Trente ans après l’invention de la première imprimante 3D, le marché de l’impression 3D s’est révélé être un facteur de perturbation pour de nombreuses industries. La célébration de la Journée de l’impression 3D revêt une grande importance cette année, car les entreprises du secteur ont connu une année 2020 extraordinaire en raison de la pandémie de COVID-19. Dans le cadre de ce qu’elle décrit comme une année de reprise, Sona Dadhania, analyste technologique chez IDTechEx, partage quelques réflexions sur le développement et/ou la poursuite de micro-tendances au sein de chaque grande sous-spécialité de l’impression 3D : fabrication additive de polymères, de céramiques, de composites et de métauxq. Elle identifie et explique les micro-tendances qui méritent d’être surveillées d’ici 2022.
Plastiques : Les polymères d’impression 3D durables arrivent sur le marché
L’impression 3D a toujours prétendu être durable en raison de la réduction du gaspillage dans la fabrication par rapport à d’autres formes de fabrication comme l’usinage. Cependant, les matériaux les plus populaires ont toujours été les polymères à base de carbone, qui ne sont pas durables par nature puisqu’ils sont dérivés de ressources non renouvelables. Avec la prise de conscience de cette réalité, de plus en plus de fournisseurs de matériaux d’impression 3D et d’entreprises lancent des polymères pour l’impression 3D avec des caractéristiques vertes, comme la recyclabilité et la réutilisation ; cette tendance a pris toute son ampleur en 2021 comme une approche différente de la durabilité dans l’impression 3D.
Par exemple, l’entreprise chimique Braskem s’est associée à l’entreprise de recyclage de matériaux Vartega pour créer un filament de polypropylène qui comprend 100 % de fibres de carbone recyclées. Ce filament fait partie d’un nouveau programme de recyclage des filaments en fibre de carbone que Braskem et Vartega sont en train de lancer, afin d’encourager les utilisateurs de ces filaments à les recycler de manière appropriée. Fillamentum est une autre entreprise qui lance un filament « vert ». Elle a récemment lancé NonOilen, un filament polymère 100 % biodégradable. NonOilen, qui est composé d’acide polylactique (PLA) et de polyhydroxybutyrate (PHB), est également fabriqué à partir de polymères biosourcés (c’est-à-dire de polymères dérivés de ressources renouvelables).
Cependant, les fabricants de filaments ne sont pas le seul type de matière première d’impression 3D à bénéficier d’un traitement durable. En 2021, Materialise a lancé Bluesint PA 12, une poudre d’impression 3D composée à 100 % de poudre réutilisée. L’objectif de Bluesint PA 12 est de diminuer le gaspillage de poudre dans le frittage laser sélectif, qui transforme jusqu’à 50 % de la poudre dans le lit en déchets. Les entreprises réitérant leur engagement en faveur de la durabilité, IDTechEx surveillera de près si d’autres polymères d’impression 3D biodégradables ou recyclables arrivent sur le marché en 2022.
Céramique : Les lancements de nouveaux matériaux laissent présager un marché en expansion ?
La tendance dominante de l’impression 3D céramique en 2021 a été le lancement d’une variété de nouveaux matériaux à travers différentes technologies. Ces matériaux proviennent de 3 endroits principaux, le premier étant les entreprises d’impression 3D qui se lancent pour la première fois dans l’impression 3D céramique. Par exemple, Boston Micro Fabrication, qui se concentre sur la micro-impression 3D avec sa technologie de micro-stéréolithographie par projection, a lancé une résine d’alumine haute température pour les composants en micro-céramique.
L’autre source de nouveaux matériaux céramiques pour l’impression 3D provient d’entreprises de produits chimiques ou de matériaux ; ces entreprises étaient notamment peu impliquées dans l’impression 3D avant la sortie de ces matériaux. Par exemple, la division Green Polymer Additives de l’entreprise américaine Emery Oleochemical a publié un système de liant polymère qui peut être utilisé pour l’impression par extrusion de filaments métalliques ou céramiques. De plus, GC Advanced Materials Solutions, basée à Hong Kong, a qualifié des poudres de silice et de mullite qui peuvent être utilisées avec un liant polymère (comme celui développé par Emery) pour créer des filaments céramiques pour l’impression par extrusion.
La dernière source de nouveaux matériaux provient de partenariats stratégiques. Le premier a été conclu entre AGC Chemicals et le fabricant d’imprimantes à jet de liant voxeljet. AGC avait déjà produit un additif de silice pour l’impression 3D, mais il s’agissait de leur première céramique technique développée pour l’impression 3D. Les deux entreprises ont travaillé ensemble pour créer Brightorb, une poudre céramique haute performance spécialement conçue pour les moules et les coquilles de fonderie de précision.
Le deuxième partenariat a été conclu entre la start-up Fortify, spécialisée dans les composites, et Tethon 3D, une entreprise spécialisée dans les matériaux d’impression 3D en céramique. Ils ont développé des résines d’alumine et de silicate d’aluminium de haute pureté pour les imprimantes FLUX CORE de Fortify, conçues pour manipuler des résines photopolymères chargées. Les deux sociétés ont l’intention de développer des résines céramiques plus techniques à l’avenir.
Ce qui est particulièrement remarquable dans ces publications de matériaux, ce sont les entreprises qui les publient. À l’exception de voxeljet et de Tethon 3D, aucune des entreprises mentionnées n’a encore tâté de l’impression 3D en céramique. Cela pourrait laisser présager une expansion du domaine de l’impression 3D en céramique dans un avenir proche, ce qu’IDTechEx surveillera en 2022.
Composites : Partenariats notables faisant avancer l’impression 3D en composite
Ces dernières années, un certain nombre de partenariats ont été formés pour faire avancer le développement technologique, le développement de matériaux et l’adoption de l’impression 3D composite. La formation de partenariats s’est poursuivie sans relâche en 2021, en mettant l’accent sur les collaborations en matière de développement de matériaux.
Comme mentionné précédemment, le partenariat entre Braskem et Vartega n’est que l’un de ces grands partenariats d’impression 3D composite pour le développement de matériaux.
Tout d’abord, le fournisseur de matériaux Solvay s’est associé à la start-up suisse 9T Labs. 9T Labs a créé un système d’impression composite hybride qui combine l’impression 3D et le moulage, et le partenariat Solvay vise à développer le portefeuille de matériaux de Solvay tels que le CF-PEEK, le PA renforcé en CF et le CF-PPS pour les imprimantes de 9T Labs.
Le deuxième partenariat est conclu entre la multinationale japonaise Ricoh et Impossible Objects, une start-up qui fabrique des composites par laminage de feuilles. Le laminage de feuilles est une technologie de FA de niche dans laquelle très peu d’entreprises opèrent. Certaines de celles qui l’étaient ont abandonné leurs produits de laminage de feuilles, comme EnvisionTEC, ou ont fermé, comme Solido.
Impossible Objects espère faire revivre cette technologie grâce à sa technologie de FA basée sur les composites (CBAM), qu’elle développe en Europe par le biais du bureau de services de FA de Ricoh Europe, qui inclura désormais cette technologie. Le partenariat Ricoh/Impossible Objects n’est pas le seul à s’être formé en 2021 pour la start-up CBAM. En mai 2021, Impossible Objects a annoncé une collaboration avec Owens Corning pour développer des composites en fibre de verre pour l’impression 3D. L’objectif de ce partenariat est de mettre à l’échelle la technologie CBAM pour des applications à haute résistance et à grand volume.
Une similitude notable est que tous les partenariats mentionnés impliquent des sociétés de matériaux ou de technologie bien établies comme Solvay, Ricoh et Owens Corning, qui s’associent à des start-ups en devenir. Comme de plus en plus de grandes entreprises continuent d’explorer le potentiel d’expansion de l’impression 3D, il est probable de voir la formation d’un plus grand nombre de ces types de partenariats, qu’IDTechEx suivra en 2022.
Métaux : Un élan croissant pour l’extrusion de métaux liés ?
L’extrusion de métaux liés (BME – Bound Metal Extrusion) (également connue sous le nom d’extrusion de filaments métal-polymère ou MPFE) a fait l’objet d’une grande attention de la part de la presse spécialisée dans l’impression 3D ces dernières années, alors que les leaders du marché Desktop Metal et Markforged accélèrent leur expansion avec les fusions et acquisitions SPAC. La BME fait référence à l’extrusion de filaments de polymère chargés de poudres métalliques ; après impression, les pièces BME subissent un déliantage (pour retirer le polymère liant la poudre métallique en un filament) et un frittage (pour densifier complètement la pièce métallique). D’un point de vue technologique, l’année 2021 a été marquée non seulement par un soutien et un développement continus des systèmes BME de la part des principaux acteurs, mais aussi par l’arrivée de nouvelles entreprises dans l’espace avec leurs propres systèmes BME.
Début 2021, Desktop Metal a lancé la Studio System 2, une version améliorée de son imprimante BME de bureau originale, la Studio System. La Studio System 2 a notamment éliminé l’étape de déliantage au solvant normalement requise pour la BME grâce au développement de nouvelles formulations de matériaux pour la Studio System 2. Cela réduit considérablement le temps de post-traitement nécessaire pour les pièces fabriquées par BME, augmentant ainsi l’efficacité potentielle de la technologie. Markforged a également annoncé la sortie de son système BME de nouvelle génération, le Metal X Gen 2, bien que la principale innovation de cette version soit liée au logiciel.
Cependant, si les leaders du marché ont fait des avancées notables, ce qui est particulièrement intéressant pour la technologie, c’est le nombre d’entreprises qui lancent des imprimantes BME en 2021, la plupart à Formnext 2021. Par exemple, le fabricant espagnol d’imprimantes BCN3D a annoncé un « Metal Pack » qui peut être attaché à sa gamme d’imprimantes Epison pour permettre l’extrusion du filament métallique Ultrafuse de BASF. De plus, 3DGence a annoncé sa gamme d’imprimantes BME ELEMENT, qui n’utilise pas le filament Ultrafuse de BASF mais ses propres filaments métalliques. La start-up FuseLab, basée en Belgique, a présenté sa propre imprimante BME capable d’imprimer à la fois des métaux et des polymères, avec deux extrudeuses, un système de filament ouvert et une chambre chauffée. Avec tous ces nouveaux venus dans le domaine de la BME en 2021, IDTechEx surveillera si le secteur prend encore plus d’ampleur en 2022.
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