Matériaux et fabrication additive
Matériaux pour l’impression 3D

Sur la lancée de la stéréolithographie, d’autres technologies de fabrication additive sont apparues, en même temps que des travaux continuaient à se développer avec plusieurs préoccupations présentes et engagées vers des aspects plus prospectifs (et profitables) :

• montrer que la fabrication additive s’inscrit dans un processus industriel permettant de réduire le « time-to-market » ;

• trouver de nouveaux débouchés à la technologie : du jeu pour enfants à l’impression d’organes, de la nanofabrication au BTP, du sable à la matière vivante ;

• innover pour maintenir la dynamique et durer : approche incrémentale sur des procédés nouveaux et surtout des matériaux, méta et multimatériaux ;

• réaliser des preuves de concept et communiquer ; les démonstrateurs initiaux se développent dans des structures légères avec un investissement modeste, mais avec une forte créativité ;

• fabriquer des produits finis en un nombre d’étapes le plus limité possible.

Ces éléments cachent en fait un invité incontournable : la matière ou le matériau. Ce dernier, pris au hasard, ne peut normalement pas conduire à la réalisation d’un objet avec une machine 3D « type » commerciale : il y a en effet une relation spécifique ou presque avec le procédé…

Avec le développement rapide des technologies de fabrication additive, on est passé du prototypage à la fabrication avancée de composants fonctionnels dans l'industrie. L'intellectualisation et l'industrialisation des procédés et des équipements de fabrication additive auraient pu constituer des goulots d'étranglement pour les applications industrielles, mais le procédé générique continue à se développer (environ 20 % par an).

Les matériaux, sous différentes formes, jouent un rôle clé dans tous les processus de fabrication additive en raison de leur caractère intrinsèque des formes retenues et de performances contrôlables. Des matériaux métalliques, polymères, céramiques et naturels sont ainsi utilisés dans différents procédés, soit purs, soit sous forme de composites ou d’alliages pour obtenir des propriétés adaptées/augmentées, voire des coûts plus bas relativement à leur usage actuel. Cette diversité a donné naissance à un ensemble de matériaux très variés utilisables en fabrication additive.

Sur cette base, parler de matériaux 3D « tous azimuts » relève d’une grande difficulté pour une présentation un peu raisonnée. C’est la raison choisie par l’auteur d’entrer dans cet article par une approche historique, l’invention de la stéréolithographie (interaction lumière-matière et polymérisation résolue dans l’espace) qui se focalise sur une seule famille de matières (les résines polymérisables). En effet, ce savoir initial a plusieurs avantages :

• il permet de juger de l’attractivité du procédé vis-à-vis de l’industrie ;

• il définit un certain nombre d’avantages (et de limites) relativement aux procédés (soustractifs) de fabrication ;

• il sert de repère comparatif vis-à-vis de nouveaux procédés de fabrication additive.

Si des méthodes de détection d’une innovation un peu révolutionnaire se démarquant de protections industrielles antérieures existent, il faut déjà qu’elle soient connues ! Ensuite, un ensemble de compétences spécifiques est nécessaire, comme la capacité de « traduction » et d’établissement de passerelles entre R&D et applications pour tester la capacité de transformer les découvertes en produits profitables… Ainsi, le fil conducteur de l’article s’appuie sur les évolutions de la demande de progrès techniques (procédés et matériaux) avec d’autres innovations de rupture 3D avec des voies applicatives liées à ces couples procédés-matériaux originaux.