Avantages et inconvénients de l'impression 3D

L'impression 3D est un procédé de fabrication additive qui se développe rapidement dans les segments industriels, commerciaux et amateurs de l'économie. La popularité de ce secteur est due aux avantages révolutionnaires de cette technologie innovante. L'industrie mondiale de l'impression 3D connaît une croissance rapide et devrait passer de 18,3 milliards de dollars en 2022 à plus de 83 milliards de dollars d'ici à 2029.

L'impression 3D s'est imposée dans tous les grands secteurs d'activité. Les applications sont les plus perceptibles dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la médecine et des soins dentaires. Les secteurs de l'éducation, de la construction, de la robotique, de la mode et de l'alimentation intègrent également l'impression 3D dans leurs activités.

L'avènement de l'industrie 4.0 contribue à l'essor rapide de l'impression 3D, pièce maîtresse de la fabrication additive. L'industrie 4.0 intègre de nouvelles technologies, notamment l'informatique en nuage, l'internet des objets (IoT), la fabrication additive, l'intelligence artificielle (IA) et l'analyse de données, dans leurs opérations de production et d'affaires. Ces technologies intégrées transformeront la manière dont les entreprises fabriquent des produits et des services.

Les avantages de l'industrie de l'impression 3D, qui connaît une croissance rapide, sont nombreux. En voici quelques-uns :

• Créer des géométries complexes - Contrairement à l'usinage traditionnel, l'impression 3D peut créer des conceptions complexes que la fabrication conventionnelle ne peut pas créer avec des assemblages de plusieurs composants. Par exemple, des vides internes à l'intérieur de la pièce permettent d'alléger le produit. La création de pièces plus légères est l'une des principales raisons pour lesquelles l'impression 3D est populaire dans les secteurs de l'aérospatiale, de la défense et de l'automobile. Et avec des matériaux coûteux comme les métaux, les vides internes permettent également de réaliser des économies.
• Applications médicales personnalisées - L'impression 3D permet aux professionnels de la santé de produire des articles personnalisés pour des procédures médicales, notamment des implants personnalisés pour les prothèses dentaires, les hanches, la colonne vertébrale et les genoux. Un implant crânien a récemment été réalisé avec des pièces imprimées en 3D. Plusieurs autres applications incluent des prothèses personnalisées solides et durables, des appareils auditifs sur mesure et des instruments chirurgicaux spécifiques à une procédure. Les écouvillons ont fait l'objet d'une forte demande pendant la pandémie et ont été imprimés pour pallier la pénurie. La recherche médicale sur l'impression 3D développe des tissus avec des vaisseaux sanguins, des médicaments, des valves cardiaques et des organes. Les matériaux biocompatibles sont essentiels à ces progrès médicaux continus.
• Ingénierie de conception et de fabrication - L'impression 3D simplifie le procédé de création de pièces. Le procédé est plus simple car les Ingénieurs n'ont pas à faire face aux nombreuses contraintes associées aux technologies de fabrication soustractives. Cet avantage permet également aux ingénieurs de gagner du temps ; les pièces complexes, qui nécessitaient auparavant plusieurs composants, peuvent être facilement imprimées en une seule pièce légère. Les réglages multiples et le temps de procédé supplémentaire pour de nombreux composants sont éliminés dans l'atelier de fabrication. 
• Fabrication efficace - L'impression 3D est une méthode efficace de fabrication de produits. Il s'agit d'un procédé en une seule étape qui permet d'éviter de nombreuses opérations de fabrication additive, des mises en place et une consommation d'énergie. Les pièces à commande numérique coûtent jusqu'à 10 fois plus cher que les pièces imprimées en 3D. Il y a peu de matériaux gaspillés et le procédé peut être automatisé pour exécuter plusieurs pièces en continu. Les coûts d'entreposage et de transport sont évités, tout comme le coût de détention des stocks. Les imprimeries 3D locales proposent des services sous-traités qui peuvent permettre aux entreprises d'économiser de l'argent en évitant l'acquisition de capital en interne et le développement de procédés et d'opérateurs.
• Matériaux légers - La plupart des matériaux utilisés dans l'impression 3D sont des composés plastiques légers et des matériaux d'ingénierie. Les matériaux peuvent être personnalisés pour offrir des caractéristiques de performance spécifiques en plus d'un poids plus léger, notamment une résistance chimique, une résistance à la chaleur, une élasticité ou une solidité accrues.
• Peu de déchets matériels - Contrairement à la fabrication soustractive, qui enlève du matériau pour créer une pièce, l'impression 3D est une solution de fabrication additive qui n'ajoute que le matériau nécessaire à la pièce et le soutient pendant la construction. Le procédé est également respectueux de l'environnement, avec des pièces plus légères et des économies d'énergie, mais de nombreux filaments sont recyclables et les matériaux en poudre sont réutilisables à 95 %-99 %.
• Création rapide de pièces - Les pièces en 3D peuvent être imprimées en quelques heures. Cette rapidité d'exécution est un avantage considérable par rapport aux coûts de stockage supplémentaires ou à l'expédition de pièces à travers le pays, à supposer qu'elles soient en stock.
• Prix raisonnable de l'équipement - Le prix des imprimantes 3D est raisonnable par rapport à celui des équipements de fabrication traditionnels. Les imprimantes d'entrée de gamme pour les amateurs commencent aux alentours de 200 dollars, et les machines industrielles sont moins chères que les centres d'usinage CNC. Le coût des matériaux pour l'impression 3D peut être plus élevé à première vue. Pourtant, ils utilisent moins de matériaux, de sorte que les coûts globaux des matériaux sont moins élevés avec des plastiques moins coûteux. Même les poudres métalliques, plus onéreuses, sont moins chères que les matériaux de fabrication soustractive.
• Durabilité - Le procédé d'impression 3D est respectueux de l'environnement, car il utilise moins de matériaux et permet de réutiliser les poudres et de recycler la plupart des supports en plastique. Les pièces plus légères améliorent également le rendement énergétique des avions, des automobiles et des véhicules spatiaux.

L'impression 3D étant une industrie relativement nouvelle qui prolifère, elle présente certains inconvénients, notamment les suivants :

• Précision - Les articles produits par les imprimantes 3D s'efforcent d'atteindre la précision dimensionnelle des machines à commande numérique et d'autres machines de fabrication soustractive. La différence est notable, les pièces 3D produisant des pièces d'environ 0,2 mm, alors que les machines à commande numérique ne dépassent pas 0,005 mm. Cette situation pourrait changer avec les améliorations constantes de l'industrie de la fabrication additive.
• Coût - Bien que l'équipement d'impression 3D soit moins coûteux que son homologue de fabrication soustractive, l'investissement dans une nouvelle technologie a un coût. Les biens d'équipement, la formation et le développement des procédés peuvent être intimidants.
• Contrefaçons et violations des droits d'auteur - À mesure que la technologie de l'impression 3D gagne en popularité, la possibilité de créer des produits contrefaits augmente. L'augmentation de la contrefaçon s'accompagne d'une augmentation de la violation des droits d'auteur. De nombreux modèles peuvent être téléchargés sans compensation pour le propriétaire original. 
• Élimination de la main-d'œuvre - Pour et contre, les opérations d'impression 3D nécessitent moins de main-d'œuvre, car un seul opérateur peut souvent faire fonctionner plusieurs machines. Comme pour l'industrie 4.), il ne s'agit pas d'un problème propre à l'industrie de l'impression 3D, car la technologie progresse.
• Disponibilité des matériaux - Le choix global de matériaux d'impression 3D est relativement restreint par rapport aux matériaux disponibles pour d'autres procédés de fabrication. De nombreux alliages métalliques doivent être convertis en matériaux compatibles avec l'impression 3D. Les matériaux compatibles avec les denrées alimentaires sont également assez limités. Les matériaux thermodurcissables ne peuvent pas être recyclés, ce qui crée des déchets de matériaux. C'est la plainte n°1 dans le secteur automobile et les soins de santé.
• Qualité des pièces - Certaines technologies d'impression 3D telles que FDM, polyjet et multijet peuvent produire des pièces délaminées, fragiles, soumises à des contraintes internes, déformées ou présentant des problèmes dimensionnels.
• Post-traitement - La majorité des pièces imprimées en 3D nécessitent une certaine forme de tâche de post-traitement. Des opérations supplémentaires sont généralement nécessaires, qu'il s'agisse d'un traitement thermique, d'un polissage, d'un enlèvement de support ou d'un usinage. Les problèmes de post-traitement sont la principale plainte des industries de l'électronique grand public et de l'équipement lourd.
• Volume de production - L'impression 3D était autrefois utilisée principalement pour les prototypes, car le procédé additif est plus lent que la production de masse traditionnelle. Même si la technologie peut produire des volumes faibles à moyens, le temps de cycle n'est pas aussi rapide que les procédés additifs traditionnels. 
• Taille - Les imprimantes 3D industrielles ont besoin de chambres d'impression plus grandes. Bien que certaines imprimantes 3D spécialisées fabriquent des produits de grande taille, la plupart des technologies sont limitées à des constructions plus petites.

L'impression 3D est un nouveau secteur qui connaît les affres d'une croissance rapide. Avec le temps, les matériaux et la technologie rattraperont l'industrie. La croissance prévue de l'impression 3D est un indicateur fort que la plainte sera réduite tandis que l'approbation continuera d'augmenter.