1) Les informations essentielles

a) Les données indispensables et les modèles d'imprimantes

          L'imprimante 3D a révolutionnée le monde de la technologie dans de nombreux domaines: économique et financier. Elle est utilisée notamment dans les prothèses dentaires mais aussi dans d'autres cadres allant d'une dent aux matériaux de construction d'une maison (de la coque d'iphone au prothèses médicales, en passant par l'agro-alimentaire et d'autres domaines). Le fabriquant de cette imprimante s'appelle "3D systèms".

          Fondé en 1986 en Californie, 3D Systems est à l’origine même de l’impression 3D. En effet son fondateur, un ingénieur du nom de Chuk Hull a breveté en 1984 un procédé appelé SLA (Stéréolithographie : technique d’impression par rayon UV dite de prototypage rapide, qui permet de fabriquer des objets solides à partir d'un modèle numérique) . Quatre ans plus tard la première imprimante 3D SLA voyait le jour… Ce pionnier de l’imprimante 3D et le concurrent direct de Stratasys sont un poids lourd du marché présent sur de nombreux procédés grâce à ses 1300 brevets.

     Elle est originaire des États-Unis elle est utilisée essentiellement par les professionnels. Le principal outil utilisée est une résine liquide qui se consomme au cours de l'impression. L'imprimante a une vitesse d'impression d'environ 14 mm/heure et une précision de 56 microns ( unité de longueur de référence lorsque l’on parle de précision d’impression pour une imprimante 3D ). Son prix est d'environ 5000 €. Le logiciel "INLAB" permet le fonctionnement spécifique attribué à cette imprimante.

         Le prix de ce logiciel s'élève environ à 1300 €. Son utilisation s'effectue dans le domaine de la modélisation des prothèses dentaires. Si beaucoup se demandent combien il faut dépenser pour avoir sa propre machine, il existe aujourd’hui sur le marché de l’impression 3D, une très large gamme d’imprimantes, pour tous les usages et à tous les tarifs. De quelques centaines d’euros pour une imprimante 3D de bureau à plusieurs dizaines de milliers d’euros pour une machine professionnelle, nous sommes confrontés à un large éventail de modèles. Avec l’expiration successive de nombreux brevets le prix moyen des imprimantes personnelles a été divisé par 10 en 10 ans à peine. Etant donné le marché actuel et la multiplicité des imprimantes voyant le jour, nous allons nous concentrer ici sur les principaux modèles. Ci-dessous un panorama de ces imprimantes, des machines fonctionnant en majorité selon le procédé FDM (dépôt de fil fondu) excepté la Form1 et qui sont utiles dans tous les secteurs et entreprises. En 2012, le marché mondial de l'impression 3D a atteint 2,2 milliards $ avec une croissance annuelle de 30% . Celle-ci a une palette de modèles à différents prix selon son utilisation. Son prix se situe au alentour de 1500 à 3800 euros. 

Ci-dessous les 4 modèles phares de la marque: 

   1) La Cube 3 : 1299 €

          Il s’agit du modèle nouvelle génération de 3D Systems, une version améliorée de la Cube X avec un design beaucoup plus moderne et soignée. Si son volume d’impression est moindre (152,5 x 152,5 x 152,5 mm), sa résolution a été revue à la hausse (70 microns). De plus celle-ci est dotée d’une double tête d’extrusion pour combiner les matériaux et les couleurs.

   2) La Cube : 1400 €

           Il s’agit de la dernière imprimante née de 3D Systems. Très compact la Cube dispose d’un volume d’impression de 14x14x14 cm pour une épaisseur de couche de 250 microns. Dotée d’un écran tactile, elle peut imprimer en 16 couleurs différentes, dans ce cas seul l’ABS (filamant)  est compatible.

3) Cube X Mono : 2400 €/ Cube X Duo : 2800 € / Cube X Trio : 3800 €

             Certifiée pour un usage domestique et destinée aussi bien aux adultes qu’aux enfants, la Cube X est le haut de gamme de 3D Systems. Déclinée en 3 versions avec selon 1, 2 ou 3 extrudeurs, il s’agit d’une imprimante personnelle mais avec les qualités techniques d’une semi professionnelle. Avec son volume de fabrication (27,5 x 26,5 x 24 cm) et sa résolution de 125 microns elle rivalise avec les plus grands.

4)La Cube Pro : 3299 €

              Toute aussi soignée que la Cube 3D elle s’adresse à une clientèle un peu plus exigeante. Si sa résolution d’impression est similaire (70 microns), son volume d’impression est bien plus élevé: 27,5 x 26,5 x 24 cm. De plus la Cube Pro peut s’équiper de 3 extrudeurs permettant ainsi d’imprimer dans trois couleurs et matériaux différents. Outre l’ABS et le PLA elle peut aussi imprimer avec du nylon.

        « L’impression 3D a le potentiel de révolutionner la façon dont nous fabriquons presque tout. »

         Barack Obama – 12 février 2013.

                Barack Obama a indiqué sa volonté, lors de son discours sur l'état de l'Union en février 2013, pour que l'Amérique investisse dans la création de centres d'impression 3D pour dynamiser l'innovation et créer des emplois. Son développement pourrait relocaliser la production dans les pays riches, étant donné que désormais la main-d'œuvre serait devenue obsolète.

  b) Le fonctionnement de l'imprimante en général.

              Outre le fonctionnement de l’imprimante 3D en elle-même et des différentes techniques existantes il est important d’assimiler et de bien comprendre les différentes étapes de préparation qui précèdent la phase d’impression. En effet les fichiers et les logiciels 3D sont des éléments nécessaires à la conversion votre image 2D en un objet. Pour ce faire il existe plusieurs méthodes, la première consiste à modéliser votre objet sur votre ordinateur.

La modélisation 3D:

               Pour imprimer un objet, sauf rares exceptions, avoir un fichier 3D est une obligation. Celui-ci peut être créé à partir d’un logiciel de modélisation 3D, récupéré directement sur un site spécialisé ou via un scan 3D. Pour concevoir votre pièce, la première solution consiste à le modéliser c’est-à-dire le dessiner en trois dimensions. Pour ce faire, il existe un large éventail de logciels à votre disposition.

Le scan 3D:

            La deuxième méthode consiste à scanner l’objet que l’on souhaite imprimer avec un scanner 3D.  Il existe beaucoup de modèles sur le marché, on distingue trois grandes familles: les scanners dit à lumière structurée émettent différents types de rayonnements : rayon x, laser, lumière…; les scanners laser fonctionnent un peu de la même manière que les télémètres laser qui servent à mesurer les distances; les scanners stéréoscopiques fonctionnent avec deux systèmes de caméras vidéo pointant toutes les deux vers le même objet; et la kinect qui reste la méthode la moins chère du marché même si elle n’est pas la plus précise.

Le format STL: 

             Quelque soit la méthode que vous avez choisi ci-dessus pour récupérer un fichier, celui-ci devra être exporté au format STL pour que l’impression puisse se lancer. Inventé par 3D Systems ce format ne sert qu’à transmettre la géométrie de surface de votre objet. Le fichier qui est exporté se présente sous la forme d’un maillage composé de plusieurs triangles déterminant le volume de votre objet dans l’espace. Il faut veiller à ce que ce maillage soit bien fermé pour que celui-ci soit considéré comme solide, de plus sa qualité est importante car elle joue sur le résultat final de l'impression. Même si tous les logiciels n’exportent pas au format STL, souvent il suffit de modifier l’extension pour parer au problème.

              L’imprimante 3D a révolutionnée le monde l’industrie dans de nombreux domaines. C'est un outil pratique qui a pour fonction de concevoir des matériaux de la vie quotidienne dans l’esprit de facilité la vie de ses utilisateurs. Le principe de cette imprimante consiste à superposer plusieurs couches à partir des coordonnées transmises par un fichier 3D. En ce solidifiant, elles finissent alors à donner forme à un objet. Cet appareil doit son nom au mécanisme utilisé qui est finalement assez proche d’une imprimante à papier classique. Elle est également équipée de buse mais à la différence qui ne  s’agit pas d’encre à papier mais de plastique fondu de différents models (ABS ou PLA). C’est une méthode innovante qui permet d’imprimer en relief des images et de matérialiser ses idées.

               Cette technologie de fabrication additive dont le principe consiste à superposer de la matière, s’oppose clairement aux techniques traditionnelles de fabrication qui consistent au contraire à soustraire de la matière (par fraisage, forage…) ou à la déformer (moulage). L’impression tridimensionnelle permet de sortir une pièce d’un seul bloc en supprimant les étapes d’assemblage, d’outillage et la main d’oeuvre nombreuse. Bon nombre d’entreprises ont donc déjà adopté l’imprimante 3D pour économiser sur la conception de leurs modèles et accélérer les délais de production. Tous les secteurs sont concernés, aussi bien l’architecture, l’aéronautique, que la médecine ou la mode. On peut ainsi citer Renault, qui a usé de ce procédé pour le développement de sa Twizy ou encore Nike avec ses Vapor Carbon Elite.

                 Depuis quelques années l’impression 3D a évoluée. Avec l’expiration des brevets et la baisse de coût de ses machines, celle-ci s’est tournée vers la fabrication de biens de consommation. Aujourd’hui presque n’importe qui peut y accéder, aussi bien la grosse entreprise que le particulier. Grâce à sa grande polyvalence il est possible de fabriquer un large éventail d’objets, allant du simple crochet à rideau aux prothèses orthopédiques. Ce nouvel appareil mi-imprimante mi-robot, est en train de bouleverser notre manière de produire. Si auparavant il fallait s’équiper de plusieurs machines, une seule suffit aujourd’hui à produire une grande diversité d’objets sur des petites et moyennes séries. Une manière de réduire les coûts de production grâce au nombre réduit de machines et à l’assemblage qui s’en retrouve simplifié voir même inexistant.

                 A l’avenir on pourrait donc très bien imaginer les industriels ne vendant plus leurs produits en grande surface, mais leurs fichiers numériques directement aux clients se passant ainsi de toute la logistique traditionnelle. Pour autant la technique en est encore à ses débuts pour ce type de production, seul l’avenir nous dira si elle saura s’adapter au marché de masse.

       c) Les exemples s'appliquants à l'impression en 3D.

                L'imprimante 3D c'est développer considérablement dans le monde entier à un tel point qu'on en parle souvent dans la presse, les papeteries ou encore même les médias télévisés pour ce faire connaître et devenir encore plus perfomente qu'elle ne l'etait. La vidéo ci-dessous est un reportage du journal télévisé de 20h de la chaîne France 2.

             Les possibilités de l’impression 3D sont tout aussi épatantes qu’infinies. Aucune forme n'est irréalisable et l’impression 3D ouvre même la voie à des créations qui seraient impossibles de réaliser avec des techniques traditionnelles de production. La palette d'utilisation potentielle est vraiment très vaste:

   * Médecine : fabrication de prothèses sur mesure, d’organes de remplacement excluant les risques de rejet (bioprinting), répliques d'os, mais aussi l'impréssion de tissus humains et de membres manquants. 

   *  Aérospatial : impression des pâtes nutritives sous forme réelle (croissants, steacks, etc); impressions de bases spatiales, de pièces de rechanges, etc. En aéronotique, on peut travailler différents alliages et métaux comme le titane. On utilise l'impression sur mesure, pour une pièce unique où le côut est peu élevé. La NASA travaille sur des modèles pour envoyer dans l'espace tandis que l'EAPS ( École d'adaptation aux professions du soudage ) l'a adoptée pour certaines pièces. SpaceX a réussi en 2014 à remplacer certaines composantes (métalliques) de leurs fusées avec des pièces imprimées en 3D.

 * Mais aussi dans les secteurs du bâtiment, artistique, agroalimentaire, automobile, cinéma, éducation, mode, et bien d’autres encore !

              Et pour des dizaines d’autres applications, les possibilités sont également nombreuses pour le grand public comme pour les petites entreprises. Voici quelques exemples d’utilisations d’une imprimante 3D en entreprise ou à la maison…

 * Bijoux uniques personnalisés :

* Jouets / jeux personnalisés : jouets, jeux de construction, cosplay (accessoires de déguisements), dés personnalisés, figurines de jeux (petits soldats, figurines pour des jeux personnalisés de type Warhammers, D&D, etc)…

 * Objets de décoration uniques : vases, supports de bougies, supports de luminaires, horloges, cadres pour photos, tableaux ou miroirs, portes-clés, serres-livres, porte manteaux, embouts de tringle à rideaux, coques de portables uniques, figurines,…

 * Cuisine : tasses et mugs, moules à gâteaux de toutes formes, décapsuleurs, bacs à glaçons, manches de couverts, emporte-pièces personnalisés. Ainsi, dans le future on sera capable de faire des pizzas avec une imprimante 3D en forme de distributeur automatique comme pour les boissons. La NASA travaille encore sur ce prototype qui va revolutionner le monde de l'agroalimentaire.

              En 2009, l'institut français d'art culinaire, l'école d'art culinaire de New York City ont travaillé sur l'élaboration de l'impression de nourriture, sur l'imprimante 3D. En 2010, le projet Cornucopia du Massachusetts Institute of Technology travaille sur l'impression de nourriture et des entreprises (comme IKEA) travaillent sur ce concept. En 2012, Choc Edge a proposé la Choc Creator Version 1, la première imprimante 3D à chocolat.

   Video : http://fr.euronews.com/embed/296330/

* Pratique (bricolage, mécanique, jardinage, etc) : anneaux de rideaux de douche, coudes pour tuyauterie, supports de courroie, remplacement de boutons cassés de vos appareils ménagers (four, gazinière), touches de rechange pour votre clavier, supports de tablette tactile.

 * Instrument de musique :

 * Modélisme, arme :

               L'étudiant texan Cody Wilson a réussi à fabriquer une arme à feu à l'aide d'une imprimante 3D. Si la majeure partie de l'arme est constituée de plastique moulé, fabriqué à l'aide de l'imprimante 3D, le canon et la crosse demeurent toutefois en métal. Une fois la démonstration faite de l'efficacité de l'arme, le créateur de cette arme à feu, a ensuite partagé les plans de fabrication de l'arme sur Internet. À l'origine, le créateur de cette arme à feu, souhaitait pouvoir tirer au moins vingt balles avec l'arme ainsi créée. Il n'a pu en tirer que six, avant que l'arme ne se désagrège complètement.

 * Prototypes :  pour concrétiser facilement les idées et inventions, valider/affiner les projets, packagings, produits…

* Maisons, bâtiments : La conception de maisons, de bâtiment se réalisent à l'aide de grosse imprimante 3D capable de superposer plusieurs couches de ciments et d'autres composants pour permettre sa réalisation.

             Après avoir fait un petit tour dans les airs, l'impression 3D reprend ses marques au sol et repousse encore un peu plus loin ses limites avec un nouvel exemple : une imprimante géante a réalisé 10 maisons en moins de 24 heures en Chine. Un véritable exploit. Video ci-dessous
http://www.maxisciences.com/imprimante-3d/imprimante-3d-10-maisons-construites-en-moins-de-24-heures_art32422.html

* Voiture : C'est une balade pour l'homme et un grand vol pour la technologie. L'Autriche a été le théâtre d'une nouveauté assez phénoménale : la démonstration d'une voiture volante.

           À noter que Microsoft a déposé en septembre 2013 un brevet rendu public qui aurait pour objectif de repousser les limites décrites ci-dessus : en effet, l'entreprise envisage des imprimantes 3D capables d'élaborer des objets électroniques en fournissant comme "consommables" des cartouches de composants électroniques (puces, led, processeurs, etc).

           Après avoir étudier les différentes fonctionalités s'exercant dans l'imprimante 3D en général, nous pouvons  nous concentrer sur les étapes nécessaires à l'impression dentaire avec l'imprimante "Projet 1200" de 3D systems"