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Articles - Étudiants SUPINFO

Histoire de l'impression 3D

Par Dorian VANDEPUT Publié le 27/07/2015 à 19:33:56 Noter cet article:
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L’impression 3D fait depuis quelques temps un grand boom dans notre société : armes, aéronautique, médecine, recherche, pâtisserie,…

Malgré la popularisation tardive de l’imprimerie 3D, ce procédé existe déjà depuis 25 ans.

1983-1986 : la naissance de l’impression 3D

La naissance de l’imprimerie 3D est attribuée à Charles Hull, actuel vice-président de 3D Systems.

Cela ne sera qu’en 1986 que la première machine sera officiellement commercialisée. Celle-ci reposait sur le principe de la stéréolithographie qui est définie comme « une technique dite de prototypage rapide, qui permet de fabriquer des objets solides à partir d'un modèle numérique. L'objet est obtenu par superposition de tranches fines de matière ».

A ce stade, on ne parle pas encore d’impression tridimensionnelle au sens populaire du terme. Seules quelques entreprises privilégiées avaient accès à ce genre de prototype.

Mais c’est grâce à cette première machine que le premier modèle de série apparaitra : la SLA-2502 de 3D Systems. Cette imprimante sert aux industriels à créer des objets pour tester leur design avant de décider la production des pièces en série.

Parallèlement à Charles Hull, d’autres innovateurs mettent au point des procédés similaires de fabrication additive. On peut donner comme exemples Scott et Lisa Crump qui créent la société Stratasys. Cette dernière met au point une nouvelle technique d’impression 3D dite de la FDM (« fused deposition modeling », qui donne en français « prototypage rapide par dépôt de fil ») qui sera breveté l’année suivante. « Cette technique consiste à faire fondre une résine (généralement un thermoplastique type ABS) à travers une buse chauffée à haute température. Un filament en fusion (de l'ordre du dixième de millimètre) en sort. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par fusion sur ce qui a été déposé au préalable ».

Ce procédé sera plus tard pour les imprimantes 3D personnelles.

1993 : 3DP

En 1993, une nouvelle technique est mise au point au MIT (Massachuset's Institute of Technology). Le procédé est appelé la 3DP (three dimensional printing). Il est assez proche des imprimantes 2D à jet d’encre : le procédé consiste en l’étalement d’une fine couche de poudre de composite sur une plateforme. Puis sur celle-ci, la tête d’impression va déposer des petites gouttes de glue colorées. En combinant ses gouttes on obtient alors la couleur désirée. La plateforme s’abaisse au fur et à mesure que les couches de poudre sont collées jusqu’à obtenir l’objet final. Pour la finition il faudra chauffer la pièce et aspirer l’excédent de poudre.

L’entreprise Z Corporation obtiendra en 1995 du MIT le droit exclusif du procédé 3DP et développe ces imprimantes encore dans un but très industriel.

La 3DP a l’avantage d’être rapide et de proposer une large gamme de couleurs. Jusqu’à 6 fois moins cher qu’une imprimante SLA son prix est plus attractif malgré une précision et une qualité d’impression parfois inférieure. Parmi les inconvénients, sans traitement post-impression les pièces sont plus fragiles et leur surface est plus rugueuse.

1996 : imprimante 3D stricto sensu

1996 est une année charnière pour le monde naissant de l’impression 3D.

Trois imprimantes majeures sont alors lancées sur le marché : la Genisys de Stratasys, l’Actua 2100 de 3D Systems et la Z402 de Z Corporation.

Pour la première fois, elles sont qualifiées d’« imprimantes 3D », et l’expression commence à entrer dans le langage courant pour parler de ce type de machine de prototypage rapide. Puis en 2005, la Spectrum Z510 de Z Corporation voit le jour. C’est la première imprimante 3D capable de fabriquer des objets directement en couleurs.

1996 à maintenant : amélioration et perfectionnement

Pendant dix ans, de 1996 à 2006 environ, les constructeurs vont mettre au point d’autres modèles, améliorer et développer de nouveaux procédés. Les imprimantes 3D sont de plus en plus utilisées pour le prototypage rapide et la production de petites séries, mais tout en restant cantonnées au domaine industriel.

L’idée de rendre accessible cette technologie aux particuliers fait peu à peu son chemin chez certain acteurs. Plusieurs entreprises émergent de cette vision, principalement en Europe.

En parallèle, d’autres acteurs s’investissent dans le domaine des imprimantes 3D personnelles. Né dans le monde de la recherche et de l’open source, le projet RepRap mené par Adrian Bowyer voit le jour en 2005 à l’université de Bath au Royaume-Uni. Il s’agit de la première imprimante 3D autoréplicante (elle peut imprimer ses propres pièces), qui s’appuie sur une technologie très similaire au procédé FDM. Le premier modèle opérationnel, la Darwin, est disponible en 2007. Il est entièrement open source, ce qui permet à beaucoup d’utilisateurs passionnés de le reproduire et de l’améliorer.

En 2009, ce mouvement commence en France, avec l’ouverture de l’entreprise Sculpteo qui développe des outils web simplifiant l’ensemble du processus de l’imprimante 3D aux amateurs.

Dans le même temps, Makerbot Industry fondée par Bree Pettis, lance le Makerbot Cupcake CNL destiné aux particuliers.

Aujourd’hui, le marché de l’impression 3D est en pleine expansion et semble même atteindre une phase de transition historique.

En avril 2012, les entreprises Stratasys et Objet ont fusionné et sont devenues le « pure player » de l’impression 3D le plus coté au monde, à 1,4 milliard de dollars.

Autre chiffre saisissant, le marché des imprimantes 3D personnelles est passé de 355 unités vendues en 2008 à 23 265 en 2011. Il s’agit de l’année phare de l’envol de l’impression 3D.

Les médias se sont aussi emparés du phénomène et continuent d’attirer l’attention sur cette technologie, de plus en plus connue du grand public. Les procédés d’impression se sont améliorés, les matériaux disponibles se sont multipliés, et le prix des machines a drastiquement chuté. Pour moins de 500 €, il est désormais possible de s’équiper d’une imprimante 3D personnelle offrant de bonnes performances.

Utilisation de l’impression 3D dans la médecine

En 1999, la première prothèse imprimée en 3D est implantée sur un être humain.

Les chercheurs et les ingénieurs créent une espèce de prothèse permettant d’accompagner l’agrandissement de la vessie d’un patient. Outre la contrainte de devoir créer un « objet » adapté à la physionomie du malade, il convient de trouver un système réduisant les risques de rejets. La pièce est donc enrobée de cellules du patient. Cette étape constitue une avancée majeure en ouvrant de nouvelles perspectives à la médecine.

La même équipe médicale reproduit un exploit en 2002 : cette fois les universitaires du laboratoire « Wake Forest Institute for Regenerative Medicine » recréés un rein fonctionnel. Capable de filtrer le sang et de diluer l’urine, il est greffé sur des animaux et ouvre la voie à la création d’organes et de tissus à des buts médicaux.

L’impression 3D à vocation médicale fait son petit bout de

chemin.

Fin 2010 tout s’accélère, une équipe de chercheur parvient à créer avec une bio-imprimante 3D Organovo un vaisseau sanguin fonctionnel.

Et dernièrement, en 2012, grâce à une équipe de recherche néerlandaise, une prothèse de maxillaire posée sur une femme de 83 ans qui souffrait d’une infection à la mâchoire. Bien entendu, la prothèse est parfaitement ajustée à son hôte mais elle vise principalement à étudier la reconstruction des tissus osseux.

Dates clés de l’histoire de l’impression 3D

•1952 : Kojima démontre les avantages de la fabrication par couches superposées.

•1967 : Swainson dépose un brevet aux États-Unis pour un système de durcissement de résine par double rayon lumineux.

•1981 : Kodama publie trois méthodes de solidifi cation holographique.

•1982 : Chuck Hull mène des recherches sur la stéréolithographie.

•1984 : Chuck Hull dépose le brevet 4575330 d’utilisation de la stéréolithographie.

•1986 : Création de 3D Systems. D’autres acteurs entrent en jeu.

•1987 : Le prototypage rapide devient une réalité commerciale.

•1989 : Lancement de Stratasys et des premières imprimantes FDM.

•1990 : La fabrication additive est utilisée pour la réalisation de moules.

•1995 : Z Corporation lance les premières imprimantes 3DP.

•1996 : Premières mentions des machines industrielles comme « imprimantes 3D ».

•2000 : La fabrication additive est utilisée pour des pièces de production.

•2007 : Création de Shapeways aux Pays-Bas.

•2009 : Création de MakerBot Industries et lancement de la MakerBot Cupcake CNC. Lancement de Sculpteo en France.

•2011 : 15 000 imprimantes 3D sont vendues (environ 40 modèles disponibles).

•2012 : 45 000 nouvelles machines sont vendues.

Sources

http://fr.wikipedia.org/wiki/St%C3%A9r%C3%A9olithographie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Prototypage_rapide#Le_prototypage_rapide_par_d.C3.A9p.C3.B4t_de_fil_-_FDM_.28fused_deposition_Modeling.29

« Putting 3D Printing into the Value Stream », Econolyst, octobre 2012

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