Impression 3D (Partie 1)

Première partie :matières premières

Alors que la fabrication additive, plus communément appelée impression 3D, existe depuis près de 40 ans, beaucoup ont encore l'impression que la technologie en est à ses balbutiements. La technologie d'impression 3D a plus évolué au cours des 10 dernières années qu'au cours des trois décennies précédentes, ce qui la rend plus viable que jamais pour le prototypage et les petites séries. Ces avancées ont placé la fabrication additive fermement dans l'œil du public alors que les fabricants explorent les dernières innovations et comment elles pourraient accélérer les processus de production.

Le marché des matériaux d'impression 3D devrait passer de 530,1 millions de dollars en 2016 à plus de 1,4 milliard de dollars d'ici 2021, selon une étude de MarketsandMarkets. Cette croissance peut en grande partie être attribuée à une expansion des options de matériaux utilisés pour imprimer des objets. Alors que les imprimantes 3D utilisaient à l'origine une sélection limitée de plastiques, les machines plus récentes peuvent imprimer avec une gamme de matériaux beaucoup plus large.

Défis auxquels est confronté le marché des matériaux d'impression 3D

Le matériau utilisé dans l'impression 3D détermine l'efficacité du processus d'impression et la qualité du produit final. Malgré la croissance rapide de la fabrication additive, cette technologie doit surmonter de nombreux défis avant de pouvoir devenir une alternative viable aux méthodes traditionnelles de fabrication et d'usinage. Bon nombre de ces défis sont directement liés aux matières premières, notamment :

• Coût des matières premières

L'impression 3D ne bénéficie pas des économies d'échelle apportées par les autres technologies de fabrication. La fabrication additive est encore relativement lente et est principalement utilisée pour les prototypes ou les très petites séries de production, ce qui signifie qu'il n'y a pas de remises importantes sur les matériaux en vrac.

• Gamme de matériaux limitée

Alors que les types de matériaux disponibles pour les projets d'impression 3D se sont considérablement développés au cours de la dernière décennie, la sélection est encore assez limitée. Actuellement, le choix des matériaux est soumis aux contraintes de la technologie d'impression 3D et à toute limitation posée par la conception.

• Disponibilité des matières premières

Les matières premières de la fabrication additive peuvent encore être difficiles à trouver, en particulier lorsque la conception fait appel à des substances plus rares, telles que les métaux ou la céramique.

Ces problèmes devraient être résolus dans un proche avenir à mesure que la croissance du marché susmentionnée se produit. À mesure que l'impression 3D devient une méthode plus courante pour les fabricants, les prix des matériaux chuteront de façon exponentielle, les options se développeront et tous les types de matériaux deviendront plus facilement disponibles.

Acteurs du marché des matériaux d'impression 3D

Le succès de la croissance de la fabrication additive dépendra en grande partie de la collaboration entre les différents acteurs de la chaîne d'approvisionnement en matières premières. Les principales parties prenantes incluent :

• Fournisseurs de matériaux
• Fabricants d'imprimantes
• Bureaux de services d'impression
• Utilisateurs finaux

Au fur et à mesure que chacun de ces participants apportera de nouvelles innovations sur le marché, la technologie continuera de progresser. La collaboration entre chaque maillon de la chaîne d'approvisionnement permettra aux parties prenantes d'orienter la technologie et sa croissance.

Types de matériaux d'impression 3D

Les matériaux d'impression 3D se présentent généralement sous forme de filaments, de poudres ou de liquides. Les types utilisés comprennent quatre catégories principales :

• Plastiques
  • Photopolymères :époxy et hybrides, acrylates, polyamide, caoutchouc nitrile
  • Poudre plastique - PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • Filaments plastiques :ABS, PLA, PC et mélanges, nylon, polyéthylène téréphtalate, polyuréthane thermoplastique

• Céramique
  • Poudre céramique

• Métaux
  • Aluminium et alliages
  • Acier inoxydable
  • Inconel, cobalt chrome, alliages de nickel
  • Titane et alliages
  • Autre

• Autre
  • Poncer avec un liant
  • Résines photosensibles

Photopolymères

Les résines photopolymères représentent la principale part du marché mondial des matériaux de fabrication additive et devraient augmenter leur part de marché dans un avenir prévisible. Les photopolymères sont des résines liquides utilisées dans les imprimantes 3D Polyjet et Stéréolithographie et durcies et durcies par un processus de polymérisation à l'aide de rayons UV pour former des pièces en plastique et des prototypes. Les photopolymères contiennent généralement plusieurs composants principaux, notamment des liants, des monomères et des photoinitiateurs. Les photoinitiateurs sont les composants principaux d'un photopolymère et transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique. Les photopolymères sont imprimés pour créer des pièces d'applications médicales, militaires et électroniques.

Poudres plastiques

Les poudres plastiques sont un autre type de matériau d'impression 3D qui capte une part de marché importante. Les poudres plastiques telles que le polyamide, le polyéther éther cétone (PEEK) et le polyuréthane thermoplastique (TPU) sont sélectionnées à des fins de réduction de poids dans les véhicules afin d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire les émissions.

Les principaux processus d'impression de pièces avec des poudres plastiques impliquent la modélisation par dépôt et le frittage laser en général ont un délai d'exécution rapide et sont relativement rentables. Cela stimule la demande de poudres plastiques, en particulier pour les applications de prototypes.

Le polyamide restera probablement le matériau le plus utilisé pour les applications de prototypage en raison de ses prix raisonnables, de sa facilité de traitement et de sa finition supérieure. Le polyamide est l'un des matériaux d'impression 3D les plus populaires utilisés par les entreprises d'impression 3D professionnelles.

Le TPU convient à la fabrication de pièces qui exigent une élasticité élevée, une résistance thermique et à l'abrasion et une résistance élevée au cisaillement. Le PEEK est un thermoplastique semi-cristallin avec d'excellentes propriétés de résistance mécanique et chimique qui sont conservées à des températures élevées.; Cependant, en raison de son prix élevé, l'utilisation du PEEK est limitée aux applications les plus exigeantes uniquement.

Filaments plastiques

Les filaments plastiques sont la matière première thermoplastique pour les imprimantes 3D de modélisation par dépôt fondu. Les filaments en plastique offrent une résistance exceptionnelle aux pièces et sont faciles à façonner. Parmi une large gamme d'options de matériaux, l'ABS et le PLA sont de loin les matériaux de filament les plus courants. La résistance à l'eau et la ténacité sont les caractéristiques favorables de l'ABS qui en font un matériau idéal pour imprimer des pièces fonctionnelles. Le PLA est facile à imprimer et biodégradable, une option de matériau populaire pour imprimer des pièces de consommation. Parmi l'un des matériaux les plus chers, la cire ou Moldlay est un matériau pour imprimer des modèles de moulage de précision. Il peut fondre pendant le processus de cuisson de la coque.

Métaux

Les métaux sont généralement utilisés pour imprimer des outils et des prototypes de pièces. L'acier est largement adopté dans les applications automobiles, industrielles, agro-alimentaires et médicales en raison de sa bonne résistance et de sa durabilité. L'acier est également l'alternative la plus économique. Les aciers inoxydables tels que 316L et 17-4PH et les alliages d'acier maraging sont des matériaux courants dans cette catégorie.

D'autres métaux pour les processus 3D comprennent l'aluminium, des matériaux non acier de grande valeur tels que le titane, l'Inconel et d'autres alliages à haute résistance. Les matériaux les plus courants dans ce segment incluent :

• Alliages d'aluminium
• Alliages cobalt-chrome
• Alliages à base de nickel
• Alliages de titane

L'évolution de la fabrication additive

Les prévisions du marché peuvent nous donner une idée de ce que l'avenir réserve à l'impression 3D, mais la meilleure façon de rester au fait des tendances de la fabrication additive est de devenir acteur de la technologie. Chez Impro, nous offrons une gamme de services de fabrication, y compris le moulage au sable, le moulage de précision et l'usinage de précision, et nous nous efforçons de nous établir comme un acteur enthousiaste de la fabrication additive.

Pour en savoir plus sur l'avenir de l'impression 3D, restez à l'écoute de la partie 2 de notre série en trois parties sur le sujet, qui se concentrera sur la technologie elle-même. Vous pouvez également télécharger dès aujourd'hui notre eBook gratuit : "L'impression 3D par rapport à la fabrication conventionnelle" !