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

L'impression 3D céramique est encore une technologie de fabrication additive relativement nouvelle. Cependant, malgré sa nouveauté, l'impression 3D céramique trouve son chemin dans de nombreuses industries, du médical et dentaire à l'aérospatial et aux biens de luxe.

Le PDG de Lithoz, Dr Johannes Homa

Actuellement, seulement une poignée d'entreprises développent la technologie d'impression 3D pour la céramique. Une telle entreprise est le fabricant autrichien Lithoz. Nous avons rencontré le PDG et fondateur de Lithoz, 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.

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

Lithoz est un fournisseur de technologie pour l'impression 3D de céramiques haute performance, 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. En plus du développement technologique, nous soutenons également nos clients dans le domaine du développement d'applications. Ni la communauté AM ni l'industrie de la céramique n'étaient habituées à l'impression 3D céramique. Nous soutenons les deux côtés autant que nous le pouvons.

Comment en êtes-vous venu à fonder Lithoz ?

La technologie a été développée à l'Université de Technologie de Vienne, en 2006, en collaboration avec une entreprise dentaire Ivoclar Vivadent AG. Ensuite en 2010, nous avons réalisé une percée : nous avons été capables d'imprimer en 3D de la céramique avec les mêmes propriétés matérielles que dans la technologie de formage conventionnelle. Cette étape nous a encouragés à créer Lithoz comme entreprise pour l'impression 3D de céramiques haute performance.

Pouvez-vous développer un peu sur la technologie que Lithoz a développée ?

Machine Lithoz CeraFab S65 [Crédit image : Lithoz]

Notre technologie est basée sur un procédé de photopolymérisation, qui est très similaire à la stéréolithographie conventionnelle. La différence est qu'avec notre technologie, les particules de céramique sont dispersées dans une résine photosensible. Pendant le processus d'impression, ce matériau composite est solidifié par la lumière, couche par couche. La pièce qui sort de notre imprimante 3D est appelée un corps vert, ce qui signifie que ce n'est pas encore un produit fini. Le corps vert doit subir un traitement thermique qui implique de cuire une pièce dans un four spécialisé. En termes techniques, nous débarrassons et frittons la pièce pour atteindre les propriétés souhaitées d'une pièce céramique. Dans le processus de déliantage, vous brûlez le liant et ensuite vous frittez la céramique à pleine densité. La pièce subit un retrait, mais c'est un phénomène normal dans les procédés de formage céramique.

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

Produits médicaux imprimés en 3D utilisant la technologie d'impression 3D céramique de Lithoz [Crédit image : Lithoz]

Nous sommes actifs dans trois industries différentes. La première est le médical, où nous avons des implants résorbables et non-résorbables et des dispositifs médicaux. Par exemple, les implants résorbables sont en utilisation depuis 2017. Les implants non-résorbables sont, d'autre part, 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. Donc, un autre avantage des implants céramiques, comparés aux métalliques, est que les gens ne ressentent pas de douleur quand ils sont en plein soleil ou quand ils prennent des douches chaudes. La troisième application médicale est les dispositifs médicaux, où vous avez besoin de certaines propriétés isolantes, non-magnétiques de la céramique. Les céramiques sont idéales pour l'industrie médicale parce qu'elles sont bio-inertes et ne provoquent pas de réactions allergiques, ce qui pourrait être le cas avec les métaux ou les plastiques. Un autre domaine sur lequel nous nous concentrons est les noyaux de coulée pour aubes de turbine. Les aubes de turbine comportent un système de refroidissement interne pour refroidir l'aube pendant l'opération. Avec la tendance croissante vers l'augmentation de l'efficacité en augmentant la température, les conceptions de tels systèmes de refroidissement sont devenues plus sophistiquées. Le niveau de sophistication signifie que les conceptions ne peuvent plus être moulées par injection, nécessitant 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 les céramiques techniques. Ce sont des matériaux céramiques avancés utilisés dans tout, des composants satellites, comme les supports de miroirs et les composants radiofréquence, aux pièces de génie mécanique, par exemple pour les machines textiles et les machines à semi-conducteurs. Donc, cela signifie qu'il y a une large gamme d'applications pour notre technologie, y compris les biens de luxe.

Cette technologie peut-elle aussi être utilisée avec les métaux ?

C'est une excellente question. Notre philosophie est que nous adaptons notre technologie à la poudre et non l'inverse. Donc, cela signifie que nous avons été capables d'adapter notre technologie aux métaux. Nous avons eu tellement de succès que nous avons même fait une spin-out de l'entreprise. Maintenant, il y a une entreprise appelée Incus, et elle fait de l'impression 3D métal en utilisant une approche de photopolymérisation. Avec cette technologie, elle peut atteindre de hautes résolutions, de bonnes propriétés mécaniques et une haute précision, faisant des pièces comparables aux pièces en métal moulé par injection.

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 jeunes dans l'impression 3D, donc la base de connaissances n'est pas encore si bien développée. Cela dit, juste aujourd'hui, j'ai reçu un email d'un client qui a eu une réunion avec son dirigeant de niveau C qui a été surpris que le potentiel pour l'impression 3D de pièces céramiques dans leur entreprise était plus grand que pour les pièces métalliques.

Nous voyons qu'il y a beaucoup d'applications, mais l'AM céramique n'est pas encore si bien connue dans l'industrie de l'impression 3D. Cela commence à changer, cependant. Les gens ont vu qu'il y a des limitations avec les plastiques et les métaux, qui peuvent être surmontées par les céramiques.

Comment conseilleriez-vous une entreprise qui examine le potentiel de l'impression 3D céramique ou de l'impression 3D plus généralement, mais ne sait pas par où commencer en termes d'adoption de la technologie ?

C'est une question très difficile parce que le cas d'affaires n'est généralement pas juste sur votre bureau. La façon la plus facile de commencer est d'explorer l'impression 3D pour les prototypes. Cette façon vous permettra de commencer à apprendre la technologie. Ensuite, vous commencerez à parler avec les clients et à regarder dans votre portefeuille pour identifier quelles pièces ont du sens à imprimer en 3D. Le plus grand défi est de trouver une pièce appropriée pour la production additive. D'un point de vue conception, cette pièce devrait être très sophistiquée et idéalement ne peut pas être produite par d'autres technologies. Une fois que vous l'avez trouvée, vous avez un avantage concurrentiel. Pour résumer, ce n'est pas juste des fruits à portée de main que vous cherchez, mais c'est un projet que vous mettez en place dans votre entreprise. Et cela devrait être plutôt du haut vers le bas et non du bas vers le haut. Il peut être difficile de voir le plein potentiel de l'AM au début. Toute entreprise adoptant l'impression 3D doit mettre un certain effort pour creuser ce potentiel. Mais une fois que vous avez trouvé un cas d'usage approprié, cela ouvrira beaucoup de portes pour vous.

Quels sont certains des défis impliqués dans l'impression 3D de céramiques ?

Un problème auquel nous faisons souvent face est que les gens veulent imprimer en 3D des pièces qui sont déjà bien établies dans les technologies de formage conventionnelles. En conséquence, ils sont surpris que la fabrication additive tende à être plus chère que les technologies plus conventionnelles. Ce qui doit être compris, c'est que reproduire une pièce fabriquée traditionnellement avec 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 de science des matériaux avec l'aide de la fabrication additive. L'AM n'est qu'une technologie de formage. Elle ne surmonte pas les problèmes de frittage, qui est obligatoire pour le traitement de la céramique. Par exemple, il est facile d'imprimer en 3D des pièces céramiques multi-matériaux. Mais il serait difficile ensuite de co-fritter ces matériaux. Je pense que de telles considérations sont parfois sous-estimées.

Un récent rapport de SmarTech Analysis déclare que la croissance de l'impression 3D céramique sera largement tirée par la production de pièces finales. Quelles sont vos pensées là-dessus ?

[Crédit image : Lithoz]

Je suis totalement d'accord. Quand nous avons commencé il y a 10 ans, personne n'avait d'idée de l'impression 3D céramique haute performance. Et maintenant nous voyons tellement d'applications que même nous n'étions pas au courant. Je crois fermement que les céramiques sont les matériaux du futur et nous ne 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 aussi possible avec les céramiques, et maintenant les gens commencent à profiter de cette technologie.

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

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

Pendant la crise du COVID-19, il y a eu un confinement de certains fournisseurs. Par exemple, dans le moulage par injection, un fournisseur a l'outil et si vous voulez produire une pièce à nouveau, vous allez voir votre fournisseur et lui demandez de fabriquer plus de pièces pour vous et il le fera dans un environnement normal. Mais la situation avec le COVID-19 rend la chaîne d'approvisionnement mondiale beaucoup plus fragile et perturbée maintenant. Beaucoup d'entreprises ne peuvent pas atteindre leurs fournisseurs ou les fournisseurs ne peuvent pas produire des pièces. D'un autre côté, avec la fabrication additive, le seul outil que vous utilisez est la machine elle-même. La machine peut être ici en Europe, ou aux États-Unis, en Asie, en gros n'importe où, et tout ce dont vous avez besoin, c'est juste de transférer les données à la machine et d'imprimer la pièce immédiatement, sans avoir d'outils. Bien sûr, vous devez qualifier la pièce pour l'AM, mais, dans l'ensemble, la technologie vous donne beaucoup plus de flexibilité. Un autre point est que la nature numérique de l'AM 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.

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

Je pense qu'il y a un grand potentiel devant nous. Cela dit, en contraste avec d'autres technologies AM, l'AM céramique a, depuis le tout début, à remplir les exigences d'une pièce de haute qualité. Parce que si vous avez besoin d'une pièce céramique, elle doit avoir les mêmes propriétés matérielles que dans la fabrication conventionnelle, même si c'est juste 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 feriez pas en céramique, vous le feriez en plastique. Vous voulez toujours avoir du prototypage fonctionnel avec l'AM céramique, donc depuis le tout début, nous faisions de la production de taille de lot un.

Qu'est-ce que l'année à venir réserve à Lithoz ?

Nous voyons deux conséquences différentes de la pandémie pour notre business. Premièrement, nous avons vu un groupe plus petit de nos clients faire une pause dans la fabrication additive et se concentrer sur d'autres choses. Dans un autre groupe, nous voyons plus d'entreprises maintenant regarder beaucoup plus dans l'additif, à cause des avantages de la technologie de production numérique, comme l'entreposage numérique et la possibilité de stabiliser leur chaîne d'approvisionnement. Bien que la situation actuelle soit mauvaise pour l'économie mondiale, je vois les entreprises maintenant réaliser le potentiel de la fabrication additive, parce que 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 gros impact sur nos revenus et ventes. L'avenir est très brillant pour nous. Nous avons beaucoup de projets en cours que nous ne pouvons pas divulguer actuellement. Ils apparaîtront dans le futur et les gens seront très surpris de ce qui est déjà possible avec l'impression 3D céramique.