Accélérer la transition

Notre planète va bientôt compter 10 milliards d’habitants qui tous, méritent d’avoir un accès à la santé et au progrès. C'est pourquoi les Nations Unies ont défini 17 Objectifs de Développement Durable (ODD), qui sont un appel à l'action de tous les pays et acteurs économiques afin de promouvoir la prospérité tout en protégeant la planète. Forts de savoir-faire uniques dans le domaine de la science des matériaux, nous sommes appelés à contribuer aux ODD en développant les technologies avancées dont l'humanité a besoin pour prospérer.

Au cours des dernières années, de nouvelles technologies d'impression 3D ont émergé pour l'impression directe de matériaux composites à partir de fibres. Ces techniques innovantes donnent ainsi accès à une nouvelle catégorie d'objets aux propriétés exceptionnelles.

Il est également important de noter l’essor notable de l'impression 3D comme processus de fabrication de pièces industrielles. Elle représente désormais plus de 30% des pièces fabriquées aujourd’hui, contre moins de 10% il y a cinq ans seulement, lorsque les utilisations principales étaient la réalisation de maquettes ou de prototypes. Il est maintenant clair que l'impression 3D arrive à maturité et est en passe de devenir un processus de production industriel courant et qui contribuera de fait aux ODD.

Vers une évolution de la chaîne de valeur de la fabrication 3D

La chaîne de valeur de l'impression 3D a considérablement évolué au cours des dernières années. Au début du prototypage, les clients finaux travaillaient uniquement avec des sociétés d'équipement car elles proposaient des solutions adaptées aux besoins internes de prototypage.

Au fur et à mesure que l'impression 3D évoluait vers la fabrication, les clients finaux, tout en continuant à travailler avec les équipementiers, ont commencé à influencer les fournisseurs de matériaux, les éditeurs de logiciels et les technologies de post-traitement pour s'assurer que le « produit » répondait aux exigences de leurs applications. Nous en sommes là aujourd’hui.

Nous pensons qu'à mesure que l'impression 3D évoluera vers la fabrication à grande échelle, elle conduira à la démocratisation de la chaîne de valeur, tous les acteurs de la chaine devenant également importants. Les clients finaux souhaitent désormais travailler directement avec des équipementiers, les fournisseurs de matériaux, les éditeurs de logiciels, etc. Cette évolution implique que les acteurs de la chaîne de valeur développent de réels partenariats avec des entreprises aux expertises complémentaires.

Relever les défis

Outre ses avantages, l'impression 3D a également des limites, identifiées depuis longtemps comme : la vitesse d'impression, les propriétés intrinsèques des matériaux, le coût de production ou encore la fiabilité.

La vitesse d'impression s'améliore régulièrement grâce aux progrès technologiques qui accompagnent chaque nouvelle génération d'imprimantes. Ces derniers temps, l'automatisation du flux de travail en continu et l'émergence de « fermes » d'impression entièrement robotisées ont grandement contribué à résoudre cette problématique. Il est courant pour les leaders de l'industrie comme HP, Carbon, EOS ou Stratasys de réaliser une augmentation de la vitesse de 40% d'une génération d'imprimantes à l'autre.

La performance des pièces imprimées, souvent perçue comme inférieure à celle obtenue par la fabrication conventionnelle, est le domaine dans lequel le plus de progrès ont été réalisés avec le développement constant de nouveaux matériaux. La gamme de propriétés disponibles s'élargit considérablement avec les métaux et les polymères. L’apparition de polymères aux performances extrêmes permettent la production de pièces où ils remplacent des métaux aux performances mécaniques similaires à moindre poids, générant des économies significatives, notamment dans les applications aéronautiques. La dernière tendance relève de l'émergence de composites imprimés, qui élargissent encore plus l'éventail des propriétés mécaniques disponibles.

Les coûts des matériaux chuteront lorsque des économies de production seront réalisées. Le principal moteur économique reste la rentabilité du produit final. Utiliser moins de matière, placer la matière uniquement là où elle est nécessaire, éliminer les étapes d'assemblage, etc…, sont autant de défis à relever

Enfin, la question de la fiabilité doit être posée. Les progrès y sont plus progressifs, mais sont désormais visibles dans la vitesse d'adoption de l'impression 3D par les industries les plus exigeantes, comme l’aéronautique et l'automobile. A ce jour, cette adoption ne concerne que les pièces non structurelles.

Une gamme de produits large et croissante

Dans notre esprit, le client final n’exige pas a priori telle technologie d’impression ni tel matériau, il est agnostique de ce point de vue. Ce qu’il lui faut, c’est la meilleure solution à son problème de conception et de propriétés des pièces. C'est pourquoi Arkema propose une gamme de produits complète, adaptée à tout choix de transformation. Cette large gamme de produits et de solutions répond aux besoins des fabricants 3D, quelle que soit la technologie d'impression qu'ils utilisent, et continue de croître régulièrement grâce à notre savoir-faire en science de l’innovation : résine PMMA Altuglas entièrement transparente, nouvel élastomère d'ingénierie Pebax® pour le frittage laser, etc…

L'engagement d'Arkema sur le marché de la fabrication 3D ne se limite pas à notre offre en matériaux : il s'agit également d'apporter une solution à nos clients industriels à travers un développement conjoint, un accompagnement en modélisation et simulation pour prédire les propriétés des pièces imprimées, et notre capacité à apporter une expertise et assistance locale dans le monde entier.

Un bon exemple d'un nouveau matériau intelligent introduit récemment par Arkema est le nouvel élastomère Pebax®, disponible sous forme de filament pour l'impression par extrusion ou sous forme de poudre pour le frittage laser. Cet élastomère offre une résilience et une restitution d'énergie incroyables par rapport au TPE conventionnel. Pour la même application, vous utilisez moins de matière tout en offrant des performances plus poussées et une empreinte environnementale plus faible.

Bâtiment, construction, santé … vers de nouveaux terrains de jeu

L'un des nouveaux domaines d'expansion se situe dans le secteur du bâtiment, où nous pouvons désormais imprimer des objets aussi grands qu'une petite maison, et augmenter la productivité de la construction par rapport aux méthodes conventionnelles.

Un autre domaine de croissance concerne les secteurs pointus de la santé, de la pharmacie et de l'aéronautique. Pour illustrer le développement en aéronautique prenons l’exemple de la collaboration entre Hexcel et Arkema sur la mise au point, en impression 3D, de thermoplastiques renforcés de fibres de carbone pour les pièces d'avion. Le point de départ de cette collaboration avait été présenté au World Materials Forum en 2018. Deux ans plus tard, notre effort commun est passé de projets militaires ou spatiaux de petit volume à la fourniture de pièces pour les avions de Boeing depuis l'année dernière, et bientôt pour Airbus.

Autre exemple d'innovation marquante dans l'impression 3D, la start-up Continuous Composites, dans laquelle Arkema a récemment pris une participation. Elle a su allier la résistance de la fibre de carbone et la rapidité des résines UV NextDimension d'Arkema que nous avons spécifiquement conçues pour notre partenaire pour imprimer des structures en fibre de carbone sans avoir besoin de moule ni de post-cuisson en autoclave.

Ces technologies de rupture et ces matériaux innovants contribueront à accélérer la transition de l'impression 3D vers un processus de fabrication à grande échelle et au service des objectifs de développement durable, et Arkema entend bien être au cœur du jeu !