Impression 3D : de l’outil de prototypage au véritable procédé de fabrication

Pendant longtemps, l’impression 3D a principalement été présentée comme une technologie permettant de transformer rapidement un fichier numérique en objet physique.

Cette définition reste correcte, mais elle ne suffit plus à décrire son rôle dans le développement d’un produit.

Prototype, maquette, outillage, pièce fonctionnelle ou petite série : la fabrication additive peut intervenir à différentes étapes d’un projet.

Mais son véritable intérêt apparaît lorsque l’on cesse de la considérer simplement comme une machine capable de fabriquer une forme pour la considérer comme un véritable procédé de fabrication avec ses possibilités et ses contraintes propres.

De la CAO à la pièce physique

Le principe général de la fabrication additive consiste à construire une pièce progressivement à partir d’un modèle numérique.

La géométrie issue de la CAO est préparée à l’aide d’un logiciel spécifique qui définit les paramètres nécessaires à la fabrication.

Selon la technologie employée, la pièce sera ensuite construite par dépôt de matière, polymérisation d’une résine, fusion ou frittage d’une poudre, ou par d’autres procédés additifs.

Contrairement à un procédé soustractif, dans lequel de la matière est retirée d’un volume initial, la fabrication additive construit progressivement la géométrie souhaitée.

Cette différence ne concerne pas uniquement la machine.

Elle peut modifier la manière même de concevoir la pièce.

Imprimer un fichier n’est pas concevoir pour l’impression 3D

Une géométrie réalisable en CAO n’est pas nécessairement une bonne géométrie pour la fabrication additive.

Orientation de la pièce, supports éventuels, épaisseurs, porte-à-faux, anisotropie, tolérances, assemblages ou état de surface peuvent influencer fortement le résultat.

Une pièce peut donc être parfaitement définie numériquement et pourtant être mal adaptée au procédé choisi.

C’est pourquoi la fabrication additive doit être intégrée suffisamment tôt dans la réflexion.

Concevoir pour l’impression 3D ne consiste pas simplement à envoyer un fichier à une machine.

Il faut comprendre comment la pièce sera réellement fabriquée.

Le prototype comme outil de conception

L’un des principaux intérêts de l’impression 3D reste sa capacité à matérialiser rapidement une hypothèse.

Un volume observé sur un écran peut sembler correct et révéler immédiatement un problème lorsqu’il devient physique.

Une prise en main peut être évaluée.

Un assemblage peut être testé.

Une proportion peut être corrigée.

Une interface entre deux composants peut être vérifiée.

Le prototype devient alors beaucoup plus qu’une représentation du futur produit.

Il devient un outil permettant d’obtenir de nouvelles informations pour poursuivre la conception.

Le cycle peut ainsi devenir très court :

concevoir → fabriquer → observer → corriger → fabriquer à nouveau.

Cette capacité d’itération constitue l’une des forces majeures de la fabrication additive dans le développement produit.

Choisir une technologie en fonction du besoin

Il n’existe pas une seule technologie d’impression 3D.

Les procédés par extrusion de matière, photopolymérisation ou fusion de poudres, entre autres, présentent des caractéristiques très différentes.

Précision, propriétés mécaniques, dimensions disponibles, état de surface, matériaux, vitesse et coût varient considérablement d’une technologie à l’autre.

La question n’est donc pas :

« Quelle est la meilleure imprimante 3D ? »

mais :

« De quoi avons-nous besoin pour cette pièce et à cette étape du projet ? »

Une maquette de validation visuelle ne répond pas aux mêmes exigences qu’une pièce mécanique fonctionnelle.

Un prototype ergonomique n’a pas les mêmes contraintes qu’un composant destiné à une petite série.

Le choix du procédé doit découler du besoin.

Le matériau fait partie de la conception

La fabrication additive permet aujourd’hui de travailler avec de nombreuses familles de matériaux : polymères rigides ou flexibles, résines, matériaux renforcés, poudres polymères ou métalliques, selon les technologies disponibles.

Mais là encore, disposer d’un matériau ne signifie pas qu’il soit adapté à toutes les applications.

Rigidité, résistance mécanique, comportement thermique, flexibilité, masse, état de surface, stabilité dimensionnelle ou conditions d’utilisation doivent être mis en relation avec la fonction réelle de la pièce.

Le choix du matériau ne peut donc pas être dissocié du choix du procédé et de la géométrie.

Matériau, technologie et conception forment un système.

Concevoir avec les contraintes du procédé

Chaque procédé de fabrication impose des contraintes.

La fabrication additive ne fait pas exception.

Dans le cas de l’extrusion de matière, par exemple, l’orientation peut influencer les propriétés mécaniques, l’aspect des surfaces et la nécessité de supports.

Certaines géométries seront très simples à produire dans une orientation et beaucoup moins pertinentes dans une autre.

Une bonne conception peut réduire les supports, faciliter la finition, améliorer la répétabilité ou diminuer le temps de fabrication.

Ces décisions peuvent sembler secondaires lorsqu’on observe uniquement le modèle CAO.

Elles deviennent essentielles lorsque plusieurs pièces doivent être réellement produites.

Du prototype à la pièce fonctionnelle

L’impression 3D n’est plus limitée à la réalisation de maquettes visuelles.

Selon la technologie, le matériau et l’application, elle peut permettre de produire des pièces directement fonctionnelles.

Cette évolution change profondément son rôle.

Lorsque la pièce imprimée devient la pièce utilisée, les exigences augmentent : répétabilité, résistance, précision, finition, assemblage et contrôle doivent être intégrés au développement.

Le passage du prototype à la pièce fonctionnelle ne consiste donc pas simplement à appuyer une nouvelle fois sur « imprimer ».

Il implique une véritable démarche d’industrialisation.

Et pour les petites séries ?

La fabrication additive présente un intérêt particulier lorsque les volumes ne justifient pas nécessairement la réalisation d’un outillage spécifique, lorsque les géométries évoluent encore ou lorsque les produits nécessitent une certaine personnalisation.

Elle permet alors de produire sans moule et de modifier rapidement une géométrie numérique.

Mais cela ne signifie pas qu’elle soit systématiquement la meilleure solution pour les petites séries.

Le temps machine, le coût matière, la finition, les contrôles et les opérations manuelles doivent également être pris en compte.

À partir d’un certain volume ou selon la géométrie, un procédé conventionnel peut devenir plus pertinent.

La fabrication additive doit être choisie parce qu’elle apporte un avantage au projet, pas simplement parce qu’elle est disponible.

Une technologie parmi les outils du designer

L’impression 3D a profondément modifié la manière dont un designer peut passer d’une idée à un objet physique.

Elle permet d’expérimenter plus rapidement, de comparer plusieurs solutions et de rapprocher la conception numérique de l’usage réel.

Mais la machine ne résout pas le problème de conception.

Elle matérialise une décision.

C’est pourquoi sa véritable valeur apparaît lorsqu’elle est intégrée à une démarche plus large associant compréhension du besoin, conception, choix des matériaux, prototypage, essais et corrections.

L’impression 3D n’est donc pas une finalité.

C’est un outil particulièrement puissant lorsqu’il est utilisé au bon moment, pour la bonne fonction et avec une conception adaptée au procédé.