Si beaucoup considèrent l’impression 3D comme une technologie avancée et révolutionnaire, il est important de rappeler qu’elle a été créée il y a plus de 35 ans.
Les précurseurs déposent les premiers brevets dans les années 1980, qui concernent la méthode d’impression appelée Stéréolithographie (SLA). Officiellement, nous devons l’invention de l’impression 3D à Charles Hull, un ingénieur américain. Cependant, d’autres chercheurs et inventeurs ont été des précurseurs dans la naissance de l’impression 3D.
Retraçons l’histoire de l’impression 3D, des premières impressions et machines aux nombreuses applications et aspirations pour l’avenir liées à cette méthode de fabrication.
L’impression 3D : de la (science) fiction à la réalité
L‘impression tridimensionnelle a été abordée et imaginée pour la première fois dans les années 1960 par l’écrivain de science-fiction Arthur C. Clarke. Il parlait de machines permettant de répliquer des objets comme on imprimait des livres. On la retrouve également dans le dessin animé Tintin et le Lac aux requins, où le professeur Tournesol invente une photocopieuse tridimensionnelle.
De la fiction à la réalité, il n’y a qu’un pas : les premiers essais pour imprimer des objets sont réalisés à la fin des années 1960 aux Etats-Unis au Battelle Memorial Institute.
Les années 1970 sont consacrées à la recherche et au développement de techniques par différentes entreprises américaines, sans qu’aucune ne parvienne aux résultats escomptés.
C’est à partir des années 1980 que des essais très prometteurs seront réalisés et que les premiers brevets seront déposés.
La naissance de l’impression 3D et des principales méthodes d’impression dans les années 80
Des premiers brevets non-aboutis
C’est le Japonais Hideo Kodama qui réalise les premiers essais prometteurs en 1980. Il développe une méthode de prototypage rapide, en se basant sur un procédé de production couche par couche, qui n’est autre que l’ancêtre de la Stéréolithographie (SLA). Malheureusement pour lui, le dépôt de brevet n’aboutira pas.
4 ans plus tard, 3 français déposent le premier brevet sur la fabrication additive : Jean-Claude André, Olivier de Witte et Alain le Méhauté. Ils développent également la technologie de la Stéréolithographie mais le projet est abandonné faute d’opportunités commerciales.
La naissance des 3 principales méthodes d’impression 3D
L’invention de l’impression 3D naît de la frustration de Charles Hull, ingénieur américain, liée aux délais de fabrication des pièces en matière plastique destinées à la création de prototypes lors des phases de conception produit. Il suggéra alors à son entreprise de revoir le procédé de fabrication en utilisant les rayons UV. Il réussit à obtenir un petit laboratoire pour ses recherches qu’il mènent surtout en soirée et les week-ends.
Après plusieurs mois de tests, il parvient à créer une première pièce dans sa totalité via l’impression. Suite à cela, il dépose à son tour un brevet pour la Stéréolithographie (SLA) en 1986. Il est ainsi reconnu et considéré comme l’inventeur de l’impression 3D. Il fonde par la suite la 3D Systems Corporation, et lance la SLA-1, première imprimante 3D commercialisée, en 1987.
En 1988, toujours aux Etats-Unis, à l’Université du Texas à Austin, Carl Deckard créé la Technologie de frittage sélectif par Laser (FSL), ou SLS en anglais (Selective Laser Sintering) et dépose le brevet. Cette méthode consiste à fusionner des grains de poudre grâce à l’énergie d’un laser de forte puissance.
Un an plus tard, Scott Crump remplit un brevet d’impression par Dépôt de Fil ou FDM (Fused Deposition Modeling) et fonde l’entreprise Stratasys. Ce procédé consiste à
Cela marquera fortement l’impression 3D, car le dépôt de fil sera l’un des plus populaires dans le monde de la fabrication additive.
Il marquera également la création des 3 principales méthodes d’impression 3D en l’espace de 3 ans, et la véritable naissance de l’impression 3D.
Les années 90 : tournant majeur dans le développement de l’impression 3D
La décennie suivant l’invention de l’impression 3D a également été très importante dans l’évolution de celle-ci.
En 1993, la technique dite de Projection de liant (Binder Jetting) est développée par le MIT et commercialisée par Z Coporation.
En 1995, la technologie d’impression métallique ou DMLS (Direct Metal Laser Sintering) fait son apparition. Elle vient élargir davantage les procédés d’impression tridimensionnelle. Elle se base sur un fonctionnement similaire à celui du frittage sélectif par Laser (FSL) mais ouvre les perspectives à l’utilisation d’autres matières comme des métaux.
En parallèle, les outils de Conception assistée par Ordinateur (CAO) pour l’impression 3D se sont multipliés et améliorés.
Le nouveau millénaire et l’ouverture au “grand public”
La propulsion de l’impression 3D dans les médias
Les années 2000 marqueront véritablement un tournant dans l’histoire de l’impression 3D et sa “popularisation”. Plusieurs innovations marquantes, notamment pour le secteur médical, propulsent la découverte de l’impression tridimensionnelle par le grand public.
Parmi ces innovations, on compte la fabrication d’un rein fonctionnel en 2000. 8 ans plus tard, les médias relaient également massivement la fabrication du premier membre prothétique imprimé en 3D. Ces premières innovations dans le secteur médical ouvriront la voie à beaucoup d’autres, ainsi qu’à de nouvelles applications de ce procédé de fabrication dans diverses industries.
Popularisation et commercialisation d’imprimantes 3D
En 2004, le projet RepRap est lancé. Le but ? Créer une imprimante auto réplicable, autrement dit capable de créer une réplique d’elle-même. Ce projet open-source aboutit 2 ans plus tard et contribue à la diffusion des imprimantes 3D utilisant la technologie du Dépôt de fil (FDM), mais surtout à la popularisation de cette technologie. Jusque là cantonnées au domaine industriel, les imprimantes 3D gagnent en visibilité grâce au développement de l’informatique et à la démocratisation d’internet.
A partir de 2009, les brevets FDM (dépôt de fil) expirent et tombent dans le domaine public, ouvrant la voie à l’expansion de cette technologie. La baisse de prix des imprimantes 3D mène à leur commercialisation plus généralisée. Désormais, chaque professionnel ou particulier peut avoir recours à cette technologie. A l’aide d’un logiciel de modélisation 3D (CAO), il “suffit” de créer un modèle (ou fichier) 3D de l’objet à produire, et de l’imprimer ensuite grâce à sa propre imprimante 3D.
Années 2010 : l’impression 3D s’étend dans de multiples domaines
A partir des années 2010, d’autres brevets tombent dans le domaine public, à l’image des brevets SLS ou SLM. La création de toutes sortes d’objets et pièces par la fabrication additive devient alors une réalité accessible à tout professionnel ou particulier. C’est lors de cette décennie que l’impression 3D va véritablement prendre de l’ampleur autant auprès du public qu’auprès des entreprises.
Ce procédé de fabrication devient de plus en plus plébiscité dans différents domaines d’activités en raison des nombreux avantages qu’il confère en comparaison aux techniques de fabrication traditionnelles, aussi appelés fabrication soustractive : production de petites séries à un coût réduit, grande liberté de conception, rapidité de fabrication…
L’automobile
L’industrie automobile s’illustrera particulièrement en 2010, avec la première voiture imprimée en 3D en 2010: Urbee. Au delà de cet évènement qui pour l’instant ne traduit pas une révolution dans le monde automobile, cette technique de fabrication est de plus en plus plébiscitée dans ce secteur. Elle est en effet très utile pour les phases liées à la conception de nouveaux modèles automobiles dans les étapes de prototypage, de tests de design…
L’alimentaire
Un autre projet qui peut sembler encore plus fou voit le jour en 2011 : la fabrication d’une imprimante 3D pour imprimer des denrées alimentaires. Une première imprimante permettant l’impression à partir de sucre est crée par The Sugar Lab, société américaine rachetée par la suite par 3D system. En 2012, une autre société anglaise créé pour sa part une imprimante 3D chocolat.
La NASA s’intéresse d’ailleurs de près à l’impression 3D alimentaire et lance son “Advanced Food Program” en 2013. L’objectif : identifier comment les astronautes peuvent être mieux nourris lors de longues missions. Elle finance ainsi la création d’une imprimante 3D à pizza en 2013. La recherche et le développement continue pour répondre à des problématiques très actuelles, notamment de pression forte sur les ressources alimentaires dans le monde.
L’avenir : jusqu’où ira l’impression 3D?
Un marché encore confidentiel mais en pleine expansion
Il est impossible de parler de l’impression 3D, de ses origines et de son histoire sans se projeter en parallèle sur son avenir et ses perspectives d’évolution.
Cela paraît évident que 30 ans après son invention, le champ des possibles est encore très vaste et impossible à connaître en détail. C’est d’autant plus vrai lorsque l’on analyse le marché : l’adoption de cette technologie, bien qu’elle se développe rapidement, est encore très confidentielle et a donc une perspective d’évolution très forte.
C’est un marché qui est d’ailleurs en fort développement. En 2020, la croissance de l’impression 3D atteint 52% (à titre de comparaison, elle était de 17% en 2015). Le recours à cette méthode de fabrication est encore majoritairement liée au prototypage produit, ou encore à la production de pièces en petites et moyennes séries. Mais elle tend à se développer vers d’autres usages, et les secteurs d’activité utilisant cette technique sont de plus en plus nombreux. De quoi présager d’un avenir radieux pour l’impression 3D.
L’impression 4D : nouveau champ des possibles
Oui, vous avez bien lu : l’impression 4D est une réalité ! Elle n’est autre que l’extension de l’impression 3D. Elle se base sur la conception d’un objet par l’impression 3D, auquel on ajoute une 4e dimension : le temps.
L’impression 4D vise à faire changer de forme l’objet déjà imprimé, en le plaçant dans des conditions précises : à la lumière, à la chaleur, au contact d’un liquide…
Développée depuis 2013 par les chercheurs du MIT, l’impression 4D n’est pas encore exploitable au même titre que l’impression 3D. Il faudra certainement attendre encore plusieurs années de recherche pour que cela arrive. Mais elle pourrait ouvrir de nouvelles possibilités et permettre de créer des objets qui s’adapteraient à leur environnement. On parlerait alors d’objets “programmables”.
Imaginez que vos vêtements s’adaptent à la température de votre corps et que la matière textile évolue en conséquence : si vous avez chaud, elle s’adapte pour laisser passer davantage d’air ; si vous avez froid, et elle s’adapte également à l’inverse. Et ce n’est qu’un exemple parmi des milliers d’autres. De quoi réinventer totalement énormément d’objets et leur conférer davantage d’utilités.
Pour conclure
Nul ne saurait dire jusqu’où ira l’évolution de l’impression 3D et la place qu’elle prendra au quotidien et dans le monde industriel. Il est très probable que la multiplication des imprimantes 3D et de leur accessibilité, des matières utilisées, des domaines d’application contribuent à son rayonnement.
Son histoire, marquée par des inventions successives et des évolutions à chaque fois quasi-révolutionnaires, est loin d’être achevée et promet encore de belles perspectives. Elle pourrait également se faire une place par rapport aux préoccupations mondiales actuelles: en finir avec la production de masse, réduire les déchets, réduire les étapes de production des produits et leur impact sur la planète.