comme de la robotique, mais sans fils ni moteurs » déclara ainsi Skyler Tibbits, le directeur du Self-Assembly Lab du MIT lors d’une conférence TED12 . Les secteurs concernés sont grosso modo les mêmes que pour l’impression 3D. Quelques matériaux programmables en cours d’expérimentation : les plastiques, des granulés de bois, des textiles ou encore des fibres de carbone. 1.5. La taille du marché Selon le rapport Wohlers, qui fait autorité, le marché de la fabrication additive pourrait atteindre 12,5 milliards de dollars (9,4 milliards d’euros) en 2018 et 21 milliards de dollars (15,8 milliards d’euros) en 2020. Le rythme de croissance du secteur se maintiendrait donc à un niveau d’environ 33% par an. Attirés par ce secteur porteur, de plus en plus d’analystes s’efforcent d’évaluer son potentiel de croissance. Canalys estime que les ventes liées à l’impression 3D en 2013 ont totalisé 2,5 milliards de dollars (1,9 milliard d’euros) et projette un marché à 16,2 milliards de dollars 12 bit.ly/1kPonHg
  • 38. Denis RODITI 38/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet (12,2 milliards d’euros) en 201813 . Le cabinet d’études Lux Research considérait en avril 2014 que le marché total de l’impression 3D devrait quadrupler pour atteindre environ 12 milliards de dollars (9 milliards d’euros) à l’horizon 2025, tiré notamment par ses utilisations industrielles dans l’aérospatiale, le médical ou encore l’automobile14 . L’Institut Xerfi table pour sa part sur une évolution allant de 2,8 milliards d’euros en 2014 à 8,5 milliards en 2020, soit une croissance moyenne de plus de 20% par an. Les estimations des analystes sur le marché de la fabrication additive divergent donc parfois beaucoup, mais tous s’accordent sur son énorme potentiel de croissance. Afin de clarifier le spectre de ces prévisions, nous avons conçu schéma récapitulatif reprenant les analyses de plusieurs cabinets d’études : 13 bit.ly/1kV7VWO 14 bit.ly/1hBwSpb
  • 39. Denis RODITI 39/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet
  • 40. Denis RODITI 40/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les États-Unis dominent largement le marché, avec 38% des imprimantes 3D installées sur le territoire américain. La Chine, le Japon et l’Allemagne représentent chacun environ 9% des installations contre 3% seulement pour la France. Alexandre Martel, cofondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com, pronostique néanmoins un rééquilibrage des parts de marché : « La part de fabricants US pourrait diminuer dans les années à venir, au profit des constructeurs européens ou chinois. En Chine, ils ne se contentent pas de copier des technologies, ils ont toute une R&D locale qui développe ses propres machines. Des sociétés comme Hunan Farsoon ou Tiertime sont déjà bien plus présentes localement que Stratasys et 3D Systems et se développent même à l’international. Certaines ont pour vocation de rivaliser avec les deux géants américains, Prodways en France a la même volonté. Sur un marché comme celui du métal, qui est un des plus prometteurs, voire le plus prometteur, les Européens sont plutôt bien placés avec EOS, Arcam ou même Prodways. » George Taillandier, président de l’AFPR, se montre plus sceptique : « Si [la France] avance, [elle] va reprendre sa place. Sinon, les États-Unis vont se partager le marché avec le Japon, la Chine et l’Allemagne. Les plus gros constructeurs de machines métalliques sont allemands. Les Chinois ne sont pas loin derrière, ils remontent la pente sans états d’âme et il n’y a aucune raison qu’ils n’y arrivent pas. Le Japon ne sait pas exporter, mais ils ont de l’avance chez eux, ils disposent de très bonnes technologies». À l’heure actuelle, les deux acteurs dominants du secteur restent les américains 3D Systems et Stratasys. 1.6. Les principaux acteurs On peut distinguer trois groupes d’acteurs au niveau mondial. 15 1. Les leaders généralistes. Positionnés sur tous les segments, ils ciblent aussi bien les professionnels que le grand public. 15 bit.ly/1UkpP8y
  • 41. Denis RODITI 41/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les deux leaders de l’impression 3D sont les américains Stratasys et 3D Systems, loin devant leurs concurrents. Créés respectivement en 1984 et 1989, ils sont encore dominants sur le marché mondial. 2. Les fabricants d’imprimantes et d’intrants. Ils visent surtout une clientèle d’industriels et de professionnels. On peut citer l’allemand EOS, le suédois Arcam et le français Prodways Notons que du côté français, l’arrivée de Fives et Michelin, via leur joint-venture spécialisée dans la fabrication additive, pourrait constituer un futur poids lourd du secteur au niveau mondial. L’alsacien Beam, premier fabricant européen d’imprimantes 3D par dépôt de poudres métalliques, s’est également taillé une place de choix dans ce créneau de plus en plus concurrentiel. 3. Les prestataires de services d’impression. Ils ont pour but de démocratiser la fabrication additive et proposent un catalogue de milliers de références d’objets à imprimer en 3D. Les plus connus sont Thingiverse, Shapeways, Materialise ou encore Sculpteo. Menace de nouveaux entrants : - Les fabricants de matériels informatiques et d’impression traditionnelle Parmi cette catégorie de nouveaux entrants, Hewlett-Packard est le plus avancé. Sa technologie MultiJet Fusion est prévue pour l’automne 2016. Selon HP, cette technologie développée en interne est 25 fois plus rapide que le Fused Deposition Modeling (FDM) et 10 fois plus rapide que le frittage de poudre. Si l’impression sera initialement limitée au plastique, elle devrait par la suite utiliser des polymères et des métaux. HP a également lancé son PC Sprout dédié aux créatifs, qui intègre un scanner 3D, une plateforme de modélisation et de design ainsi que la possibilité d’imprimer en 3D ses objets grâce à un partenariat avec Sculpteo.
  • 42. Denis RODITI 42/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Epson a annoncé en 2014 vouloir commercialiser sa première imprimante 3D dans les cinq années à venir. - Les éditeurs de logiciels Autodesk, multinationale américaine spécialisée dans le design par ordinateur, s’est allié avec Microsoft. Le géant informatique propose désormais son logiciel phare Spark dans Windows 10. Autodesk a également sorti sa propre imprimante 3D, Ember, librement améliorable par la communauté des makers. Dassault Systems a également placé l’impression 3D au cœur de sa stratégie de développement. À ces deux catégories de nouveaux entrants, nous en rajouterons une troisième : - La Silicon Valley En août 2015, Google a investi 100 millions de dollars via sa filiale Google Ventures dans Carbon 3D. Cette société, également financée par Autodesk, a développé une technologie jusqu’à 100 fois plus rapide que n’importe quel procédé d’impression 3D existant. Apple a de son côté déposé un brevet lié à l’impression 3D couleur en décembre 2015. Ce procédé, qui vise a priori les particuliers, permettrait de combiner plusieurs coloris au sein d’un même objet imprimé. 1.7. Les domaines d’application Le champ d’application est potentiellement infini. En ce qui concerne les secteurs industriels, on peut les classer ainsi par ordre d’importance décroissant.16 16 bit.ly/1nHtcvR
  • 43. Denis RODITI 43/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Dans l’aperçu qui suit, nous n’allons pas nous restreindre aux applications industrielles telles qu’elles existent aujourd’hui, mais plutôt explorer les grands secteurs susceptibles d’être bouleversés de façon industrielle par la fabrication additive. En effet, si l’impression 3D de nourriture par exemple n’en est qu’un à stade expérimental, rien ne dit que les industriels de l’alimentaire ne s’empareront pas de cette technologie dans les années à venir – et certains signes indiquent d’ailleurs que cela est déjà le cas. Aperçu des principaux secteurs utilisant la fabrication additive
  • 44. Denis RODITI 44/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Matériel médical – prothèses dentaire, implants, organes, instruments Le secteur médical est sans doute le premier à avoir intégré aussi tôt les technologies de fabrication additive. En une dizaine d’année, la dentisterie et le marché des prothèses auditives ont été bouleversés par l’arrivée de l’impression 3D. Aux États-Unis, le marché des prothèses auditives se serait entièrement converti à la fabrication additive en moins de 500 jours 17 ! En France, le groupe Gorgé a investi ce secteur dès le début. « Majoritairement et historiquement, on est dans le dentaire, explique ainsi Cindy Mannevy, Communication & Marketing Manager chez Prodways, la filiale du Groupe Gorgé spécialisée dans la fabrication additive. Cela peut paraître étonnant, mais le marché du dentaire est le marché qui est le plus mature sur l’impression 3D. Je ne sais pas si vous avez déjà eu un appareil dentaire, mais avant, pour prendre l’empreinte de votre mâchoire, le dentiste vous mettait un moule infâme dans la bouche. Ce n’était pas précis du tout. Aujourd’hui, ils vous mettent une petite boule dans la bouche, la petite boule scanne, ça dure trente secondes à peine, et le fichier STL est envoyé à une imprimante qui fabrique le modèle. » Jean-Luc Laval, Deputy Group Marketing Director chez Fives, confirme : « L’impression 3D trouve des applications fantastiques dans le secteur médical. Le fait que les médecins auront enfin la possibilité de créer une prothèse aux dimensions exactes de l’os qu’elle remplace, par exemple. Aujourd’hui, le chirurgien va vous raboter une hanche pour que les modèles grossiers de prothèse dont il dispose s’adaptent le mieux possible à votre anatomie. Résultat, vous allez subir un temps d’adaptation très long et boiter toute votre vie. Demain, ce même 17 bit.ly/1E41q1h
  • 45. Denis RODITI 45/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet chirurgien produira une prothèse de hanche aux dimensions exactes de celle que vous avez cassée, et ça c’est une vraie révolution. » Pour Alexandre Martel, cofondateur et rédacteur en chef du site www.3Dnatives.com, c’est également dans le secteur médical que les prouesses de l’impression 3D sont les plus éclatantes. « L’exemple de cette patiente hollandaise ayant reçu une boîte crânienne imprimée en 3D m’a marqué à vie je pense (note : la prouesse a été révélée en mars 2014). Le fait que cette technologie ait le pouvoir d’améliorer considérablement la vie de certains patients m’impressionne toujours. » Aéronautique, aérospatial et Défense – fabrication de prototypes en R&D, pièces plus légères, petites séries La fabrication additive présente une opportunité évidente pour les secteurs de l’aéronautique et de l’espace. Prenons l’exemple de l’avion. Un avion est composé d’une série limitée de pièces très différentes, vouées à durer longtemps, et qui doivent être les plus légères et résistantes possibles. En effet, plus l’avion est léger, moins il consomme de kérosène, et donc moins il coûte cher en carburant. Par ailleurs, le Flight Pact a imposé aux fabricants d’avions une réduction de 75% de leurs émissions de CO2 d’ici 2050, donc diminuer le poids des pièces présente un double enjeu stratégique – à la fois économique et écologique. La fabrication additive est la méthode idéale pour répondre à ces différents challenges. D’autant que les techniques d’usinages traditionnelles produisent beaucoup de copeaux, pouvant engendrer jusqu’à 95% de déchets dans la fabrication d’une pièce. La fabrication additive permet ainsi d’économiser sur des matières extrêmement coûteuses ainsi que sur le nombre de pièces utilisées – par exemple, on peut réduire de 12 à 5 le nombre d’étapes nécessaires à la fabrication de pales de turbines. Airbus et Boeing ont déjà parfaitement pris conscience de ces enjeux.
  • 46. Denis RODITI 46/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Dans le secteur spatial, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) ont commencé à utiliser la fabrication additive pour produire des outils et des pièces de rechange dans la station spatiale internationale. L’Agence spatiale japonaise (JAXA) envisage même désormais d’imprimer des satellites directement sur place. L’impression 3D pourrait également aider à résoudre les problèmes de rationnement, en permettant aux astronautes d’imprimer leur nourriture dans l’espace. Enfin, autre enjeu et pas des moindres, la possibilité de construire des bases imprimées en 3D sur la Lune grâce à des robots imprimant le régolithe présent à la surface. Automobile et Transport – fabrication de prototypes en R&D, pièces de rechange L’industrie automobile commence à utiliser la fabrication additive, au-delà des prototypes et de la réalisation d’outillage, pour la fabrication de pièces proprement dites. Elle produit par exemple des garnitures d’intérieur, le capot des moteurs ou encore certains composants des moteurs utilisés pour le sport automobile, qui correspondent à des besoins très spécifiques et en série limitée. En ce qui concerne les prototypes et l’outillage, l’intégration de ces technologies est bien avancée. Depuis une dizaine d’années, Michelin utilise la fabrication additive métallique pour concevoir les outillages nécessaires à la fabrication de millions de pneus. Les moules ainsi réalisés permettent d’optimiser les performances des pneus et de prendre une avance significative sur la concurrence. Selon une étude du cabinet SmarTech, certains grands fabricants automobiles produisent déjà plus de 100 000 pièces par an grâce à l’impression 3D.18 L’industrie automobile s’intéresse également au développement de la production de pièces de rechange, directement par les particuliers ou via les réparateurs professionnels de 18 bit.ly/1Ady1gU
  • 47. Denis RODITI 47/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet proximité. Fournir des pièces de rechange personnalisées et à la demande permet en effet de réaliser de larges économies en termes de stockage. Certaines entreprises pionnières commencent déjà à fabriquer des voitures presque entièrement imprimées en 3D (châssis, carrosserie, éléments de l’habitacle), à l’instar de Local Motors. Le constructeur américain devrait commercialiser son premier modèle électrique LM3D Swim, en 201619 . Le modèle LM3D Swim de Local Motors Audi a également présenté une réplique fonctionnelle à l’échelle ½ de son ancien modèle Flèche d’Argent pour démontrer son savoir-faire dans l’impression 3D métallique. Le fabricant allemand a clairement annoncé vouloir appliquer l’impression de métal à la production en série. 19 bit.ly/1yrnYYu
  • 48. Denis RODITI 48/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet La valeur ajoutée de l’impression 3D dans le secteur de l’automobile est néanmoins moins forte que dans l’aéronautique et l’espace pour quatre raisons principales : les pièces automobiles ont des formes moins complexes, l’enjeu autour de la légèreté des matériaux n’est pas aussi crucial, les matériaux de pointe sont adoptés plus lentement et surtout les besoins de production unitaires sont beaucoup plus élevés, ce qui rend le moulage par injection plus compétitif. Textiles, Meubles, Joaillerie, Jouets… — objets personnalisés La bijouterie, la joaillerie, l’horlogerie ou encore la cristallerie sont des domaines qui tirent parti des avantages de l’impression 3D, pour un usage professionnel – notamment artisanal – en permettant la conception de pièces d’un seul tenant et d’une extrême précision. C’est l’un des secteurs dans lesquels la personnalisation des modèles en fonction des souhaits de la clientèle peut le plus facilement s’appliquer : la bijouterie de luxe n’emploie quasiment plus que des imprimantes 3D pour réaliser les moulages « à cire perdue ». Ces moulages sont utilisés pour la conception et la fabrication rapide de pièces uniques d’une grande finesse.
  • 49. Denis RODITI 49/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Pendentif cupidon & loving bambis disponibles sur le site www.jweel.com Dans le domaine de l’ameublement et de la décoration, certaines marques s’emparent des nouvelles possibilités offertes par la fabrication additive pour proposer du mobilier et des objets laissant une part d’initiative croissante à l’acheteur final (cependant encore en grande partie limité au choix des formes et des coloris). Il s’agit surtout de jeunes sociétés, les grandes enseignes du secteur habituées à fournir des produits entièrement finis semblant tarder à prendre ce virage. S’ils ne réagissent pas, les industriels de jouet pourraient de leur côté être les premiers à pâtir de l’usage de l’impression 3D par les particuliers. La société Hasbro a ainsi pris les devants et engagé plusieurs partenariats pour proposer la fabrication, personnalisée et à la demande de figurines dont elle détient les droits. Ils envisagent également la vente d’imprimantes 3D pour enfants. Néanmoins, les normes de sécurité étant particulièrement strictes dans le secteur du jouet, il est plus probable que le grand public se tourne dans un premier temps vers des services d’impression 3D comme Sculpteo ou Shapeways pour fabriquer ses pièces. À noter que Lego, sans doute l’acteur le plus vulnérable face à une banalisation de l’impression 3D, est également très actif et a noué plusieurs partenariats, notamment avec Google, afin de transformer cette menace grandissante en avantage compétitif.
  • 50. Denis RODITI 50/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les premières applications dans la mode et le textile ont aussi fait leur apparition. De nombreux habits et accessoires, tels que des chaussures, des robes, des chapeaux ou des sacs peuvent être imprimés en 3D. Les équipementiers sportifs ne sont pas en reste, et le patron de Nike Erik Sprunk estime par exemple que d’ici quelques années, les clients de Nike customiseront entièrement leur paire de chaussures sur le site de la marque avant de l’imprimer en 3D chez eux ou dans une enseigne à proximité20 . En ce qui concerne l’impression de figurines personnalisées et de goodies, c’est également un phénomène qui devrait séduire le marché B2C et les entreprises, à condition que les prix chutent encore. Photomaton 3D à Paris XVII, projet AVATAR émoi High-tech – fabrication de prototypes en R&D 20 http://bit.ly/1G2tmWR
  • 51. Denis RODITI 51/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet L’impression 3D gagne du terrain dans le secteur high-tech. Selon une enquête d’UPS, qui a interrogé plus de 500 responsables d’entreprises high-tech, 72% des personnes interrogées ont déclaré avoir expérimenté la fabrication additive21 . Les trois-quarts d’entre elles l’utilisent pour l’aide au design de nouveaux produits, un peu plus de la moitié pour la conception d’échantillon ou de maquettes de produits, 34% pour la production de produits finis et 24% pour des pièces de rechange. La Chine apparaît comme la locomotive de ces innovations, elle représente à elle seule la moitié de ces « early-adopters » contre seulement 29% pour l’Amérique du Nord. Néanmoins, sur la totalité des personnes interrogées, seules 4% déclarent « utiliser activement l’impression 3D », donc la marge de progression reste encore très importante dans ce secteur. Source : UPS, étude « « Change in the (Supply) Chain » Dans le secteur high-tech, l’une des innovations susceptibles de bouleverser le secteur serait l’impression 3D de circuits imprimés, possible à l’heure actuelle mais encore à un stade très précoce. L’architecture et le secteur de la construction – 21 bit.ly/1ZWvusq
  • 52. Denis RODITI 52/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet L’une des applications de base de l’impression 3D dans l’architecture est depuis longtemps la création de maquettes de démonstration, qui permet d’illustrer en détails la vision de l’architecte. Grâce à des logiciels spécialisés comme 3D CAD ou BIM, imprimer ces modèles devient assez rapide, facile et peu cher. De nombreux grands cabinets d’architecte utilisent aujourd’hui couramment la fabrication additive, pour leur propre usage ou en le proposant en tant que service, pour favoriser l’innovation et améliorer la communication. Mais ce qui retient surtout l’attention aujourd’hui, c’est la volonté affichée d’architectes – de plus en plus nombreux – à vouloir imprimer directement des structures ou des bâtiments en 3D. Le chinois Winsun a sans doute été l’acteur qui a suscité le plus d’engouement autour des possibilités offertes par l’impression 3D dans l’érection de bâtiments. En 2014, il s’est fait connaître en imprimant une dizaine de maisons de 200m2 chacune à Shanghaï. L’année suivante il a imprimé en 3D le tout premier immeuble d’une hauteur de 5 étages ainsi qu’une villa de 1100 mètres carré. En Europe, l’un des précurseurs en la matière est l’italien Enrico Dini, avec son imprimante D-Shape, qui pourrait bien un jour servir à imprimer des bases sur la Lune. Les néerlandais, connus pour leur esprit avant-gardiste, sont également très présents dans l’architecture et innovent avec des projets un peu fous. Maison en forme de ruban Moëbius conçu par l’entreprise néerlandaise Universe Architecture créé par l’architecte Janjaap Ruijssenaars
  • 53. Denis RODITI 53/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Tetris House conçue par l’entreprise néerlandaise Universe Architecture À Amsterdam, la société MX3D prévoit également d’imprimer un pont en 3D grâce à un robot à six bras. Mais bâtir des structures avec des design improbables n’est pas la seule utilité de l’impression 3D dans le secteur de la construction, loin de là. Les principaux avantages de la fabrication additive, à savoir une forte réduction des coûts et une grande rapidité d’exécution, pourrait servir des buts sociaux et humanitaires. Construire des maisons en quelques dizaines d’heures et à bas prix pourrait permettre à des personnes de condition modeste de se loger facilement, ou aux victimes de catastrophes naturelles (tremblements de terre, tsunamis…) de retrouver un toit le jour même ou le lendemain. L’une des méthodes les plus prometteuses en ce sens est le « contour crafting », développée en Californie par Behrokh Khoshnevis22 . L’ « ingénieur-architecte » de demain aura pour outil une tête d’impression orientable suspendue par des câbles, un portique électrique (ou demain des robots contrôlés par ordinateur) pour ériger des édifices en un temps record. Il 22 bit.ly/1hxEBpZ
  • 54. Denis RODITI 54/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet utilisera si possible des matières présentes sur place (sable, gravier, argile…) et les énergies renouvelables disponibles pour demeurer neutres sur le plan écologique. Le contour-crafting est perçu par Jérémy Rifkin comme l’un des éléments importants de la troisième révolution industrielle23 . L’industrie alimentaire, la gastronomie Imprimer sa nourriture en 3D est à la fois l’une des promesses de la fabrication additive les plus excitantes et les plus difficiles à atteindre, même si les technologies progressent aussi dans ce domaine. Les premières tentatives ont été à base de sucre, de chocolat ou encore de cellules de bovins. Il est aujourd’hui possible d’imprimer beaucoup d’aliments (yaourts, fromages, brocolis…). Les freins sont liés au temps de préparation, à la cuisson des aliments, mais la dimension psychologique entre aussi en compte, puisque beaucoup de personnes jugent déstabilisant de manger des aliments dans des formes qui ne ressemblent pas du tout à leur aspect d’origine. Salad tower inspirée par le vase Aalto réalisé à l’aide de l’imprimante Foodini Il y a fort à parier que cette habitude va néanmoins rentrer dans les mœurs. Certains grands chefs utilisent déjà l’impression 3D pour concocter des plats, ou du moins certains de ses 23 http://huff.to/1PqPPPz
  • 55. Denis RODITI 55/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet composants. De façon plus anecdotique, le spécialiste des bonbons Lutti a ouvert une boutique d’impression de bonbons en 3D à Paris24 . Ce type de démarches va très certainement se multiplier dans les années à venir et les industriels de l’alimentaire, intégrer cette technologie dans leur proposition commerciale ou pour de la communication en points de vente. La NASA s’intéresse aussi de près à l’impression 3D de nourriture dans l’espace, et a notamment financé un projet qui vise à y imprimer des pizzas. À plus long terme, il deviendra possible de préparer des plats savamment équilibrés, parfaitement dosés en nutriments afin de répondre aux besoins physiologiques de chacun, et de les proposer ainsi aux hôpitaux ou même aux particuliers. L’impression 3D est-elle open source ? La réponse est oui et non. De plus en plus de marques bien installées, comme les géants du secteur Stratasys et 3D Systems, utilisent des technologies propriétaires. À l’instar de ce qui se passe pour l’ordinateur ou le mobile, avec notamment d’un côté l’iOS fermé d’Apple et de l’autre le système ouvert Androïd de Google, on peut parier que dans les années qui viennent ces deux approches coexisteront. Certains fabricants ayant pignon sur rue privilégieront un système propriétaire et d’autres défendront l’open source, en fonction de leur vision du marché. 24 bit.ly/1ScNMQ7
  • 56. Denis RODITI 56/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet DEUXIÈME PARTIE : L’IMPRESSION 3D DANS L’INDUSTRIE 2.1. Les industriels ont-ils pris conscience des enjeux ? La plupart des secteurs d’activité expérimentent aujourd’hui l’impression 3D, mais les disparités entre les acteurs industriels restent très fortes : pour faire simple, lorsque certains – comme Airbus ou Rolls-Royce – utilisent déjà cette méthode pour réaliser de nombreuses pièces finies, beaucoup réfléchissent toujours à la façon dont la fabrication additive pourrait s’intégrer dans leur cycle d’innovation et de conception. Néanmoins, les grandes entreprises dans leur ensemble ont déjà bien pris la mesure des enjeux. Selon une étude de Price Waterhouse Cooper réalisée début 2014, deux-tiers des 100 plus grosses industries mondiales ont recours à l’impression 3D25 : 25 pwc.to/1lHCrdO
  • 57. Denis RODITI 57/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Les grandes entreprises sont cependant l’arbre qui cache la forêt. « Les industries de pointe (aérospatial, défense, aéronautique, automobile) ont bien pris conscience des enjeux autour de la fabrication additive, mais pas les industries "intermédiaires", avance Arnauld Coulet, directeur de l’agence Fabulous. D'où notre positionnement en tant que conseil en amont du projet et maître d'œuvre pour la réalisation du projet. » Fabulous, société de conseil en solutions d’impression 3D, travaille aussi bien avec des grands comptes qu’avec des start-up. Les principaux arguments qui convainquent leurs clients d'utiliser l'impression 3D sont, par ordre d’importance, le fait de ne pas « avoir à rentabiliser un moule », « la possibilité de réaliser des formes complexes » et « l’emploi de matières certifiées dans certains secteurs tels que le médical, l’aéronautique et le luxe ». Le Conseil Economique Social et Environnemental (CESE) s’est interrogé, dans un rapport paru en mars 2015, sur la place qu’occupera la fabrication additive dans l’industrie. Si le CESE constate que celle-ci « est encore loin de rivaliser avec les rendements (et donc les coûts de production par unité) de la production de masse qui caractérise […] l’industrie », il ajoute que « ses atouts spécifiques pourraient bien être porteurs de changements profonds dans le fonctionnement de l’industrie manufacturière, voire dans l’organisation de la société toute entière. »26 Contrairement à une idée reçue, l’impression 3D n’a donc pas vocation à se substituer à la production de masse délocalisée dans les pays émergents. En revanche, elle peut permettre de relocaliser une partie de la production. Nous développerons ce point un peu plus loin, mais notons déjà que cet espoir pour les États occidentaux de lutter ainsi contre leur désindustrialisation croissante – source de chômage et de tensions sociales –, voire de se réindustrialiser dans certains secteurs, est plutôt une bonne nouvelle. Pour autant, l’impression 3D n’a pas toujours porté ces promesses. À l’instar des technologies de rupture (Internet dans les années 90, le téléphone portable dans les années 2000), l’impression 3D a d’abord été confinée à des usages bien définis concernant une fraction infime de la population. 26 Voir annexe
  • 58. Denis RODITI 58/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet 2.2. Les principaux usages de la fabrication additive dans l’industrie Le prototypage rapide En l’occurrence, sa première valeur ajoutée a été le prototypage rapide. Le prototypage rapide de nouveaux produits recouvre encore, en 2015, 70% du chiffre d’affaires lié au marché de la fabrication additive27 . Avant l’arrivée de l’impression 3D, le prototypage rapide était un secteur d’activité très coûteux et gourmand en ressources pour les entreprises : adaptation des lignes de production, validation des procédés, certifications, etc. Or la fabrication additive permet de réduire les délais, de diminuer les coûts et de réaliser des maquettes complexes, voire expérimentales. Le processus consiste dans un premier temps à créer virtuellement le prototype grâce à un logiciel de CAO ou de modélisation. Ces données, qui se présentent de façon standard en format STL, sont ensuite converties en un langage compris par l’imprimante 3D. La machine lit alors la traduction de ces données et dépose des couches successives de matériau liquide, en poudre ou en feuilles, pour créer le modèle physique à partir d’une série de sections transversales. Ces couches, qui correspondent à la section transversale virtuelle du modèle CAO, sont automatiquement jointes pour créer la forme finale du prototype ; le processus dure en général quelques heures. 27 http://bit.ly/1SkIx2G
  • 59. Denis RODITI 59/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Comme l’illustre ce graphique, issue d’une étude du cabinet Gartner, la fabrication additive recoupe aujourd’hui une variété d’utilisations beaucoup plus étendue28 . Ces usages ont trait à la fois à la conception des produits, à la chaîne d’approvisionnement, à la réduction des coûts ainsi qu’au marketing et à la communication. Il ne sera pas utile de détailler tous ces aspects dans le cadre de notre problématique, aussi attardons-nous sur les méthodes liées à la production stricto sensu. L’outillage rapide Avant même de parler de conception de produits finis, qui est le but « ultime » de l’impression 3D, notons que l’impression 3D permet de réaliser des moules et toutes sortes 28 http://gtnr.it/1swZR7r
  • 60. Denis RODITI 60/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet d’outils de production qui vont faciliter la conception et/ou l’assemblage des pièces détachées en vue d’un produit fini. Cette méthode permet des gains de temps et la diminution des coûts de production. Opel, par exemple, utilise les machines de Stratasys pour son récent modèle Adam. Ces outils conçus par fabrication additive permettent notamment de fixer de façon précise des éléments sur le bas de caisse ou les déflecteurs sur le toit, l’assemblage des vitres et du toit ouvrant ou encore l’alignement des lettres du logo du véhicule.29 L’outillage rapide ne concerne pas uniquement l’industrie automobile, mais de très nombreux secteurs comme la construction mécanique, l’aéronautique, la défense et l’espace, la production de verres de très haute précision, l’entretien de voies ferrées et bien d’autres encore. Une autre possibilité offerte par l’impression 3D qui intéresse beaucoup les industriels est la création de moules adhoc. « On voit apparaître de plus en plus la possibilité d’imprimer en 29 bit.ly/1PMdExm
  • 61. Denis RODITI 61/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet 3D des moules pour faire de l’injection ou en fonderie, explique ainsi Alexandre Martel, cofondateur et rédacteur en chef du site 3Dnatives.com. Jusqu’à aujourd’hui, les moules pouvaient coûter plusieurs dizaines voire centaines de milliers d’euros. Là, on va pouvoir imprimer des modèles complexes de moules et les injecter ensuite en série. Cela demande encore des développements car ils peuvent-être utilisés des milliers de fois et subir des contraintes mécaniques importantes. Stratasys, 3D Systems ou Voxeljet travaillent sur ces sujets-là. » La fabrication directe Grâce à la diversité grandissante des machines sur le marché, des vitesses de fabrication qui – selon les spécialistes – doubleraient tous les deux ans, et de la variété toujours plus large des matériaux pouvant être utilisés, les imprimantes 3D servent de plus en plus à concevoir des produits finis. Fin 2014, selon une étude de PwC, 11% des 100 plus grandes entreprises du monde utilisaient l’impression 3D pour la production de produits finis30 . D’après le cabinet Gartner, une technologie devient « mainstream » lorsque son taux d’adoption atteint 20%. Pour ces grandes entreprises, la fabrication additive n’est ainsi plus très loin de devenir un procédé « comme un autre ». Les progrès dans la taille des pièces (qui va de quelques centimètres à plusieurs mètres) et leur précision (de l’ordre du micron) ont permis d’élargir le champ des secteurs concernés. L’aéronautique a très tôt su tirer parti des avantages de l’impression 3D pour réaliser des milliers de pièces d’avion – ailes, moteur... L’automobile l’utilise surtout pour les prototypes et l’outillage, mais commence également à s’en servir pour développer des pièces finies. Les agences spatiales participent activement aux recherches dans ces technologies et l’envisagent sous de multiples aspects (pièces de navettes, nourriture dans l’espace, construction de bases lunaire et martienne…). Le secteur de l’énergie y investit aussi massivement. General Electric prévoit par exemple de produire 25 000 tuyères de moteur via la fabrication additive et se sont engagés à dépenser 22 milliards de dollars dans cette 30 http://pwc.to/1lHCrdO
  • 62. Denis RODITI 62/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet technologie31 . La firme américaine a déclaré que la fabrication additive concernerait déjà 50% de sa fabrication en 2016. Le domaine qui recourt le plus à l’impression 3D est cependant celui de la santé. Les prothèses dentaires et auditives sont fréquemment imprimées en 3D. Aux États-Unis, le marché des prothèses auditives se serait entièrement converti à la fabrication additive en moins de 500 jours32 ! La numérisation de la morphologie propre à chaque individu permet également de concevoir des prothèses et des implants sur mesure. Enfin, l’un des secteurs les plus en pointe dans la personnalisation à destination des particuliers est la bijouterie. Lorsqu’on parle de fabrication directe, on parle de pièces uniques, de petites ou moyennes séries (plusieurs milliers de la même pièce par an). De nombreuses jeunes entreprises utilisent cette méthode de conception pour se développer avec peu de moyens, sans devoir importer des pièces en provenance de pays à faible coût de main d’œuvre, mais en fabriquant localement tout en faisant preuve d’ingéniosité. Les grandes entreprises y recourent aussi de plus en plus pour inventer de nouvelles pièces ou diminuer le coût et les délais de fabrication de pièces existantes, comme nous l’avons déjà vu, mais aussi pour fournir des pièces détachées à la demande et ainsi limiter leurs stocks. Malgré tous ses avantages, la fabrication additive pourra-t-elle pour autant supplanter une technique comme l’injection plastique, vieille d’un siècle et demie (son invention remonte à 1872) ? En novembre 2014, la société californienne Type A Machines a cherché à en avoir le cœur net. Demain, la personnalisation de masse ? Tout d’abord, il faut bien comprendre qu’avec l’impression 3D, les économies d’échelle ne sont plus nécessaires puisque produire 10 000 objets en plastique ou un seul coûtent exactement le même prix à l’unité. Tout le contraire d’une méthode comme l’injection 31 http://for.tn/1GKnAbu 32 bit.ly/1E41q1h
  • 63. Denis RODITI 63/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet plastique qui pour être rentable nécessite un volume de production important. De fait, la fabrication additive semble au premier abord plus appropriée pour la fabrication de séries limitées. En regroupant des imprimantes 3D et en les paramétrant de façon optimale, la société Type A Machines a d’abord démontré que l’impression 3D était nettement plus avantageuse que le moulage par injection pour des volumes inférieurs à 800 pièces33 . Le rythme de production s’est révélé jusqu’à vingt fois plus rapide et l’investissement en matériel beaucoup plus faible. 33 Voir livre blanc en annexe
  • 64. Denis RODITI 64/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Au-delà de 800 pièces, l’impression 3D peut encore tirer son épingle du jeu à condition d’avoir un seul opérateur pour vingt imprimantes et 50% du temps de production sans intervention humaine. Au-delà de 10 000 pièces, cet avantage disparaît.
  • 65. Denis RODITI 65/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Cette étude comparative est intéressante car elle permet de mesurer – à un instant T de l’évolution des progrès techniques liés à la fabrication additive – les seuils de rentabilité par rapport aux méthodes traditionnelles. Cependant, la pertinence de ce type d’expérimentations est limitée. D’une part, car comme dit précédemment, les coûts des matières et la rapidité des machines s’améliorent sans cesse, et donc rendront vite ces résultats caduques. D’autre part, et c’est là l’essentiel, il s’agit d’une approche purement quantitative et non qualitative de la fabrication additive. Or le talon d’Achille de la production de masse, c’est le sacrifice de la variété sur l’autel des économies d’échelle. C’est la célèbre phrase d’Henry Ford, à propos de la Ford-T : « Vous pouvez l’avoir dans n’importe quelle couleur – pourvu que ce soit le noir. » Pour pouvoir profiter de ces économies d’échelle, l’entreprise doit renoncer dans bien des cas à la tentation de modifier les caractéristiques de son produit, sauf si une opportunité de marché apparaît suffisamment importante pour justifier un nouvel investissement. Modifier, moderniser ou apporter la moindre variation au produit entraîne un impact sur le résultat net. La production de masse n’est donc rentable que si elle permet à l’entreprise de vendre un même produit en grandes quantités. L’acheteur, lui, peut ainsi se procurer des produits de façon rapide et à bas coût… mais des produits standards et interchangeables. Dès lors, pourquoi ne pas se tourner vers la
  • 66. Denis RODITI 66/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet production artisanale ? Si elle permet de faire du sur-mesure, l’artisanat a pour principal inconvénient de ne pas pouvoir être développée sur une large échelle. Pour résumer, la production de masse équivaut à davantage de rentabilité et de profit pour les entreprises, et des prix moins élevés pour les consommateurs. L’effet pervers de ces économies d’échelle est l’absence de variété et de personnalisation des produits. Au contraire, la production artisanale permet de facilement varier et personnaliser les produits, mais se limite à de petites quantités. Depuis plus d’un siècle, dans les pays industrialisés, ces deux mondes – la production de masse et la production artisanale – coexistent, séparés par un gouffre. L’impression 3D pourrait-elle jouer le rôle de passerelle ? Les technologies de fabrication additive réunissent certaines propriétés de la production de masse et de l’artisanat et ouvrent ainsi de nouvelles perspectives. À l’instar de la machine d’atelier, l’imprimante 3D est automatisée ; et comme l’artisan, elle est polyvalente. La personnalisation ne coûte presque plus rien, puisque produire mille objets différents ou mille objets identiques revient au même prix. Compte tenu de ses caractéristiques hybrides, en quoi l’impression 3D bouleverse-t-elle déjà l’industrie manufacturière dans son ensemble ? 2.3. Les 7 vertus « disruptives » de l’impression 3D34 1. Le prototypage vraiment rapide. Avant l’arrivée de l’impression 3D, ce qu’on appelle le « prototypage rapide » était tout sauf rapide, et il fallait souvent une semaine ou plus aux spécialistes pour fournir une réplique physique d’un nouveau produit ou d’un nouveau composant d’un produit existant. Aujourd’hui, grâce à l’impression 3D, un produit qui aurait nécessité un mois de travail en traversant 3 ou 4 changements de design dans sa phase de prototypage peut sortir en une 34 onforb.es/1NpHxEp
  • 67. Denis RODITI 67/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet semaine. Les produits arrivent donc plus vite sur le marché, économisant du temps et de l’argent aux entreprises. 2. Les tests itératifs rapides sur le design des produits. Au-delà du prototypage, l’impression 3D permet de tester différents modèles de produits dans les conditions réelles du marché. Prenons l’exemple de Ford. Depuis la création de l’entreprise, les ingénieurs de Ford devaient créer un nouveau moule s’ils voulaient tester un prototype de moteur. Un process qui prenait environ 6 mois et coûtait des centaines de milliers de dollars. Aujourd’hui, Ford produit ses moules en 4 jours pour un coût de 4000 dollars grâce à l’impression 3D. Cette réduction colossale de temps et d’argent, le constructeur automobile l’utilise à son avantage pour fabriquer de nombreux prototypes de moteurs pour ses nouveaux véhicules et tester ces prototypes simultanément. Les ingénieurs peuvent ainsi challenger des dizaines de variations et, grâce à ces nombreuses itérations, optimiser les performances du moteur. Cette accélération de la production brouille – dans le bon sens du terme – la frontière entre le prototypage et les produits finis. L’impression 3D permet à des petites entreprises, et même souvent des start-up, de lancer de nouveaux produits sur le marché sans gros investissement de départ. L’A/B testing qui existe dans l’univers du digital devient ainsi possible dans le monde physique. 3. La production de séries limitées. Dans l’industrie traditionnelle, une entreprise doit d’abord investir dans des moules ou de l’outillage avant de fabriquer le premier produit fini. Si le moule coûte 50 000 dollars et que le coût incrémental pour produire une unité revient à 50 centimes, le premier produit fabriqué coûtera $50,000.50 ! Ce coût est gérable si l’intention de l’entreprise est de fabriquer des millions d’unités. Mais si elle souhaite n’en produire que 500 ? Avec l’impression 3D, il n’y a aucun investissement de départ. Aujourd’hui, pour des productions
  • 68. Denis RODITI 68/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet inférieures à 1000 pièces, l’impression 3D devient ainsi une alternative rentable quel que soit le secteur d’activité concerné. 4. La personnalisation de masse. Jusqu’à récemment, si vous deviez faire remplacer votre hanche, le médecin vous présentait cinq modèles de prothèses différentes et sélectionnait celui qui s’apparentait le plus à votre propre hanche. Aujourd’hui, il scanne votre hanche et vous proposera de la remplacer avec une réplique parfaite, avant de vous opérer. Aux États-Unis, Invisalign a bâti un business de plusieurs millions de dollars en produisant ainsi des gouttières personnalisées pour chaque patient. Evidemment, la personnalisation a un prix, mais le service client offert – en médicine mais pas uniquement – devient incomparable. 5. Des inventaires virtuels. Pour chaque conception de nouveau produit, l’industrie manufacturière prévoit un stock de pièces de rechange afin de satisfaire la demande sur plusieurs années. Tenir un tel inventaire revient très cher. Ces coûts incluent le capital pour produire cet inventaire, les provisions de charge (pour les produits perdus ou volés), l’obsolescence, le stockage, les assurances, le traçage des stocks et la distribution. Pourquoi ne pas plutôt imprimer en 3D les produits à l’unité en fonction de la demande ? Avec l’impression 3D, vous pouvez imprimer ce dont vous avez besoin, à l’endroit et au moment que vous souhaitez. Virtualiser ses inventaires a par ailleurs des retombées positives sur l’écologie. 6. La longue traîne. L’impression 3D ne bouleverse pas seulement la phase de production lors du lancement de nouveaux produits, mais amène également l’entreprise à mieux gérer la fin de vie de ses produits. Aujourd’hui, un frigo de quinze ans qui fonctionne bien, mais dont il manquerait deux rayons ou une poignée d’ouverture serait sans doute mis au rebut. Le fabricant considérerait ce produit comme « terminé » et n’ira plus l’entretenir. Mais grâce à
  • 69. Denis RODITI 69/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet l’impression 3D, ce fabriquant a aujourd’hui la possibilité d’imprimer les parties manquantes ou cassées, et même d’ajouter de nouvelles fonctionnalités à ce frigo « hors d’usage ». La longue traîne change fondamentalement la façon dont les designers et les ingénieurs vont concevoir le cycle de vie d’un produit dans un futur proche. 7. Une renaissance dans l’innovation des produits En abaissant les barrières d’entrée à leur conception et à leur fabrication, ainsi qu’en donnant la possibilité d’imaginer des formes de produits beaucoup plus complexes, l’impression 3D annonce une nouvelle ère d’innovation dans l’industrie manufacturière. Le foisonnement des designs possibles va finalement questionner les entreprises existantes et les amener à repenser leurs produits actuels. Les entreprises sont déjà en train de remplacer leurs produits fabriqués selon les méthodes traditionnelles par de la production imprimée en 3D, tirant parti des capacités supérieures de design et de la flexibilité de production permises par cette technologie. General Electric utilise par exemple des imprimantes 3D métalliques pour produire des systèmes d’injection de carburant pour des moteurs d’avions, réduisant ses composants de 21 à un seul, et en incorporant des géométries impossibles à réaliser via d’autres méthodes, ce qui a conduit à en améliorer significativement l’efficience. Cette renaissance dans l’innovation des produits va s’accélérer à mesure que les entreprises redessineront des produits existants pour imaginer de nouveaux produits qui restent inimaginables aujourd’hui. Quel modèle de développement ? Des industriels œuvrant dans des secteurs très variés utilisent déjà l’impression 3D : que ce soit dans l’automobile, l’aéronautique, le BTP, le high-tech ou le médical, le recours à cette technologie devient de plus en plus fréquent. SI le prototypage reste encore la principale
  • 70. Denis RODITI 70/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet raison pour laquelle la plupart de ces entreprises font appel à la fabrication additive, elles ont également en ligne de mire le développement de nouveaux produits et la volonté de raccourcir leur cycle de production pour mieux satisfaire les attentes de leurs clients. Pour les produits finis, l’industrie trouve de nombreux avantages à utiliser l’impression 3D. Elle permet de fabriquer des composants qui durent plus longtemps, qui sont plus économes en énergie, plus résistants ou plus efficaces tout simplement. « Les composants sur mesure imprimés en 3D pour les moteurs, par exemple, peuvent être conçus pour véhiculer de plus gros volumes d’air de refroidissement ou pour supporter plus de poids », nous expliquent Hod Lipson et Melba Kurman35 . La fabrication additive a aussi l’avantage de fabriquer des produits en une seule fois, alors que ceux-ci étaient auparavant composés de plusieurs pièces. Boeing, par exemple, a découvert qu’il pouvait imprimer en 3D une conduite d’air pour un avion de combat en une seule pièce contre vingt auparavant. Le recours à cette technique permet de raccourcir la chaîne d’approvisionnement et, in fine, de réduire les stocks. L’impression 3D a enfin l’avantage de pouvoir produire localement. Cette rationalisation des stocks présente un avantage écologique évident, puisque les entrepôts consomment de l’électricité (chauffage, éclairage…) etc. Nous allons maintenant voir en quoi tous ces avantages peuvent potentiellement bouleverser des pans entiers de l’industrie et la structure de l’usine de demain. 2.4. Quels impacts sur la chaîne de valeur ? Quelles sont les futures étapes à franchir afin de concrétiser cette révolution industrielle ? 35 « Fabricated :The New World of 3D Printing », H.Lipson et M.Kurman, 2013
  • 71. Denis RODITI 71/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Selon l’Institut Xerfi, il peut s’écouler entre 20 et 50 ans entre la mise au point d’une technologie et son usage courant. 36 Le laser, mis au point en 1958, n’a trouvé ses premières applications que dans les années 80-90. Si l’on se fie donc à l’histoire, l’impression 3D ayant été inventée en 1984, la décennie 2010-2020 devrait correspondre à sa phase de démocratisation. Il est cependant très probable que cette démocratisation concerne bien davantage le monde industriel que le grand public. Source : Institut Xerfi L’impression 3D a potentiellement les capacités de dynamiter la chaîne de valeur telle qu’elle existe dans l’industrie. 36 bit.ly/1JEakT1
  • 72. Denis RODITI 72/133 Thèse professionnelle MBA Spécialisé Marketing Commerce sur Internet Source : Institut Xerfi Comme on l’a vu, le prototypage a déjà été facilité et accéléré par la fabrication additive. La production permet aujourd’hui de fabriquer des pièces personnalisations sur des séries limitées, mais nous allons voir un peu plus loin, que cela pourrait aussi bientôt être le cas pour les grandes séries. Cela pourra signer dans certains secteurs la fin du fordisme et des économies d’échelle. Dans un scénario extrême, on peut imaginer que les étapes de stockage, de conditionnement, de transport et de distribution soient tout simplement éliminées de l’équation à condition que chacun puisse fabriquer les objets dont il a envie à domicile.