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Dossiers

La polymérisation par irradiation : partenaire clé de l’impression 3D

Publication: Mars 2015

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Par Mark Macaré, Secrétaire général de RadTech Europe...
 

L’impression 3D, ou fabrication additive, a beaucoup progressé en très peu de temps, aidée dans une mesure non négligeable par les possibilités de la polymérisation UV et EB. Dans cet article, le Secrétaire général de RadTech Europe, l’association européenne qui promeut les technologies de polymérisation par irradiation, fait le point sur l’état actuel du marché dynamique de l’impression 3D.

Les technologies de polymérisation sous rayonnement ultraviolet (UV) et faisceau d’électrons (EB) sont connues depuis de nombreuses années. Elles permettent le durcissement accéléré et efficace, par exemple, de panneaux ou de revêtements de sol et d’enduits dans la construction, ou – plus récemment – le séchage à grande vitesse des encres d’imprimerie, en particulier sur les étiquettes et les emballages, qui permet d’atteindre des vitesses de tirage plus élevées. Et ce n’est pas tout. Aujourd’hui, grâce à la technologie UV/EB, il est possible de produire des objets tridimensionnels en plastique à partir d’un fichier numérique. De quoi attiser l’intérêt d’un éventail de secteurs d’activité beaucoup plus large, des dispositifs médicaux aux jouets en passant par les bijoux de fantaisie, l’électronique et les pièces d’automobiles. Autant de nouvelles applications qui font intervenir la polymérisation par irradiation.

Selon un rapport paru dernièrement du cabinet américain MarketsandMarkets1, le marché mondial de l’impression 3D/fabrication additive (qui recouvre à la fois les imprimantes 3D, les matières utilisées et les pourvoyeurs de solutions) croît très rapidement. Selon les prévisions, il devrait représenter une valeur de 8,43 milliards USD d’ici 2020, et connaître un taux de croissance annuel consolidé de 14,37 %, entre 2014 et 2020.

Les revêtements industriels traditionnels – en particulier, les traitements du bois (le plus gros marché global d’utilisation finale) — constituent toujours le secteur en plus forte progression pour la polymérisation UV dans le monde, suivi de l’électronique. Les résines UV elles mêmes fournissent les propriétés attendues du produit, et la technologie des revêtements a jeté les bases de l’avancée du séchage par irradiation dans le domaine de l’impression 3D. Celle-ci crée aujourd’hui de nouvelles possibilités qui transcendent les simples facteurs de gains de vitesse et d’efficacité, et de réduction significative des coûts, qui avaient initialement attiré les premiers utilisateurs de la technologie sous ses différentes formes.

Choix du procédé

Le procédé effectif choisi pour l’impression 3D/fabrication additive dépend de la méthode à appliquer pour ajouter différentes matières, liquides ou solides, dans le processus de construction d’une structure tridimensionnelle. Les systèmes liquides sont le plus souvent polymérisés par exposition à une énergie UV : dépôt par éjection de la formulation liquide, suivi du durcissement sous rayonnement ultraviolet, et répétition de ce schéma jusqu’à finalisation de l’objet. Le séchage par LED UV constitue un autre développement en cours digne d’intérêt, en ce sens qu’il offre des vitesses de durcissement supérieures tout en consommant moins d’énergie. Le séchage par laser est aussi une possibilité. La stéréolithographie (SLA), la plus ancienne base établie de la technologique 3D, construit un produit couche par couche, avec polymérisation successive par faisceau laser, dans une cuve de polymère liquide. Un dispositif DLP (Digital Light Projection) emploie un projecteur, similaire à ceux utilisés pour les présentations d’affaires, pour projeter une image de la tranche voulue d’un objet dans un récipient contenant un plastique qui réagit à la lumière (photopolymère). La lumière durcit ainsi sélectivement la zone prescrite. L’option la plus récente, la projection de matière ou impression inkjet 3D, superpose, sur une plate-forme, des couches ultraminces d’un polymère éjecté par une tête multibuses, chaque strate étant durcie individuellement sous UV. Ce procédé crée une structure plastique entièrement réticulée, supportée par une matière de type gel permettant la création de géométries complexes et de parties en saillie, et fournit un résultat très dur et très solide, pouvant combiner différents matériaux de teintes diverses pour une même construction de produit. Il est ainsi possible de réaliser un modèle réduit d’automobile en plastique rigide, avec des pneus en caoutchouc mou. Ces attributs physiques contribuent à faire de l’impression inkjet 3D, moyennant un mix-matières approprié, le procédé de prototypage rapide de prédilection pour un large éventail de secteurs d’activité et d’applications.

Marchés médicaux

L’impression 3D est déjà occupée à remodeler l’industrie des dispositifs médicaux, en particulier d’aide auditive, orthopédiques (prothèses) et dentaires. Elle stimule également le développement de nouveaux produits, grâce à sa capacité à faciliter le prototypage rapide et la création de modèles anatomiques. Le génie tissulaire humain n’est que l’un des domaines où les avancées actives se multiplient, et les expérimentations dans diverses innovations supplémentaires se succèdent à un rythme soutenu. Bien entendu, les matières mises en oeuvre doivent avoir été approuvées et déclarées sûres, à la fois du point de vue de l’exposition limitée de la peau et pour les applications implantables. On n’en dénombre encore qu’une poignée, comme le nylon 11 et le PLA (acide polylactique), pour l’exposition limitée de la peau, ainsi que le titane et l’acier inoxydable, pour les implants. Les avancées prochaines dépendent du résultat des tests réalisés avec des matériaux comme le magnésium, les céramiques et les superalliages.

Industrie aérospatiale et marché de l’automobile

L’industrie aérospatiale bénéficie elle aussi de la fabrication additive avec durcissement UV. Ne demandant, par nature, que de très petites quantités de constituants, la technologie peut être très rentable, et elle permet une livraison de produit rapide, sans les coûts élevés et les longs délais inhérents à la réalisation de moules industriels de précision et autres fondamentaux d’une fabrication physique. L’impression 3D, pour les mêmes raisons, gagne également de plus en plus en popularité dans l’industrie automobile. Un bon exemple est la création par Opel d’outils et gabarits d’assemblage imprimés sur mesure en 3D, pour aider au positionnement précis de ses pièces et accessoires de véhicules OEM. Même les Formules 1 arborent désormais des garnitures de protection imprimées en 3D.

Biens de consommation

Bien sûr, les marchés de consommation sont très intéressés à adopter une technologie qui permet de réaliser des produits imprimés professionnels de haute qualité, pouvant même être personnalisés. Aujourd’hui, les rayons des boutiques et magasins regorgent de miniatures automobiles, d’articles de sports, de bijoux de fantaisie, de bagages, de cadeaux promotionnels, et maints autres objets imprimés en 3D. Le marché de consommation a aussi son propre circuit de production : les imprimantes 3D domestiques – essentiellement basée sur l’extrusion de thermoplastiques – sont des articles très en vogue sur le marché des biens technologiques, mais elles n’offrent bien évidemment pas la précision de résolution et la vitesse des imprimantes 3D professionnelles.

Tendances et innovation

Le désir d’obtenir une meilleure qualité et la capacité des machines à imprimer sur un éventail élargi de matériaux restent les principaux moteurs d’innovation. On s’active beaucoup dans le développement de logiciels (capacité de scannage), ainsi que du côté des résines et équipements d’impression inkjet 3D. L’industrie se focalise aussi sur la mise en adéquation de la technologie de fabrication et des nouveaux matériaux ; la mise au point de machines multimatières utilisant les plus faibles quantités de ressources possibles, sans déchet ; la fabrication à la demande de produits personnalisés et de petites séries ; l’allègement des produits et l’exploitation de la liberté de conception tant du point de vue de la composition- matières que des géométries ; et même, l’implémentation de l’impression 3D dans les chaînes de transformation conventionnelles de l’industrie. La polymérisation UV est un facteur habilitant clé pour l’innovation dans la technologie, car elle offre une voie de création d’outils plus aisée, avec des fichiers moins lourds, une plus grande diversité de matières et de chimies que les autres options, et un degré de détail supérieur. Au fur et à mesure que le coût de l’électronique grand public diminue également, la polyvalence des systèmes UV va continuer à étendre le marché de l’impression 3D.

Développement durable

Des initiatives importantes sont également prises pour créer une plate-forme durable pour l’impression 3D, tant du point de vue de la collecte des plastiques en vue de leur recyclage et de leur réutilisation pour l’impression 3D, que de la transformation des plastiques recyclés en une ressource majeure de filament consommable pour les imprimantes 3D. Du succès croissant de la technologie découle également un réel besoin d’adopter des normes internationales et européennes concernant la fabrication additive. Le programme de recherche SASAM2 de l’UE (Support Action for Standardisation in Additive Manufacturing) a ainsi permis de dégager une première feuille de route pour les activités de standardisation. La 3D Printing Association3 tisse également la trame d’une infrastructure sectorielle à l’échelon international  ; et bien sûr, les membres de RadTech Europe, forts de leurs compétences et des avantages de la polymérisation par irradiation, se profilent comme des partenaires incontournables sur ce marché en croissance rapide, en pouvant produire les chimies, les consommables et les équipements les plus à la pointe, en toute conformité aux normes réglementaires et de sécurité.

Un avenir dynamique ?

L’impression 3D/fabrication additive va-t-elle devenir un concurrent à part entière des techniques de fabrication traditionnelles dans les marchés de masse ? La question reste posée. La chaîne d’approvisionnement technique du secteur n’en continue pas moins de développer sa capacité de création de produits (ordinateurs portables, tablettes et autres appareils numériques), qui impliquent une fabrication complexe de composants multimatières, à brefs délais et à faibles coûts. La polymérisation par rayonnement UV est, ici, le principal facteur habilitant. Comme dans beaucoup de secteurs majeurs, la polymérisation par irradiation est certainement promise à un avenir dynamique.

Références

1 http://www.marketsandmarkets.com

2 http://www.sasam.eu

3 www.the3dprintingassociation.com

http://www.radtech-europe.com

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