Les points à améliorer

Les imprimantes doivent être améliorées dans trois domaines techniques pour saisir les opportunités qui existent, au-delà de l’utilisation prédominante dans le prototypage.

La performance : il faudra améliorer les caractéristiques techniques clés, tels que : la vitesse, la résolution, l’autonomie, la facilité d’utilisation, la fiabilité et la répétabilité.

La diversité des matériaux : rendre possible l’incorporation de différents types de matériaux, et rendre possible le mélange de ces matériaux lors de l’impression.

La capacité de fabriquer des produits finis : fournir la capacité d’imprimer des systèmes entièrement fonctionnels et actifs qui intègrent de nombreux modules, tels que des capteurs embarqués, des batteries, des composants électroniques actifs.

Les imprimantes 3D aujourd’hui sont concentrées aux deux extrémités du spectre : haut de gamme et bas de gamme. Les imprimantes haut de gamme vendues par les entreprises historiques (3D System et Stratasys) ont ciblé le monde industriel ; les entreprises de service 3D ou les bureaux d’étude et ingénierie. Les imprimantes bas de gamme, qui sont souvent des dérivés d’imprimantes RepRap en open source, sont plutôt achetées par des amateurs bricoleurs et vendus aux travers des Fablab.

Au cours de la dernière année, une nouvelle catégorie d’imprimantes a émergé. Ces imprimantes technologiquement avancée et aux tarifs très bas, ont accaparé des qualités qu’on ne trouvaient que dans les imprimantes haut de gamme. Les ténors historiques comme 3D System avec leur CubePro a moins de 3500 € ou les ténors de l’impression numériques comme HP se mettent aussi dans la course et se pointent a l’horizon d’un futur très proche des géants comme Samsung avec de nouveaux brevets a la clé pour démocratiser l’impression 3D. Les petits fabricants ne sont pas en reste : FSL3D, Formlabs ou Liquid Cristal utilisant la technologie historique de la stéréolithographie offrent désormais des résolutions très élevées (environ 20 microns) pour une fourchette de prix qui s’étale entre 800€ et 4000 €. D’autres comme MarkForged vendent des imprimantes â moins de 5000 € spécialisée dans l’impression d’objets ultra résistants en fibre de carbone.

L’institut américain Gartner (institut de recherche sur les technologies avancées) prédit que les imprimantes 3D offrant des capacités et performances acceptables pour une utilisation quotidienne en entreprise seront disponibles pour moins de 1000 € en 2016. Beaucoup d’améliorations technologiques et ruptures technologiques sont a prévoir dans les prochaines années.

Les domaines techniques qui évoluents rapidement

L’impression 3D est la locomotive qui permet de faire avancer le développement coordonné de trois domaines bien identifiés :
– les imprimantes et les méthodes d’impression
– les logiciels de conception et d’impression
– les matériaux utilisés dans l’impression
Alors que de nombreuses caractéristiques définissent la performance d’une imprimante, les principaux défis sont la qualité d’impression, la facilité d’utilisation et surtout la rapidité.

La rapidité d’impression est une qualité vraiment attendue par les acheteurs.
Même pour des produits simples, l’impression 3D prend encore trop de temps : des heures et parfois des jours. Les fabricants d’imprimantes 3D sont en train de relever le défit grce à certaines améliorations qui permettront d’accélérer les vitesses d’impression avec un ordre de grandeur multiplié de 10 à 100 et plus. Dans le domaine de la stéréolithographie par exemple, il y a beaucoup de façons d’améliorer la vitesse en utilisant des composants de qualité supérieure et en optimisant les conceptions et le mouvement des lasers », explique Andrew Boggeri, ingénieur en chef au FSL3D, un fabricant d’imprimantes de bureau qui utilise la technologie de stéréolithographie. Par exemple, la Form1+ ou Form2 utilisent des lasers qui sont quatre fois plus puissant que la Form1.

La majorité des imprimantes d’aujourd’hui n’utilisent qu’une seule tête d’impression. L’ajout de plusieurs têtes d’impression qui impriment toutes en même temps pourrait augmenter la vitesse tout en offrant la possibilité d’incorporer différentes matières ou couleurs. A l’image de la BCN3D barcelonaise à 2 têtes indépendantes ou la MH5 à 5 têtes indépendantes inventée par 2 ingénieurs français Frédéric Lefevre et Philippe Maurel, les têtes multiples peuvent également faire de nombreuses copies du même objet dans le temps qu’il faut pour en imprimer un seul. Avec cette technique, la vitesse d’impression peut augmenter proportionnellement avec le nombre de têtes.
La vitesse est particulièrement un défi lors de l’impression d’objets plus grands. Pour atteindre une vitesse acceptable, les objets volumineux nécessitent que le moteur d’extrusion exerce plus de pression sur la matière à travers la buse pour qu’elle passe plus vite. Il y a en général une limite imposée par la nature même du matériau et sa viscosité. Un partenariat entre le laboratoire américain Oak Ridge National Laboratory et le fabricant américain de machine d’outil Cincinnati Incorporated, est né pour relever ce défi. Ces partenaires mettent au point en commun un système de fabrication additif à grande échelle. Leur conception combinera un système comportant des grandes buses pour le départ rapide de polymère, la découpe au laser à grande vitesse qui gèrent les zones de travail de l’ordre de la dizaine de centimètres plutôt qu’à l’échelle du millimètre, et des moteurs à haute vitesse pour accélérer le rythme auquel les têtes d’impression se déplacent. Le résultat sera un système capable d’imprimer des composants polymères jusqu’à 10 fois plus volumineux, à des vitesses entre 200 à 500 fois plus rapide que les machines existantes en procédé additif.
Pour contrôler le mouvement de la tête d’impression, les imprimantes 3D utilisent des approches différentes. Les imprimantes cartésiennes, qui déplacent la tête d’impression dans un espace à deux dimensions sur un plan, font la majorité des imprimantes aujourd’hui. Les imprimantes Delta, utilisent trois bras balançant la tête dans un espace plan. Les imprimantes Delta ont des avantages importants, dont l’un est la vitesse. La configuration spécifique de l’imprimante Delta permet une vitesse plus élevée, parce que les têtes d’impression sont plus légères et que surtout elles utilisent des chemins plus courts d’un point à un autre.