PROJET VEILLE TECHNOLOGIQUE SUR

L’IMPRESSION 3D Ugo TARANTINO

GMSI17

11 JANVIER 2019

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Table des matières Contexte du projet ................................................................................................................................. 3

Historique de l’impression 3D ................................................................................................................ 4

Recherches et évolutions ....................................................................................................................... 7

Marché de l’impression 3D .................................................................................................................... 9

Annexe ................................................................................................................................................. 13

I. Glossaire ................................................................................................................................... 13

II. Webographie ............................................................................................................................ 14

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Contexte du projet

Pour ce projet j’ai choisi de vous parler de l’impression 3D car c’est un phénomène qui est en

train de se démocratiser, dans le futur nous pouvons imaginer que chacun d’entre nous puisse

posséder une imprimante 3D chez lui.

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Historique de l’impression 3D

Voici un court historique de l’impressions 3D :

➢ En 1988, la société Stratasys fondée par Scott Crump, lance sur le marché une

nouvelle technologie reposant elle aussi sur le dépôt couche par couche en

fabrication additive : le procédé FDM pour Fused Deposition Modeling ou dépôt

de fil fondu en français. Cette technique donnera naissance par la suite aux

imprimantes domestiques personnelles telles que nous les connaissons

aujourd’hui.

➢ 1989 : Lancement de Stratasys Ltd et des premières imprimantes FDM.

➢ 1995 : ZCorporation lance les premières imprimantes 3D. C’est la

technologie d’impression 3D métallique ou DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

qui fait son apparition.

➢ En 2003, la société MCor technologies présente un nouveau procédé, le 3DPP

(3D Paper Printing). L’impression 3D utilise du papier de format A4 agrégé en

couches successives avec une colle spéciale, et couplé avec une lame en pointe

de tungstène pour couper la forme.

➢ En 2005 la société ZCorporation lance la première imprimante couleur,

fonctionnant sur le même principe de quadrichromie que les imprimantes 2D

couleurs que nous connaissons. L’impression sur la hauteur en couches

successives est rendue possible grâce à une matière de type minérale agrégée

par un liant de colle.

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➢ En 2006 apparaît pour la première fois un projet d’imprimante 3D open source qui ouvrira la voie aux futures imprimantes domestiques : le projet RepRap a été initié dès 2004 par le Dr Adrian Browyer alors professeur en génie mécanique de l’Université de Bath au Royaume-Uni. L’idée à la base de ce projet est de pouvoir construire par soi-même une imprimante 3d en technologie de dépôt de fil fondu. C’est le début de ce qu’on a pu appeler par la suite le mouvement Makers.

➢ 2009 : Création de MakerBot Industries et lancement de la MakerBot Cupcake CNC qui produise encore des imprimantes 3D à ce jour. Lancement de Sculpteo en France le premier site de partage de fichier imprimable en 3D en France.

➢ 2011 : 15 000 imprimantes 3D sont vendues (environ 40 modèles disponibles). À partir de 2011, on voit apparaître des initiatives dans l’impression 3D alimentaire. C’est le cas avec l’impression 3D en sucre rendue possible par des machines fabriquées par exemple par la société américaine The Sugar Lab, rachetée en 2013 par le géant 3D System.

➢ 2012 : 45 000 nouvelles machines sont vendues et la firme anglaise Choc Edge lance la première imprimante 3D chocolat.

➢ En 2014, l’évolution technologique s’attaque à la contrainte de la taille. La société chinoise Win Su annonce fabriquer des maisons en impression 3D, à bas prix. Le secteur de la construction et de l’immobilier s’intéresse de près à ces nouvelles technologies permettant notamment la conception 3D et production de formes difficiles à produire dans des process de construction traditionnels.

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➢ En 2015 la société Carbon3D annonce une nouvelle technologie révolutionnaire permettant de multiplier par 7 la rapidité en impression 3D. Baptisée CLIP, la technologie sur l’utilisation de résine, lumière et d’oxygène pour polymériser l’objet. Ce principe constitue une avancée importante dans le monde de la fabrication additive. Début 2015 c’est aussi Hewlett Packard (HP) qui annonce se positionner sur le marché des imprimantes 3D professionnelles avec une technologie brevetée appelée Multi jet Fusion. Le géant de l’impression souhaite entrer sur le marché avec un procédé mixant les technologies d’impression multicolore et de frittage, ce qui constituerait une révolution dans le secteur. La commercialisation aura aussi lieu courant de l’année 2020, année qui s’annonce charnière dans l’histoire encore courte mais en mouvement perpétuel de l’impression en 3D.

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Recherches et évolutions

Les années 2010 marquent une nouvelle ère pour l’impression 3D. On ne se concentre

plus tant sur les technologies que sur le développement de nouveaux matériaux.

Plastique (ABS), cire, métaux, plâtre, céramique ou encore verre : ces nouveaux

matériaux d’impression permettent de multiplier les usages et applications de la

fabrication additive. Par ailleurs, les progrès réalisés en matière de précision et de

temps permettent la production de pièces en petites et moyennes séries. L’intégration

des imprimantes 3D dans les usines marque les débuts de l’industrie 4.0. Ces

imprimantes servent à fabriquer des pièces de voitures, d'avions, de bâtiments ou

encore de biens de consommation de façon instantanée. Les usines se libèrent alors

d’énormes contraintes de temps et de coût.

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Les matériaux techniques offrent désormais la possibilité de créer des pièces

calcinables pour les joailliers, des guides chirurgicaux biocompatibles pour les dentistes

ou encore des pièces résistantes à la chaleur pour les industriels. Les imprimantes 3D

sont de plus en plus performantes.

Aujourd’hui, il est de plus en plus dur de définir les limites de l’impression 3D. Elle est

utilisée dans de nombreux secteurs, et notamment en médecine où le champ des

possibles s’étend à l’infini. Elle sert à fabriquer des prothèses sur mesure, et des

chercheurs sont en train de développer le moyen d’imprimer des tissus biologiques et

des organes fonctionnels.

Une imprimante 3D géante a construit une maison en 24 heures. La NASA se penche

sur la question de la nourriture imprimée en 3D. Les robots envoyés dans l’espace

seront bientôt autosuffisants car ils pourront imprimer en 3D les pièces ayant besoin

d’être remplacées. Bref, l’impression 3D n’a pas fini de nous faire rêver et annonce déjà

une véritable révolution dans nos modes de production et de consommation. Cela

rejoint d’ailleurs les tendances de l’imprimerie 3D de demain. Les 3 piliers de son

évolution seront vraisemblablement la baisse des coûts qu’elle entraîne, la

multiplication des innovations, et l’insertion de l’impression métal dans l’industrie. Les

futures imprimantes 3D permettront d’élaborer des objets électroniques dont

les consommables seront des composants tels que des puces, LED ou

processeurs. Microsoft a d’ores et déjà déposé un brevet protégeant ses

recherches en la matière.

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Marché de l’impression 3D

Commençons tout d’abord par les bases, c’est-à-dire l’utilisation concrète de

l’imprimerie 3D. Elle sert à faciliter la production industrielle, ainsi qu’à produire des

éléments plus spécifiques (pièces d’aéronautiques, de soin médical, ou encore des

éléments en édition limitée pour des consommateurs d’une marque). Les entreprises

sont très satisfaites de ses services. En effet, 93% d’entre elles la considère comme un

avantage concurrentiel. De plus, elles sont 49% à la considérer comme un bon

investissement, et seulement 6% à ne pas trouver que l’investissement dans cette

innovation a été utile. Selon les études, le secteur de l’impression 3D se porte bien. En

effet, les investissements font plus que persister, ils augmentent de façon

exponentielle. En une année, les entreprises investissant entre 1 000 et 10 000 dollars

annuels dans des impressions 3D sont passées de 27% à 38%, mais surtout, les

entreprises investissant plus de 50 000 dollars sont passées de 7% à 17%. Dans

l’ensemble, 70% des entreprises ont augmenté les fonds alloués à l’impression 3D

entre 2017 et 2018. Fidèle à la plupart des prévisions tablant sur une croissance de 20

% par an, selon un rapport de l’entreprise de sondage SME, le marché mondial de

l’impression 3D a atteint les 7,3 milliards de dollars en 2017. Malgré un ralentissement

de croissance des deux principaux fournisseurs sur le marché : Stratasys et 3D Systems,

le marché a repris son rythme de croisière grâce à l’arrivée des deux géants américains

GE Additive et HP, et la montée du segment métal.

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Leader européen de l’impression 3D en ligne, Sculpteo publie depuis 2015 une étude

annuelle sur les tendances du marché. Dans la dernière édition de son étude

internationale « State of 3D Printing », la société française pointait du doigt l’évolution

des usages et applications de l’impression 3D. Selon les données récoltées auprès de

1000 répondants dans 62 pays, le prototypage ne représente plus que 34% des

applications d’impression 3D en 2017 contre 50 % en 2016. Portée par les techniques

de finitions de plus en plus performantes, la production atteint les 22 % en 2017. Dans

sa dernière étude dédiée à l’impression 3D médicale intitulée « 3D Printing in Dentistry

2018, An Opportunity Analysis and Ten-Year Forecast », SmarTech Publishing

confirmait la bonne santé de la fabrication additive dans le secteur dentaire. Selon le

rapport du cabinet américain, pour la deuxième année consécutive, le marché de

l’impression 3D dentaire a enregistré + 35% de croissance en 2017. Portée par les

professionnels du secteur qu’ils l’utilisent de plus en plus pour produire plus

efficacement leurs dispositifs, l’impression 3D dentaire pourrait atteindre les 9,7

milliards de dollars en 2027.

Une récente étude menée par Jobfit nous apprend que le nombre d’offres d’emploi

liées à l’impression 3D en France a bondi de 100% en 2017. Selon les chiffres publiés

par la plateforme d’emploi, ce sont exactement 5 762 offres d’emploi qui ont été

publiées les derniers 24 mois, soit une augmentation moyenne de 12% par mois. Avec

30 % des offres émises, l’industrie est le secteur le plus représenté devant les

télécommunications avec 25 % des publications.

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La plus importante base de données de filaments d’impression 3D au

monde Filaments.directory, a dressé un portrait type des utilisateurs d’imprimantes 3D

FDM. L’enquête menée auprès de 245 utilisateurs issus des 5 continents, révèle que

92 % d’entre-eux sont des hommes. Concernant les pratiques, 53 % des répondants

utilisent leurs imprimantes 3D à domicile. ColorFabb arrive en tête des marques de

filaments préférées.

En avril dernier, le cabinet d’étude londonien Context publiait un rapport consacré

aux expéditions mondiales d’imprimantes 3D. Fabricant historique, le géant américain

de l’impression 3D Stratasys maintient son leadership avec 405 millions de dollars de

revenus enregistrés en 2017. Les deux autres mastodontes américains GE Additive et

HP font leur entrée dans le TOP 5 mondial avec respectivement 145 millions et 97

millions de chiffre d’affaires.

Le marché de l’impression 3D se traduit depuis 2 ans par une montée en puissance du

segment métal. Toujours très attendu par l’ensemble de la profession, le dernier

rapport du cabinet américain Wohlers a confirmé cette dynamique, annonçant que +

80 % imprimantes 3D métal ont été vendues entre 2016 et 2017, soit exactement 1

768 machines. 135 entreprises ont vendu des solutions de fabrication additive en 2017

contre 97 en 2016. Principal secteur d’application de l’impression 3D, l’aéronautique

poursuit son envol. Selon les prévisions du cabinet d’étude américain Gartner, à

l’horizon 2021, 75 % des nouveaux avions commerciaux et militaires voleront avec des

pièces imprimées en 3D. Utilisateur historique de la fabrication additive,

l’aéronautique représentait 18,2% du marché en 2016.5

Si le B2B ne représente que 4% des imprimantes 3D vendues en termes de volume, il

représente 82 % en valeur. L’essentiel des machines expédiées dans le monde sont des

imprimantes 3D de bureau de type FDM à moins de 1000 €. Avec 81 840 unités

vendues, le fabricant taïwainais XYZPrinting s’impose depuis 3 ans comme le plus gros

vendeur mondial, suivi de très près par l’américain Monoprice avec 80 156 ventes et

Prusa avec 39 264 unités expédiées.

Malgré la présence de constructeurs français très prometteurs sur le marché tels

que Prodways, BeAM ou AddUp, la France pèse encore peu à l’échelle mondiale. Selon

les derniers chiffres publiés par Wohlers, l’hexagone ne représente que 3 % du parc

mondial contre 40 % pour les Etats-Unis. Portée par des fabricants historiques tels que

EOS, SLM Solutions ou Trumpf, l’Allemagne monte sur la troisième marche du podium

avec 9,4 % du marché.

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L’impression 3D est sur le point de devenir un marché de masse. Les dernières études

sur le sujet ne cessent de le confirmer. Celle du cabinet Deloitte, publiée fin 2016 pour

le fabricant polonais d’imprimantes 3D Zortrax, estime que cette technologie devrait

générer un marché de 20,5 milliards de dollars en 2020 (19,7 milliards d’euros), soit

quatre fois plus qu’aujourd’hui.

Toutes les études publiées sur la fabrication additive prévoient une forte croissance du

marché, avec des chiffres plus ou moins optimistes. Xerfi mise sur 15 milliards de

dollars (14,4 milliards d’euros) d’ici à 2020, contre 35 milliards de dollars (33,7 milliards

d’euros) pour le cabinet IDC.

L’étude de Deloitte, qui s’appuie sur les données des cabinets Wohlers, Context et

Canalys, montre une importante progression en volume des imprimantes de bureau :

+ 144 % entre 2011 et 2015, contre + 17 % pour les imprimantes industrielles. "Les

imprimantes de bureau étaient réservées aux amateurs ou à certaines salles de classe,

désormais elles sont utilisées par des bureaux d’étude, des designers, des artistes, des

bijoutiers, des professionnels de la santé…", explique dans un communiqué Mark

Cotteleer, directeur recherche chez Deloitte Service LP.

Une croissance à relativiser : si les imprimantes de bureau représentent 95% des

imprimantes 3D vendues aujourd’hui, leur valeur est bien moins importante que celle

des imprimantes industrielles. Elles ne représentent que 293 millions de dollars de

chiffre d’affaires sur les 4,8 milliards du marché global de l'impression 3D.

L’étude de Deloitte souligne également l’avance des Etats-Unis, qui est le plus gros

acheteur d’imprimantes 3D. Le pays concentre 38% des imprimantes installées dans le

monde, contre 3% pour la France.

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Annexe

I. Glossaire

FDM : La technologie FDM (pour Fused Deposition Modeling) ou dépôt de fil en

français permet de réaliser des impressions 3D à partir de filament de matière, bien

souvent à base de plastique. Ce procédé permet de déposer du plastique fondu couche

par couche via une extrudeuse qui se déplace et construit l’objet physique. Le FDM est

aujourd’hui un procédé principalement utilisé pour les imprimantes dites grand public.

Imprimante 3d DMLS : Le frittage laser de métal (DMLS pour Direct Metal Laser

Sintering) est une technique d'impression 3D de métal, développée par EOS. Cette

technologie utilise un laser pour chauffer le métal et fabriquer l'objet tranche par

tranche.

RepRap : (contraction de l'anglais Replication Rapid prototyper, pouvant se traduire

par concepteur de réplication rapide) est un projet britannique de l'Université de Bath,

visant à créer une imprimante tridimensionnelle en grande partie auto-

réplicative et libre (c'est-à-dire sans brevet, et dont les plans sont disponibles pour tout

le monde) sous licence Licence publique générale GNU.

Stratasys : Stratasys, Ltd. est un fabricant américain d’imprimantes 3D et de systèmes

de production 3D pour le prototypage rapide en entreprise et les solutions de

fabrication numérique directe.

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II. Webographie

Histoire :

https://www.supinfo.com/articles/single/34-histoire-impression-3d

http://www.fabulous.com.co/guide-impression-3d/en-bref/histoire/

Evolution :

https://www.zdnet.fr/actualites/impression-3d-une-evolution-sans-limites-

39853542.htm

https://siecledigital.fr/2018/10/03/quel-avenir-pour-limpression-3d/

https://www.realease-capital.fr/blog/technologie-limpression-3d-nous-offre-

dinfinies-possibilites/

Marché :

http://www.primante3d.com/donnees-impression-3d-23052018/

https://www.usinenouvelle.com/article/le-marche-de-l-impression-3d-va-

quadrupler-d-ici-2020-selon-deloitte.N482939

Image :

http://www.primante3d.com/principe/

https://auxmerveilles.wordpress.com/2014/01/07/impression-3d-4-techniques-pour-

faire-du-plastique/

Définition :

http://fr.3dilla.com/imprimante-3d/fused-deposition-modeling/

https://www.sculpteo.com/fr/glossaire/dmls-definition-fr/

https://en.wikipedia.org/wiki/Stratasys

https://fr.wikipedia.org/wiki/RepRap