Fabrication additive : quelles perspectives pour la plasturgie ?

Fabrication additive, Écoconception

Publié le : 27/08/2020 par Thomas Joffre

Longtemps réservée au prototypage rapide, la fabrication additive a peu à peu intégré l’ensemble des processus industriels. Voici un tour d’horizon des opportunités offertes par l’impression 3D dans le domaine de la plasturgie.

Qu’est-ce que la fabrication additive ?

On regroupe sous le terme de fabrication additive, l’ensemble des procédés qui permettent de fabriquer des pièces par empilement de couches successives, à partir de matière première brute et d’un modèle numérique.

On parle de fabrication additive, par opposition à la fabrication soustractive qui consiste à enlever de la matière au lieu d’en ajouter.

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Fabrication additive et impression 3D : quelles différences ?

Il n’existe pas de différence technique entre l’impression 3D et la fabrication additive :

• L’impression 3D désigne les applications grand public ;
• La fabrication additive est le terme employé dans un cadre industriel (le terme impression 3D est réservée aux technologies de projection de matière)

Les matériaux utilisés en fabrication additive

La fabrication additive n’est pas réservée à la réalisation de pièces plastiques, loin de là ! Le succès de cette méthode de fabrication réside en grande partie dans la diversité des matériaux utilisables :

• Polymères : Acrylonitrile butadiène styrène (ABS), polyamide (PA, ou Nylon), polycarbonate (PC), PLA, PEI, PEEK etc.
• Composites : Matériaux renforcés fibres de carbone, aramide (kevlar), polymères additivés de charges minérales, fibres de bois, etc …
• Métaux et alliages : Bases Fer, Nickel, Titane, Aluminium, cobalt-chrome, etc.

Cette liste est loin d’être exhaustive et ne cesse de s’allonger, souvent sur demande des industriels, dont les besoins techniques sont précis, ce qui pousse les fabricants de matériaux à ajouter de nouvelles références à leur catalogue.

Des procédés extrêmement variés

La fabrication additive n’est pas un procédé, c’est une grande famille de techniques réparties en 7 catégories :

• Projection de liant / Binder Jetting (BJ)
• Dépôt de matière sous énergie concentrée / Direct Energy Deposition (DED)
• Extrusion de matière/ Material Extrusion (ME)
• Projection de matière / Material Jetting (MJ)
• Fusion sur lit de poudre / Powder Bed Fusion (PBF)
• Stratification de couches / Sheet Lamination (SL)
• Photopolymérisation en cuve / Vat Photopolymerization (VP)

Par ailleurs, des variantes existent pour chaque catégorie : au final, on dénombre des dizaines de technologies différentes. Certaines de ces technologies sont matures, d’autres ne le sont pas et nombre d’entre elles sont réservées à des matériaux et applications bien particulières.

Le schéma suivant concerne les procédés de fabrication de matériaux polymères :

Les opportunités de la fabrication additive en plasturgie

Au départ, la fabrication additive était surtout utilisée pour le prototypage rapide. Elle n’était donc pas considérée comme un processus de fabrication industrielle à part entière. Ce n’est plus le cas aujourd’hui, car les industriels s’y intéressent de plus en plus. Voici quelques exemples d’applications :

• Fabrication directe de pièces plastiques ou composites
• Fabrication de pièces métalliques pour des outillages
• Fabrication de supports de maintien ou de positionnement
• Fabrication d’outils de manipulation
• Fabrication d’empreintes de moule (polymère ou métal)

Les avantages de la fabrication additive en plasturgie

• Réaliser des pièces impossibles auparavant : L’impression 3D permet de produire des pièces que les procédés conventionnels ne peuvent pas réaliser, ou à des coûts exorbitants. Il est aussi possible d’alléger les pièces en utilisant des treillis (structures lattices) afin d’enlever de la matière dans les zones peu sollicitées mécaniquement.

• Moins d’assemblages : Grâce à la fabrication additive, des pièces de forme complexe peuvent être imprimées directement, sans qu’il soit nécessaire de faire des assemblages de plusieurs pièces. En réduisant les assemblages, on gagne du temps, on consomme moins d’outillage et on obtient des pièces plus solides.

• Des pièces plus légères : L’un des intérêts de la fabrication additive est de pouvoir fabriquer des pièces creuses, donc plus légères. La quantité de matière première utilisée est ainsi réduite.

• Des pièces sur mesure, de qualité : La fabrication additive n’est pas faite pour la réalisation de grandes séries, et ce n’est pas son rôle. En revanche elle permet de produire rapidement des pièces sur-mesure, aussi bien des prototypes que des produits finis. Par ailleurs, la qualité des pièces peut-être excellente : voilà pourquoi l’aéronautique l’intègre dans ses processus de fabrication.

Les perspectives

La fabrication additive n’est pas une tendance. Avec plus de 20 % de croissance annuelle, ce marché est extrêmement dynamique et les applications industrielles vont continuer à se multiplier. Les applications en plasturgie ne manquent pas et des machines très performantes sont désormais disponibles. Dans l’article qui suit, nous verrons les étapes à suivre pour mettre en place un projet de fabrication additive.

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