C'est quoi l'impression 3D ou fabrication additive ?

La fabrication additive en opposition à la fabrication soustractive

La fabrication additive est comme son nom l'indique un procédé de fabrication d'objets par ajout de matière et non par soustraction de matière comme utilisée par la technique de fabrication soustractive.

L'usinage de pièces métalliques ou plastiques par exemple est ce qu'on appelle de la fabrication soustractive. On part d'un bloc de matière et on vient retirer de la matière, généralement à l'aide d'une fraise, afin de façonner l'objet. Dans le cas de la fabrication additive on dépose (ou on solidifie) la matière, couche par couche, pour créer l'objet. Le principe de fabrication est donc totalement opposé.

Les termes "fabrication additive" et "impression 3D" sont souvent utilisés l'un pour l'autre.

Un peu d'histoire

C'est dans les années 1980 que les premiers travaux autour de l'impression 3D ont vu le jour. Les premiers prototypes de la fabrication additive sont apparus à travers la stéréolithographie (SLA). Cette technologie d'impression 3D consiste à solidifier de la résine sensible aux ultra-violets afin de produire l'objet couche par couche.

L'impression 3D à dépôt de filament fondu (FFF pour "Fused filament fabrication") est apparue quelques années plus tard. Ici on fond un filament plastique à travers une buse et l'on vient déposer ce boudin de filament ligne après ligne, couche après couche. Cette technologie 3D à filament plastique est beaucoup plus accessible ; ceci explique son adoption massive de nos jours. On doit la démocratisation de l'impression 3D de bureau au projet RepRap dans les années 2000. De célèbres fabricants d'imprimantes 3D actuels tirent leurs racines de ce projet Open Source.

• stéréolithographie (résine photopolymère)
• dépôt de filament fondu (filament thermoplastique)
• frittage de poudre à laser
• jet de liant sur poudre
• etc

Aujourd'hui l'impression 3D ne se limite pas à la production de prototypes. Bien au contraire, il est aujourd'hui possible de produire des pièces 3D fonctionnelles dans de nombreux domaines d'application. Cela est permis par le progrès de la technologie et la diversité des matériaux aujourd'hui disponibles sur le marché. On dit aujourd'hui que l'impression tridimensionnelle réprésente une révolution industrielle. Les industries qui se sont emparées de ce procédé de fabrication sont nombreuses : aérospatial, automobile, médical, bâtiment, architecture, etc.

Atouts et limites de la fabrication additive

Comme pour toute technologie, la fabrication additive présente des atouts et des limites. L'un des grands atouts de l'impression 3D, notamment dans la prise de conscience des enjeux environnementaux, est le fait que l'on utilise la matière nécessaire, juste la matière nécessaire. En effet, en fabrication soustractive on part toujours d'un bloc de matière par définition plus "volumineux" que l'objet final. On retire de la matière, "perdue". Il existe bien entendu des possibilités de valorisation de cette matière retirée mais toujours est-il que de l'énergie est dépensée pour retirer la matière et la valoriser ensuite. Cette caractéristique de la technique de fabrication additive est particulièrement marquant.

La fabrication additive est facilement accessible. Avec la démocratisation de l'impression 3D de bureau, la fabrication additive peut être facilement adoptée. La diminution drastique du prix des machines et des matériaux et la facilité d'utilisation des imprimantes 3D à dépôt de filament fondu expliquent le fort développement de l'impression 3D dans les entreprises ces dernières années. Cette facilité d'intégration permet l'ultra personnalisation et l'accélération du processus de développement de nouveaux produits, grâce des itérations rapides et en interne. Pour finir, l'adoption de cette technologie directement dans l'entreprise répond aux enjeux de confidentialité, l'appel à un sous-traitant n'étant plus nécessaire.

Du côté des limites, notons que l'impression 3D est un procédé de fabrication relativement lent. Si les machines ont fortement évolué ces dernières années notamment sur cet aspect, il n'en est pas moins que la fabrication d'un objet ligne par ligne et couche par couche prend beaucoup de temps. Ceci étant la fabrication soustractive est elle aussi chronophage. Mais si l'on compare l'impression 3D à la fabrication d'objets par moulage, la comparaison est sans appel. C'est pour cette raison que l'impression 3D n'est pas le meilleur moyen de production en grande série même si là aussi les choses évoluent depuis quelques années sur ce point.

Dans la fabrication soustractive on part d'un bloc, d'une masse. En fabrication additive on fabrique un objet couche par couche. Il en résulte que la "solidité" d'une pièce 3D n'est pas la même selon l'orientation de l'objet. L'isotropie d'une pièce fabriquée en 3D n'est pas comparable à celle d'une pièce fabriquée par fabrication soustractive. C'est un point essentiel dont il faut tenir compte à l'impression mais aussi à l'utilisation de l'objet 3D.

Ceci étant, c'est bien cette technique de fabrication couche après couche qui permet la production d'objet aux formes très complexes, parfois tout simplement impossible à produire en fabrication soustractive. Pour imager cette caractéristique citons la possibilité d'imprimer d'une traite, sans intervention postérieure, d'un modèle de voiture miniature avec des essieux fonctionnels, les roues tournant autour de leurs axes. On parle alors d'impression 3D "print-in-place".