La crème glacée. Des molécules pour la médecine. Même des cellules humaines. La liste des matériaux utilisés dans l’impression 3D s’allonge – et devient beaucoup plus intéressante – chaque jour. Et l’étendre est une course aux armements de matériaux de plusieurs milliards de dollars en ce moment.
Une étude du marché de l’impression 3D récemment publiée a révélé que l’accélération du développement technologique fera passer la valeur du marché de l’impression 3D de son niveau de 2017 de 6,98 milliards de dollars à 12 milliards de dollars d’ici la fin de 2018. Cela signifie une énorme augmentation des matériaux utilisés par ces machines.
Le plastique règne toujours en maître dans le monde des matériaux d’impression 3D. Selon un rapport de SmarTech Markets Publishing, l’impression 3D devrait générer 1,4 milliard de dollars de ventes de plastiques d’ici 2019. Il ne s’agit pas seulement du plastique « ordinaire ». L’industrie expérimente largement de nouvelles approches inédites, comme les résines biosourcées fabriquées à partir d’huile de maïs et de soja.
Mais cela ne s’arrête pas là dans le monde des matériaux d’impression 3D.
Metal Mania
S’il existe un dauphin du plastique, ce serait le métal. Le frittage laser direct de métal (DMLS) en est la technique et, contrairement à l’impression des plastiques, il peut être utilisé pour fabriquer soit un produit industriel fini, soit un prototype. L’industrie aéronautique est déjà un partisan et un consommateur précoce de l’impression DMLS pour rationaliser les opérations et fabriquer des pièces prêtes à être installées. Il existe même déjà des imprimantes DMLS commercialisées en masse pour créer des bijoux.
La croissance et la popularité de l’impression 3D des métaux recèlent le potentiel de fabriquer et de créer des pièces de machine plus efficaces qui ne peuvent actuellement pas être produites en masse sur place. Cela pourrait conduire à de meilleurs conducteurs, à une meilleure résistance à la traction et à d’autres attributs des métaux de laboratoire que les métaux « extraits et raffinés » tels que l’acier et le cuivre.
Dans l’industrie aérospatiale, la question des matériaux est en grande partie résolue, et la création de volume de pièces est le Saint Graal. GE Aviation commencera à imprimer des injecteurs pour son moteur à réaction LEAP en 2016 et passera à environ 35 000 par an juste quatre ans après. Il s’agit du plus grand et du plus ambitieux projet de fabrication additive jamais entrepris par quiconque dans l’industrie.
Les nouveaux venus : Graphite et graphène
Le mineur de graphite et de nickel Kibaran Resources, coté en Australie, s’est associé à la société d’impression 3D 3D Group pour partager les coûts de développement d’une entreprise de recherche et développement appelée 3D Graphtech Industries.
Le partenariat cherche à obtenir des brevets pour étudier l’impression 3D du graphite et du graphène, une forme pure de carbone créée pour la première fois en laboratoire en 2004. Le graphène conduit mieux l’électricité, est plus solide, plus facile à isoler et plus léger que les autres conducteurs sur le marché aujourd’hui. Il est plusieurs fois plus performant que les meilleurs conducteurs. Comme il doit être créé en laboratoire, c’est un bon cas d’étude pour savoir quel type de production de masse de métaux la fabrication additive peut accomplir.
Les matériaux pour la recherche et le développement proviennent des mines tanzaniennes de Kibaran où l’on a trouvé du graphite à haute cristallinité et d’une pureté de 99,9 % de carbone. Cela est incroyablement bien adapté à la production de graphène.
L’industrie des semi-conducteurs est également intéressée par la production de grandes quantités de graphène. Par exemple, IBM a récemment trouvé un moyen de l’utiliser pour l’éclairage LED. La possibilité d’imprimer en 3D des feuilles de matériau à utiliser dans les LED réduirait sérieusement les coûts de production de l’éclairage.
Fibre de carbone : Aussi solide que l’acier ?
Reliée au graphite, la fibre de carbone (qui subit un processus d’oxydation qui étire le polymère) peut être ajoutée au plastique plus traditionnel pour créer un composite qui peut être aussi solide que l’acier mais moins intensif à utiliser que l’aluminium, explique Markforged. Les imprimantes 3D grand format de la société sont conçues pour imprimer des pièces plus solides plus rapidement et à des coûts nettement inférieurs.
Pendant ce temps, la startup Impossible Objects a également exploré la fibre de carbone ainsi que le verre, le Kevlar et la fibre de verre. L’imprimante de la société peut également travailler avec des polymères thermoplastiques PEEK (polyéther éther cétone), qui sont généralement utilisés pour les roulements, les pièces de piston et l’installation de câbles électriques.
Ai-je besoin d’une nouvelle imprimante 3D pour ces matériaux ?
Alors que la liste des matériaux s’allonge, qu’est-ce que cela signifie pour le matériel réel ? À l’heure actuelle, au niveau du consommateur, le plastique est à peu près aussi bon que possible. Par exemple, le Dremel 3D20 à 899 $ est limité à un seul type de matériau d’impression, un polylactide (PLA) commun. Le PLA est un plastique biodégradable fabriqué à partir de matières renouvelables comme l’amidon de maïs.
Il existe aujourd’hui plusieurs imprimantes entièrement axées sur le DMLS, notamment la 3DSystems ProX 300 et plusieurs modèles de Stratasys, mais elles coûtent actuellement plus de 100 000 $ chacune, car les imprimantes DMLS brûlent beaucoup plus fort que leurs homologues en plastique, car les poudres et les métaux qu’elles créent ont des points de fusion plus élevés. Des boîtiers plus solides et des outils de fusion industriels plus puissants font augmenter leurs coûts de manière significative.
Bien que de nombreux fabricants d’imprimantes 3D proposent des services d’impression 3D métallique, il faudra un certain temps avant que les économies d’échelle qui ont contribué à faire baisser le coût de l’impression 3D plastique n’affectent le marché du DMLS. Et les systèmes d’impression 3D en graphite/fibre de carbone commencent tout juste à s’imposer sur le marché.
La diversité des applications que les industries explorent pour l’impression 3D rend la période passionnante mais tumultueuse. Des pièces de jet à l’éclairage, les nouveaux (et « anciens ») matériaux offriront encore plus d’opportunités pour la façon dont les industries impriment et ce qu’elles impriment.
Cet article a été mis à jour. Il a été publié à l’origine en novembre 2014.
Cet article a été mis à jour.