La COVID-19 met en lumière le rôle crucial de l'impression 3D dans la santé

Au début de la réponse à la pandémie de COVID-19, l'impression 3D s'est imposée comme une vedette, faisant les gros titres jour après jour. On avait l'impression que tout le monde imprimait quelque chose pour son hôpital local.

Une évolution continue

Des mois plus tard, le nombre d'articles vantant les façons dont l'impression 3D peut être utilisée pour produire des équipements de protection individuelle (EPI) et des pièces pour ventilateurs a diminué. Pourtant, le rôle de cette technologie dans la lutte contre le virus a continué d'évoluer.

Une réponse d'urgence face à la pénurie

Lorsque la COVID-19 a frappé, les États-Unis, comme le reste du monde, ont été pris au dépourvu. Alors que la demande d'EPI explosait, les stocks de visières, de ventilateurs et de masques se sont épuisés.

Face à cette situation critique, particuliers et entreprises ont cherché comment soulager la crise. Pour ceux équipés d'imprimantes 3D, la décision était simple : les mettre au travail pour fabriquer des pièces.

Une mobilisation mondiale sans précédent

En quelques jours, amateurs, ateliers, sous-traitants et grandes entreprises mettaient leurs équipements de fabrication additive au service de la production d'EPI. Une myriade de fichiers CAO a circulé à la vitesse de la lumière à travers le monde : diviseurs de ventilateurs, concepts de masques de remplacement, visières. Les designs étaient souvent optimisés pour le processus d'impression, réduisant les temps de pré- et post-traitement.

La force de l'impression 3D : rapidité et flexibilité

Les conceptions sont devenues des produits tangibles presque instantanément grâce à l'impression 3D. Cette technique est la figure de proue de la transition vers l'Industrie 4.0, car les machines nécessitent peu ou pas de temps de configuration. Il suffit de charger la machine avec le bon matériau, de télécharger un fichier CAO ou de tranchage bien conçu, de saisir les paramètres, de lancer l'impression, et vous obtenez des pièces en quelques minutes à quelques heures.

Des limites révélées par la crise

Pourtant, s'appuyer sur l'impression 3D pour combler la pénurie d'EPI a révélé des failles. De nombreux hôpitaux ont dû jeter des pièces imprimées offertes parce qu'elles ne répondaient pas aux spécifications requises. Certains procédés d'impression 3D, par exemple, n'étaient pas capables de produire des pièces étanches à l'air, rendant certains composants de masques inutilisables.

Une collaboration pour standardiser les efforts

En réponse, l'Institut national pour l'innovation en fabrication additive, les Instituts nationaux de la santé, la FDA et le Département des anciens combattants ont collaboré pour évaluer et approuver rapidement les designs viables. Cet effort a contribué à standardiser les impressions. Néanmoins, de nombreux fabricants sont probablement restés inconscients de l'existence de cette plateforme de validation des designs.

Au-delà des composants : le défi de l'assemblage complet

Un autre inconvénient de la réponse immédiate par impression 3D a été la focalisation sur les composants plutôt que sur l'assemblage de produits complets. Par exemple, des designs de bandeaux imprimés pour visières ont été approuvés, mais les composants complémentaires — visières transparentes et élastiques — provenaient de canaux traditionnels. Bien que l'impression de ces matériaux soit possible avec des imprimantes 3D, elle reste généralement coûteuse et ne peut être réalisée que sur des machines industrielles sélectionnées. Cela a rendu la production à grande échelle de ces articles irréalisable. Avec le temps, même ces applications limitées ont été évincées, des solutions plus rentables devenant disponibles.

Un impact durable : du prototypage à l'outillage

L'impact de l'impression 3D sur la réponse à la COVID-19 a-t-il été un feu de paille ? Loin de là. En fait, elle est passée au second plan pour devenir un élément clé de technologies de production plus rentables.

Comme le souligne la réponse en matière d'EPI, les imprimantes 3D excellent dans l'itération rapide de concepts de design et la production de produits tangibles et fonctionnels. La vitesse initiale et le faible coût de démarrage font de l'impression 3D un outil idéal pour le prototypage fonctionnel. Une fois le design verrouillé, cependant, d'autres technologies deviennent généralement de meilleures options. Si le coût des premières unités imprimées en 3D est inférieur à celui d'un outillage pour moulage par injection, une fois cet outillage construit, le temps et le coût variable par unité deviennent très faibles, permettant au moulage de surpasser l'impression 3D pour les grandes quantités. En fin de compte, l'impact de l'impression 3D dans la lutte contre la COVID-19 réside dans son soutien aux processus traditionnels.

L'outillage imprimé en 3D : un levier pour la production de masse

Une façon dont la technologie y parvient est l'outillage, la création d'instruments personnalisés pour assister le processus de fabrication. Les applications d'outillage varient largement, du maintien d'une pièce en place à l'assurance du bon positionnement d'un élément esthétique. Couramment, les outils peuvent être fabriqués à l'aide d'imprimantes de bureau à extrusion de matériaux grand public. Parmi les applications d'outillage imprimé les plus utiles dans la réponse à la COVID-19 figure la création d'inserts imprimés en 3D pour l'outillage de moulage par injection. Plus particulièrement, cela se fait dans des contextes commerciaux avec des imprimantes 3D à fusion sur lit de poudre. De tels systèmes sont capables d'imprimer des inserts métalliques hautement complexes utilisables dans des moules d'injection. Ils sont conçus avec des canaux de refroidissement conformes intégrés, qui permettent la circulation d'un liquide de refroidissement — généralement de l'eau — pour refroidir activement le métal chaud comprimant les pièces moulées. Historiquement, ces canaux étaient percés en lignes droites. Mais avec les outils imprimés, les canaux peuvent se tordre et tourner de manière impossible avec les canaux traditionnels. En conséquence, les moules d'injection utilisant ces inserts refroidissent plus rapidement, atteignant des temps de cycle plus courts et une production de pièces plus élevée.

Conclusion

La COVID-19 a braqué les projecteurs sur l'impression 3D. Capable d'itérer rapidement sur de nouveaux designs et de fabriquer des pièces pour combler la pénurie d'EPI, la technique s'est avérée une composante précieuse et hautement flexible des premiers efforts de réponse. À mesure que les designs préférés étaient approuvés et verrouillés, l'impression 3D a de plus en plus basculé vers le soutien des processus de fabrication traditionnels grâce à l'outillage imprimé. Hier comme aujourd'hui, elle a joué un rôle précieux dans la fabrication d'EPI et la réponse à la COVID-19.

Cullen Hilkene est fondateur et PDG de 3Diligent.