Entretien approfondi avec le PDG de Lithoz, le Dr Johannes Homa, sur l'avenir de l'impression 3D en céramique

L’impression 3D de céramiques est encore une technologie de fabrication additive relativement nouvelle. Cependant, malgré sa nouveauté, l'impression 3D céramique trouve sa place dans de nombreux secteurs, du médical au dentaire, en passant par l'aérospatiale et les produits de luxe.

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Dr Johannes Homa, PDG de Lithoz

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Actuellement, seule une poignée d’entreprises développent une technologie d’impression 3D pour la céramique. L’une de ces entreprises est le fabricant autrichien Lithoz.  Nous avons rencontré le PDG et fondateur de Lithoz, le Dr Johannes Homa, pour discuter de l'état actuel de l'impression 3D céramique, de certaines de ses applications passionnantes et des avantages de l'impression 3D en tant que technologie de fabrication numérique.

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‍Pouvez-vous nous parler un peu de Lithoz et de votre mission en tant qu'entreprise ?

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‍ Lithoz est un fournisseur de technologie pour l’impression 3D de céramiques hautes performances, ce qui signifie que nous développons et vendons des machines, des logiciels et des matériaux pour l’impression 3D de céramiques. Nous sommes clairement le leader mondial du marché et de la technologie dans ce domaine. Outre le développement technologique, nous accompagnons également nos clients dans le domaine du développement d'applications. Ni la communauté FA ni l’industrie de la céramique n’étaient habituées à l’impression 3D sur céramique. Nous soutenons les deux côtés autant que nous le pouvons.

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‍Comment avez-vous fondé Lithoz ?

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‍ La technologie a été développée à l'Université de technologie de Vienne en 2006, en collaboration avec la société dentaire Ivoclar Vivadent AG. Puis, en 2010, nous avons réalisé une avancée majeure :nous avons pu imprimer en 3D des céramiques avec les mêmes propriétés matérielles que dans la technologie de formage conventionnelle. Cette étape nous a encouragés à créer Lithoz en tant qu’entreprise d’impression 3D de céramiques hautes performances.

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‍Pouvez-vous développer un peu la technologie développée par Lithoz ?

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Machine Lithoz CeraFabS65 [Crédit image :Lithoz]

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Notre technologie est basée sur un procédé de photopolymérisation très similaire à la stéréolithographie classique. La différence est qu’avec notre technologie, les particules de céramique sont dispersées dans une résine photosensible. Lors du processus d'impression, ce matériau composite est solidifié par la lumière, couche par couche. La pièce qui sort de notre imprimante 3D s’appelle un corps vert, ce qui signifie qu’il ne s’agit pas encore d’un produit fini. Le corps vert doit subir un traitement thermique qui consiste à cuire une pièce dans un four spécialisé. Techniquement, nous déliantons et frittons la pièce pour obtenir les propriétés souhaitées d'une pièce en céramique. Lors du processus de déliantage, vous brûlez le liant, puis vous frittez la céramique jusqu'à atteindre sa pleine densité. La pièce subit un retrait, mais c'est un phénomène normal dans les procédés de formage de la céramique.

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‍Pouvez-vous partager quelques exemples d'applications qui ont été réalisées avec votre technologie ?

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Produits médicaux imprimés en 3D à l'aide de la technologie d'impression 3D des céramiques Lithoz [Crédit image :Lithoz]

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Nous sommes actifs dans trois secteurs différents. Le premier est médical, où nous disposons d’implants et de dispositifs médicaux résorbables et non résorbables. Par exemple, les implants résorbables sont utilisés depuis 2017. Les implants non résorbables sont en revanche bio-inertes, ce qui signifie qu’ils ne réagissent pas avec le corps humain. De plus, la conductivité thermique de la céramique est plutôt faible. Ainsi, un autre avantage des implants en céramique, par rapport aux implants en métal, est que les gens ne ressentent pas de douleur lorsqu'ils sont exposés à la lumière directe du soleil ou lorsqu'ils prennent des douches chaudes. La troisième application médicale concerne les dispositifs médicaux, pour lesquels des propriétés isolantes et non magnétiques de la céramique sont nécessaires. Les céramiques sont idéales pour l’industrie médicale car elles sont bio-inertes et ne provoquent pas de réactions allergiques, comme cela pourrait être le cas avec les métaux ou les plastiques. Un autre domaine sur lequel nous nous concentrons est le moulage de noyaux pour les aubes de turbine. Les pales de turbine sont dotées d'un système de refroidissement interne pour refroidir la pale pendant le fonctionnement. Avec la tendance croissante à accroître l’efficacité en augmentant la température, les conceptions de ces systèmes de refroidissement sont devenues plus sophistiquées. Le niveau de sophistication signifie que les modèles ne peuvent plus être moulés par injection, ce qui nécessite une nouvelle approche de fabrication pour pouvoir les produire. La fabrication additive s’avère une solution idéale pour ces noyaux. Un autre domaine d'intérêt pour nous est la céramique technique. Il s'agit de matériaux céramiques avancés utilisés dans tous les domaines, depuis les composants satellites, comme les supports de miroirs et les composants radiofréquences, jusqu'aux pièces d'ingénierie mécanique, par exemple pour les machines textiles et les machines à semi-conducteurs. Cela signifie donc qu'il existe un large éventail d'applications pour notre technologie, y compris les produits de luxe.

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‍Cette technologie peut-elle également être utilisée avec des métaux ?

‍ C’est une excellente question.  Notre philosophie est que nous adaptons notre technologie à la poudre et non l'inverse. Cela signifie donc que nous avons pu adapter notre technologie aux métaux. Nous avons connu un tel succès que nous avons même créé une société scindée. Il existe désormais une entreprise appelée Incus, qui réalise l’impression 3D métallique en utilisant une approche de photopolymérisation. Grâce à cette technologie, il peut atteindre des résolutions élevées, de bonnes propriétés mécaniques et une haute précision, produisant des pièces comparables aux pièces moulées par injection métallique.

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Quel est l’état actuel de l’impression 3D céramique en termes de compréhension de la technologie ?

‍ L’impression 3D céramique est l’une des technologies les plus récentes en matière d’impression 3D, la base de connaissances n’est donc pas encore aussi bien développée. Cela dit, aujourd'hui encore, j'ai reçu un e-mail d'un client qui avait rencontré son cadre supérieur et qui était surpris de constater que le potentiel d'impression 3D de pièces en céramique dans son entreprise était plus important que celui de pièces métalliques.

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Nous constatons qu’il existe de nombreuses applications, mais la FA céramique n’est pas encore aussi connue dans l’industrie de l’impression 3D. Cela commence cependant à changer. Les gens ont constaté qu'il existe des limites avec les plastiques et les métaux, qui peuvent être surmontées par la céramique.

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‍Comment conseilleriez-vous une entreprise qui étudie le potentiel de l’impression 3D sur céramique ou de l’impression 3D de manière plus générale, mais qui ne sait pas par où commencer pour adopter cette technologie ?

‍ C’est une question très difficile car l’analyse de rentabilisation n’est généralement pas directement sur votre bureau. La façon la plus simple de commencer est d’explorer l’impression 3D pour les prototypes. De cette façon, vous pourrez commencer à apprendre la technologie. Ensuite, vous commencerez à discuter avec les clients et à examiner votre portefeuille pour identifier les pièces qu’il est judicieux d’imprimer en 3D. Le plus grand défi est de trouver une pièce adaptée à la production additive. Du point de vue de la conception, cette pièce doit être très sophistiquée et ne peut idéalement pas être produite par d’autres technologies. Une fois que vous l’avez trouvé, vous disposez d’un avantage concurrentiel. En résumé, ce n'est pas seulement des fruits à portée de main que vous recherchez, mais c'est un projet que vous mettez en place dans votre entreprise. Et cela devrait plutôt se faire de haut en bas et non de bas en haut. Il peut être difficile de voir tout le potentiel de la FA au début. Toute entreprise qui adopte l’impression 3D doit déployer des efforts pour exploiter ce potentiel. Mais une fois que vous aurez trouvé un cas d'utilisation approprié, il vous ouvrira de nombreuses portes.

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‍Quels sont certains des défis liés à l’impression 3D de céramiques ?

‍ Un problème auquel nous sommes souvent confrontés est que les gens souhaitent imprimer en 3D des pièces, qui sont déjà bien établies dans les technologies de formage conventionnelles. En conséquence, ils sont surpris de constater que la fabrication additive a tendance à être plus coûteuse que les technologies plus conventionnelles. Ce qu’il faut comprendre, c’est que reproduire une pièce fabriquée de manière traditionnelle à l’aide de l’impression 3D ne la rendra pas moins chère dans la plupart des cas. Un autre défi est que nous ne pouvons pas surmonter les problèmes liés à la science des matériaux avec l’aide de la fabrication additive. La fabrication additive n'est qu'une technologie de formage. Cela ne résout pas les problèmes de frittage, qui sont obligatoires pour le traitement de la céramique. Par exemple, il est facile d’imprimer en 3D des pièces en céramique multi-matériaux. Mais il serait alors difficile de co-fritter ces matériaux. Je pense que de telles considérations sont parfois sous-estimées.

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‍Un rapport récent de SmarTech Analysis États que la croissance de l’impression 3D céramique sera largement tirée par la production de pièces finales. Qu'en pensez-vous ?

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[Crédit image :Lithoz]

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Je suis tout à fait d'accord. Lorsque nous avons débuté il y a 10 ans, personne n’avait l’idée de l’impression 3D céramique haute performance. Et maintenant, nous voyons tellement d’applications dont nous n’avions même pas connaissance. Je crois fermement que la céramique est le matériau du futur et nous n’en sommes qu’au tout début de ce voyage. Au cours des 10 dernières années, nous avons dû montrer et prouver que l'impression 3D est également possible avec la céramique, et maintenant les gens commencent à profiter de cette technologie.

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Ce que je pense aussi que les gens commencent à réaliser maintenant, c'est que la technologie numérique, telle que la fabrication additive, peut être une solution aux confinements, grâce aux inventaires numériques possibles grâce à cette technologie.

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‍Pouvez-vous nous expliquer un peu comment les technologies numériques et l'impression 3D peuvent apporter un soutien aux entreprises ?

‍ Durant la crise du COVID-19, certains fournisseurs ont été confinés. Par exemple, en moulage par injection, un fournisseur a l'outil et si vous souhaitez produire à nouveau une pièce, vous allez chez votre fournisseur et lui demandez de fabriquer plus de pièces pour vous et il le fera dans un environnement normal. Mais la situation liée au COVID-19 rend la chaîne d’approvisionnement mondiale beaucoup plus fragile et perturbée. De nombreuses entreprises ne peuvent pas contacter leurs fournisseurs ou ces derniers ne peuvent pas produire de pièces.  En revanche, avec la fabrication additive, le seul outil que vous utilisez est la machine elle-même. La machine peut être ici en Europe, aux États-Unis, en Asie, n'importe où, et tout ce dont vous avez besoin est simplement de transférer les données sur la machine et d'imprimer la pièce immédiatement, sans aucun outil. Bien sûr, vous devez qualifier la pièce pour la FA, mais, dans l’ensemble, la technologie vous offre beaucoup plus de flexibilité. Un autre point est que la nature numérique de la FA vous permet de stocker les fichiers de conception dans un stockage virtuel, au lieu d'un inventaire physique, et de les imprimer à la demande.

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‍Comment voyez-vous l’évolution de l’impression 3D sur céramique dans les prochaines années ?

‍ Je pense qu'il y a un grand potentiel à venir. Cela dit, contrairement aux autres technologies de fabrication additive, la fabrication additive céramique doit dès le départ répondre aux exigences d’une pièce de haute qualité. Car si vous avez besoin d’une pièce en céramique, elle doit avoir les mêmes propriétés matérielles que dans une fabrication conventionnelle, même s’il ne s’agit que d’un prototype. C’est parce que vous l’utiliserez dans un environnement difficile, comme des températures élevées ou un environnement corrosif. Si vous voulez avoir un prototype visuel, vous ne le ferez pas en céramique, vous le ferez en plastique. Vous voulez toujours avoir un prototypage fonctionnel avec la fabrication additive céramique, c'est pourquoi dès le début, nous avons réalisé la production d'un lot unique.

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‍Que réserve l’année à venir pour Lithoz ?

‍ Nous constatons deux conséquences différentes de la pandémie pour notre entreprise. Premièrement, nous avons vu un plus petit groupe de nos clients faire une pause dans la fabrication additive et se concentrer sur d’autres choses. Dans un autre groupe, nous voyons davantage d’entreprises s’intéresser désormais beaucoup plus à la fabrication additive, en raison des avantages de la technologie de production numérique, comme l’entreposage numérique et la possibilité de stabiliser leur chaîne d’approvisionnement. Même si la situation actuelle est mauvaise pour l’économie mondiale, je vois des entreprises prendre conscience du potentiel de la fabrication additive, car les gens commencent à penser différemment et à considérer les technologies de production numérique comme un moyen de surmonter ces problèmes. Pour Lithoz, nous ne pensons pas que cette crise aura un impact majeur sur nos revenus et nos ventes. L’avenir est très prometteur pour nous. Nous avons de nombreux projets en cours que nous ne pouvons pas divulguer pour le moment. Ils reviendront dans le futur et les gens seront très surpris de ce qui est déjà possible avec l'impression 3D en céramique.