Fabrication additive : l'origine et l'histoire.

Aujourd'hui, les imprimantes 3D sont partout. Depuis le début des années 1980, l'évolution de la fabrication additive a été telle qu'elle représente aujourd'hui à l'échelon mondial un chiffre d'affaires de plusieurs milliards de dollars.

Avant la fabrication additive les concepteurs de produits et les artistes vivaient dans un monde à deux dimensions, et travaillaient sur papier. Lorsqu'on avait besoin d'un modèle 3D, les concepteurs devaient le construire en assemblant différentes parties ou en sculptant des blocs de matériau. Ces modèles, également connus sous le nom de prototypes, demandaient beaucoup de temps et étaient coûteux. Les années 1970 ont été marquées par l'apparition des logiciels de CAO qui permettaient d'améliorer le processus de conception. Les concepteurs remplacèrent leurs dessins à la main par les schémas sur ordinateur. Cela s'est traduit par un gain de temps et une réduction des coûts, mais l'on ne disposait toujours pas de moyen simple de créer des modèles.

L'histoire de la fabrication additive serait incomplète sans celle des logiciels de contrôle des imprimantes 3D. Avant les logiciels 3D, les concepteurs et ingénieurs réalisaient des conceptions plates, à deux dimensions, à partir desquelles des artistes se chargeaient de créer des modèles 3D. Le processus était difficile et coûteux. Mais tout cela a changé, grâce à l'invention des logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur) en 3D.

Dès lors, les concepteurs étaient en mesure de traduire leurs idées directement en modèles tridimensionnels. La première génération de logiciels de CAO 3D était très chère, et exigeait des ordinateurs très performants. Les entreprises des secteurs de l'aéronautique et de l'automobile ont été les principaux utilisateurs des tout premiers logiciels de CAO. Et elles travaillaient avec des éditeurs de logiciels afin d'améliorer la technologie de la CAO 3D.

Les logiciels de CAO 3D créent des modèles à partir d'un maillage de formes géométriques. Les concepteurs peuvent visualiser et éditer ces modèles sur leurs écrans d'ordinateur. Les fichiers STL traduisent ces modèles dans un langage que les imprimantes 3D sont capables de comprendre. Un logiciel appelé « slicer » est chargé de découper le modèle CAO en couches virtuelles afin de procéder à son impression.

Aujourd'hui, les prix des logiciels de CAO 3D sont suffisamment abordables pour que le grand public puisse utiliser des imprimantes 3D de bureau. La technologie de fabrication additive continue d'évoluer, et améliore à la fois sa qualité et son prix.

En 1982, Chuck Hall, ingénieur conception, tentait de résoudre un problème de fabrication. Dans une interview pour Industry Week, il l'expliquait ainsi : « À cette époque, le processus consistait à concevoir la pièce, puis à en faire des plans, et à parler avec un outilleur pour qu'il réalise le moule de la pièce en plastique. Ensuite, ce moule était envoyé à une entreprise de moulage pour injecter la première pièce. Et au moins six semaines plus tard, peut-être huit, vous pouviez voir votre première pièce. »

C'est ce qui a poussé Chuck Hall à breveter sa conception d'imprimante 3D stéréolithographique (SLA). Il utilisait la lumière UV pour ponter des polymères sous forme de couches. La lumière frappe une couche de polymère qui durcit et est ensuite plongée dans un bain de polymère liquide. Chaque couche est ainsi durcie jusqu'à constituer la forme souhaitée.

L'étudiant Carl Decker breveta une méthode d'impression 3D utilisant la technologie laser. Le frittage sélectif au laser (SLS) utilise des lasers pour agglomérer des poudres thermoplastiques et former un objet.

En 1988, S. Scott Crump cherchait un moyen plus simple de fabriquer un jouet en forme de grenouille pour sa fille. À l'aide d'un pistolet à colle chaude, il faisait fondre du plastique qu'il déposait en couche fines. Il appela son invention la modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM).

Sa machine mélangeait et déposait des couches de filaments plastiques sur une surface plane. La forme était obtenue par le refroidissement du plastique. Il a ensuite utilisé un logiciel à commande numérique pour automatiser le processus. Puis, après avoir déposé un brevet, Crump et son épouse Lisa fondèrent Stratasys. La technologie de fabrication additive FDM® est aujourd'hui utilisée sur de nombreuses imprimantes 3D.

Le prototypage reste l'application la plus courante pour les modèles imprimés en 3D. Les concepteurs créent des modèles qui permettent de donner à leurs conceptions une forme tangible. Cela leur permet d'apporter des modifications et des améliorations à un stade précoce du processus de conception. Les pièces imprimées en 3D réalisées en composites et métaux sont ensuite utilisées pour les produits finaux. Elles sont également employées pour les moules et outillages de production.

En l'espace de trente ans, le rêve d'une poignée de personnes visionnaires est devenu une nouvelle industrie en plein essor. Des millions d'inventeurs, d'artistes et d'ingénieurs récoltent aujourd'hui les fruits de ces efforts.

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