Qu’est-ce que la Fabrication Additive ?

Entretien du professeur Andreas Gebhardt

La fabrication additive et l’impression 3D sont souvent confondues. Quelles sont leurs différences ?

L’histoire de la fabrication additive remonte au milieu des années 1980. A l’époque, nous l’appelions Prototypage rapide. Ce n’est pas que la méthode ait été particulièrement rapide, elle ne l’est toujours pas aujourd’hui, mais elle permettait de fabriquer un prototype sans outils supplémentaires et par conséquent plus rapidement. Cette dénomination était certes correcte, bien que complexe et nécessitant quelques explications. C’est ainsi que sont apparues quantité de désignations, comme pour toute nouvelle technologie. Le Prototypage rapide a été suivi de Fabrication rapide, puis Fabrication additive. Lorsque vers les années 2000 de petites machines de 500 à 2 500 Euros ont aussi été utilisées dans le domaine privé, le terme d’impression 3D jusqu’alors décrié, a fini par s’imposer.

Les matériaux utilisables sont nombreux. Quels en sont les défis ?

A l’heure actuelle, nous sommes capables « d’imprimer » des composants dans toutes sortes de matières : synthétiques, métalliques et céramiques. Le matériau reste cependant la clé de la réussite, et continuera à l’être. Nous ne pouvons observer les propriétés des matériaux, à savoir leur forme et leur qualité, qu’après leur fabrication par impression 3D, contrairement à la fabrication conventionnelle des produits semi-finis. La poudre commence à fondre sous l’action d’un laser et ne forme une couche rigide qu’après refroidissement. L’interaction entre l’élément générateur, en l’occurrence le rayon laser, et la poudre génère des propriétés diverses. Le défi consiste à obtenir le composant formellement souhaité.

Quels seront les matériaux encore possibles à l’avenir ?

Quelle que soit la classe du matériau, les possibilités sont nettement plus réduites que dans la gamme classique. La base de données M-Base totalise près de 50 000 matières synthétiques dont une cinquantaine est utilisable pour le moment en Fabrication additive. Il faudra élargir cette gamme. Pour l’instant, cela ne se justifie pas compte tenu des quantités demandées, qui restent encore trop faibles.

Quel est le stade de développement dans le secteur des propriétés des matériaux ?

Parmi les matières synthétiques, les matériaux numériques sont passionnants. Imaginez une imprimante couleurs du commerce : lorsque vous imprimez une image, les différentes couleurs sont mélangées en mode numérique à partir de quatre cartouches. C’est exactement ce qu’on peut faire en impression 3D, sauf qu’il est possible d’influer sur d’autres propriétés, comme la flexibilité. On peut ainsi imprimer un composant qui intègre des propriétés différentes. Il peut être plus dur d’un côté et plus souple de l’autre. C’est ainsi qu’on peut envisager de fabriquer par une unique opération d’impression un essuie-glace complet d’un seul tenant. Je considère que c’est ce trait caractéristique qui distingue l’impression 3D de toutes les autres méthodes de fabrication : sa capacité de s’adapter localement en fonction de la géométrie des composants et de leurs propriétés physiques simplement grâce au numérique.

Quelles sont les limites de la liberté de conception et de configuration ?

On a commencé par dire : « On peut tout imprimer ». Effectivement, nous nous sommes affranchis d’une série de limitations, mais il nous est impossible de déjouer les lois de la physique. Il faut toujours considérer la géométrie en raison de la méthode d’impression. Il est difficile de comprendre que la conception et la fabrication se sont rapprochées. Si je conçois quelque chose par ordinateur, la fabrication sera fidèle au modèle. L’objectif de la conception doit donc consister à formuler les avantages de l’impression 3D en règles constructives. Sinon l’impression 3 D ne nous permettra de faire que ce qui nous savons déjà faire sans elle.

Dans quelle mesure la production industrielle sera-t-elle modifiée par la fabrication additive ?

Nous exploiterons les possibilités de la personnalisation des produits. On le voit sur des produits qui existent déjà, comme les prothèses dentaires ou les coques d’appareils auditifs qui sont très différentes les unes des autres. Davantage de pièces uniques implique aussi d’adapter l’organisation, car il s’agit d’identifier, de fabriquer et de livrer la bonne pièce sans aucune erreur. Cela impose d’intégrer l’informatique à tous les niveaux de fabrication. C’est ce qui ressort déjà du projet Industrie 4.0.

Cette méthode s’imposera-t-elle rapidement ?

Certaines branches connaîtront des modifications radicales. Plus le produit doit être personnalisé et plus cette technologie se généralisera dans la fabrication industrielle. Il n’y a plus aucune coque d’appareil auditif qui ne soit imprimée. En 2000, elle n’existait pas encore et en moins de deux ans la proportion de coques d’appareils auditifs imprimées est passée de dix à quasiment 100 %. C’est ce qu’on appelle une rupture avec le modèle existant. Dès qu’une technologie apporte des avantages économiques, elle réussit à s’imposer. Je m’attends à des modifications radicales dans les cinq prochaines années.

Quelles branches seront touchées en premier ?

C’est difficile à évaluer. Je crois malgré tout que les modifications les plus rapides et les plus radicales se manifesteront dans le secteur metallurgique. On observe déjà une multitude d’applications d’impression 3D de métaux considérées comme irréalisables il y a peu. Cela provoque un effet boule de neige. Quand un fabricant a réussi à lancer une application sur le marché, un autre se pose immédiatement la question : « Pourquoi ne pas faire pareil ? ». Ce comportement se confirme dans les faits. Un avionneur vient d’ouvrir une usine de fabrication de pièces métalliques imprimées.

Le professeur Andreas Gebhardt est le doyen de l’UER de construction mécanique et de mécatronique à l’école supérieure d’Aix-la-Chapelle en Allemagne. Entre 1991 et 1997, il a dirigé le centre pour l’usinage laser de Rhénanie du Nord-Westphalie et le centre de construction des prototypes qui est prestataire de services pour l’impression 3D depuis 1992. En 2000, il a été nommé professeur de procédés hautes performances en technique de production et prototypage rapide. Il enseigne également au City College de l’université de New York et à l’université technique de Pretoria en Afrique du sud. Il a rédigé le manuel « Additive Manufacturing » et il édite le RTeJournal, un magazine libre d’accès en ligne pour la technologie rapide. www.rtejournal.de