Dossier publié dans le numéro de février 2019 de 3D ADEPT MAG, puis en ligne en mai 2021. Les exemples et offres décrits sont ceux de cette période ; ils ne constituent pas un catalogue actuel.
Prototypage, outillage et pièces finales : les polymères offrent plusieurs voies d’utilisation industrielle de l’impression 3D. Ce dossier examine des exemples dans l’automobile, les dispositifs personnalisés et les produits de consommation, ainsi que les procédés adaptés.
Jérémie Soulestin, alors chercheur à IMT Lille Douai, soulignait l’importance du prototypage dans l’usage des polymères. Cet usage n’exclut pas les pièces finales. La stéréolithographie (SLA) emploie des résines photopolymérisables, distinctes des thermoplastiques utilisés notamment en extrusion ou en fusion sur lit de poudre.
L’allègement ne conduit pas systématiquement à préférer le métal au polymère. Il dépend de la conception, des efforts, de la température, de la durabilité et des exigences de qualification. Le carbone n’est pas un thermoplastique : des fibres de carbone peuvent renforcer une matrice polymère.
Certains grades de PEEK ou de PEI, dont ceux commercialisés sous la marque ULTEM, peuvent remplacer un métal dans une application qualifiée. Le gain de masse doit être calculé à fonction égale pour la pièce étudiée. L’estimation de 5 à 9 % citée dans la version initiale n’avait pas de source ni de périmètre identifiables ; elle n’est pas retenue comme donnée de référence.
Quelles sont les opportunités que présentent les polymères pour l’industrie ?
Les applications suivantes illustrent différents usages industriels des polymères.
L’industrie automobile
Dans l’automobile, les prototypes servent notamment à vérifier la forme, l’ajustement et le fonctionnement d’une pièce. Le dossier initial ne donnait pas de source permettant de confirmer le classement des achats d’imprimantes évoqué pour 2017.
Dans le secteur des sports automobiles par exemple, la fabrication additive est souvent utilisée avec des matériaux polymères afin de produire des pièces fonctionnelles pour les essais de voitures de course.
CRP Technology produit des composants par fabrication additive, tandis que CRP Meccanica intervient notamment en usinage de précision. Energica est le constructeur des motos évoquées. Windform désigne une gamme de matériaux : les propriétés et les exigences de validation varient d’un grade à l’autre.
Le programme de développement de l’Ego Corsa associait des composants aérodynamiques imprimés et des travaux mécaniques, notamment autour du freinage, de la suspension et de la batterie. Le compte rendu de CRP du 28 mai 2018 situe l’essai cité ci-dessous au Grand Prix de France au Mans.
Pour Randy de Puniet, ancien pilote MotoGP et vainqueur de la course 250cc qui a pris part aux premiers tests avec l’Ego Corsa : « La connexion avec la manette des gaz et la puissance délivrée sont très fluides. La moto atteint une vitesse élevée en très peu de temps, et c’est une bonne chose. Un autre bon point de la moto est que l’arrière est très stable lors de l’ouverture de la manette des gaz. Il est très facile à maîtriser, il serait donc amusant de courir l’Energica Ego Corsa contre une vingtaine de pilotes ou plus sur des machines identiques. Je suis vraiment heureux de cette expérience et reconnaissant pour l’opportunité ; J’espère que mes commentaires aideront Energica à continuer dans la bonne direction. »
Pour le concept Bolid-E, ce dossier de 2019 rapporte l’emploi du SLS pour des éléments associés aux feux et de l’usinage CNC pour le support structurel de la selle. Cela ne signifie pas que la moto entière était imprimée en 3D.
Un outillage adapté à l’atelier
L’impression 3D peut raccourcir certains délais d’outillage et faciliter la personnalisation. Coût, résistance, précision et durée de vie doivent néanmoins être comparés aux autres solutions pour l’usage visé.
L’extrusion de filament et la SLA font partie des procédés utilisés. Ultimaker présentait dès décembre 2018 un exemple de fabrication d’outils personnalisés chez Ford.
Applications médicales et dispositifs personnalisés
Les applications comprennent des modèles anatomiques pour la planification préchirurgicale, certains guides et outils, ainsi que des éléments de prothèses. La mention de « fabrication d’organes humains » dans la première traduction française était erronée : le texte anglais parlait de modèles.
La SLA n’est pas imposée à toutes les prothèses ou à tous les dispositifs auditifs. Le procédé, la matière, le post-traitement et les contrôles doivent correspondre au dispositif et à son usage.
Dans une annonce du 6 novembre 2018, 3D Systems indiquait qu’ACS Custom avait multiplié par quatre sa capacité après l’introduction de deux Figure 4 Standalone. Le flux comprenait l’impression de moules-coques, ensuite remplis de silicone puis retirés : le dispositif final n’était donc pas simplement imprimé directement. Il s’agit de résultats rapportés pour ce cas.
Les produits personnalisés de consommation de masse
Les polymères permettent notamment des séries personnalisées. La viabilité économique dépend toutefois des quantités, du temps machine, des opérations de finition et de la qualité attendue.
Le programme Razor Maker de Gillette et Formlabs, présenté en octobre 2018, utilisait la SLA pour produire des manches de rasoir personnalisés.
L’offre décrite en 2019 comprenait 48 modèles, sept couleurs — noir, blanc, rouge, bleu, vert, gris et chrome — et l’ajout de texte, avec des manches destinés aux cartouches MACH3 ou Fusion5 ProGlide. Ces éléments décrivent l’offre historique, sans en garantir la disponibilité actuelle.
Les procédés de la fabrication additive de polymères
Le tableau présente quatre familles de procédés et quelques exemples. Il ne constitue pas une liste exhaustive ni une garantie de compatibilité pour tous les polymères.
| Famille | Exemples |
|---|---|
| Extrusion de matière | FFF / FDM |
| Photopolymérisation en cuve | SLA |
| Fusion sur lit de poudre | SLS ; Multi Jet Fusion |
| Projection de matière | Projection de photopolymères |
Ce dossier a été initialement publié dans le numéro de février 2019 de 3D ADEPT MAG.
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