Longtemps cantonnée au prototypage, l’impression 3D prend ses marques dans les usines. En cause, des procédés plus fiables et des machines plus productives. Mais pas seulement. L’innovation sur les matériaux participe elle aussi à la multiplication des usages. « La fabrication additive n’est plus réservée aux pionniers comme Safran et Michelin, elle est utilisée par L’Oréal, Decathlon et des horlogers de luxe, estime Jean-Daniel Penot, expert du sujet à l’école d’ingénieurs du Cesi. Cet usage industriel implique tous les matériaux. »
Sous forme de résine, de poudre ou de filament, les polymères – utilisés dès l’invention de l’impression 3D [lire ci-dessous] – s’éloignent depuis une dizaine d’années des usages de prototypage qui leur étaient réservés, jusqu’à permettre la fabrication de tableaux de bord automobiles personnalisés et de conduits d’aération optimisés dans des avions.
Les industriels attendaient des preuves d’application, ils cherchent désormais des matériaux spécifiques à leurs activités.
— Benoît Verquin, expert en fabrication additive métallique au Cetim
À l’inverse, les métaux d’impression, plus souvent utilisés en poudre, sont rapidement utilisés pour des applications de pointe sans passer par le prototypage. Des précurseurs comme Michelin, qui imprime 500 000 pièces d’outillage par an depuis 2013, et Airbus, dont l’A 350 compte 300 pièces imprimées, ont ouvert la voie. « Les industriels attendaient des preuves d’application, ils cherchent désormais des matériaux spécifiques à leurs activités », souligne Benoît Verquin, expert en fabrication additive métallique au Cetim – le Centre technique des industries mécaniques. Sur la plate-forme d’impression 3D métallique du centre, il accompagne les industriels dans la formulation de matériaux répondant à leurs usages. « La tendance actuelle est d’adapter à l’impression 3D des familles de matériaux de l’industrie traditionnelle, comme des aciers pour la fabrication d’outils et des alliages de titane », souligne-t-il.
En parallèle, les travaux sur l’usage de nuances métalliques à haute valeur ajoutée se poursuivent. Le spécialiste de l’aluminium Constellium en a fait sa spécialité, formulant des alliages aux caractéristiques thermiques et mécaniques extrêmes, utilisés pour fabriquer des pièces de moteur pour le sport automobile et l’aéronautique. C’est aussi le cas du fabricant 3DCeram, dont les machines impriment des céramiques techniques pour des pièces de satellite, des implants osseux et des noyaux de fonderie. Des applications faisant appel à différentes caractéristiques de la céramique : électrotechnique, biocompatible, thermique, dimensionnelle…
Collaboration à tous les étages
Face à l’émergence de nouveaux besoins industriels, les acteurs historiques de la chimie et des matériaux se positionnent. Arkema, Aubert & Duval, Constellium et BASF ont mis en place depuis une dizaine d’années une activité dédiée, nouant des liens avec les spécialistes de la fabrication additive. « C’est une activité en plein essor, avec énormément de travail de développement, affirme Adrien Lapeyre, le responsable du marché mondial des poudres de polymères techniques chez Arkema. Pour que la technologie arrive à maturité, il faut travailler en partenariat. » Le chimiste français s’est par conséquent rapproché du producteur nantais de filaments d’impression Kimya et de fabricants de machines comme EOS, Prodways et HP pour proposer des matériaux adaptés aux procédés.
L'Usine Nouvelle De la même manière, Constellium se tourne vers des industriels de l’aviation déjà utilisateurs de l’impression 3D pour des projets de codéveloppement, comme au sein du programme AeroPrint porté par Dassault Aviation. « Nous travaillons aussi en très étroite collaboration avec les experts de l’impression 3D pour tester nos idées et réaliser des démonstrateurs technologiques », précise Ravi Shahani, responsable stratégique de l’activité fabrication additive de Constellium. Le spécialiste de l’aluminium a ainsi collaboré avec le fournisseur de service d’impression métallique Poly-Shape, filiale d’AddUp, pour tester un nouvel alliage – voué à remplacer le titane pour certaines applications – avec lequel ils ont imprimé un bloc hydraulique fonctionnel.
Des investissements massifs
Le chimiste allemand BASF, lui, a racheté en 2019 le fabricant de pièces français Sculpteo. « Le développement de matériaux pour l’impression 3D demande de gros investissements, explique François Minec, le directeur général de BASF 3D Printing Solutions. Notre collaboration avec Sculpteo nous permet de mieux comprendre les besoins du marché et de sécuriser ces investissements. »
Depuis, le chimiste a investi 2 millions d’euros en machines, abondés de 1,5 million d’euros en 2021. Sculpteo, lui, a pu ajouter 14 matériaux à son catalogue et doubler la taille de son atelier. « Le rapprochement avec BASF nous donne accès à un large panel de matières techniques, orientées vers la production, souligne Clément Moreau, son PDG. Nous étions jusque-là cantonnés au prototypage, nous avons maintenant accès à 250 ingénieurs de BASF pour répondre aux besoins de nos clients. » Une force de frappe qui lui permet de produire des lunettes, des casques de vélo, ainsi que des pièces mécaniques pour des industriels.
C’est aussi grâce à son panel de matériaux que Prodways Group a su s’imposer. Fort de son expertise dans la qualification, notamment pour le secteur médical, le fabricant de machines et de matériaux d’impression imprime chaque année quelque 50 000 prothèses orthopédiques et 1 million de moules pour gouttières d’orthodontie. Grâce notamment à sa filiale allemande DeltaMed, qui compte 50 experts des résines photosensibles et de leur certification. « Nous collaborons cependant avec des chimistes comme BASF et Arkema sur le développement de nos poudres d’impression, explique Olivier Strebelle, le directeur général de l’entreprise. Ils sont les seuls à disposer des installations nécessaires à la fabrication de poudres. »
Le long chemin de la certification
Au-delà des impératifs mécaniques, les matériaux doivent également répondre à des exigences de certification propres à certains secteurs... ce qui prend du temps . Quand le développement d’un polymère dure entre un et quatre ans, une certification aéronautique peut, elle, prendre jusqu’à dix ans... Mais cette étape est indispensable, estime Benoît Verquin, du Cetim. « Les industriels ont besoin d’une garantie de qualité », argue-t-il. Et de rappeler que « le coût fait aussi partie du cahier des charges ». Alors que les machines sont chères, le prix des matériaux doit permettre de rentabiliser l’utilisation de la technologie en production.
Le fabricant de machines Pollen AM vise à résoudre cette équation... en utilisant des matériaux déjà existants. Les imprimantes qu’il commercialise depuis 2013 sont compatibles avec les poudres métalliques, polymères et céramiques utilisées par le procédé de moulage par injection de poudres. Une matière meilleur marché, qui peut être utilisée « pour les prototypes, la pré-série imprimée et la grande série moulée », constate Didier Fonta, son directeur général. Un contre-pied au modèle du secteur, qui participera, lui aussi, à la diffusion des imprimantes 3D dans les usines.
