La fabrication additive

La fabrication additive ou impression 3D est un procédé de création d’objets tridimensionnels à partir d’un fichier numérique. Ce procédé est dit additif, car la fabrication repose sur la superposition de fines couches de matière, une par une, contrairement aux techniques procédant par retrait de matière comme l’usinage.

En quoi consiste l’impression 3D

C’est l’empilement des couches qui crée le volume. On dessine l’objet 3D grâce à un outil de conception assistée par ordinateur (CAO). Le fichier 3D obtenu est traité par un logiciel spécifique qui organise le découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation de la pièce. Le découpage est envoyé à l’imprimante 3D qui dépose ou solidifie la matière couche par couche jusqu’à obtenir la pièce finale. La fabrication additive permet de réaliser des objets finis, des pièces détachées mais aussi des maquettes échelles réduites ou réelles, des prototypes destinés à tester l’objet avant une production de masse.

On retrouve l’impression 3D dans des domaines aussi variés que l’industrie, l’aéronautique, l’armée, la bio-impression ou l’alimentation, la construction, etc. Dans le cadre d’un laboratoire d’apprentissage dans un établissement scolaire, cette machine permet de concrétiser des idées en passant de la 2D à la 3D, pour valider des volumes, tester la fonctionnalité, …

La matière première de l’impression 3D

Il existe différentes techniques d’impression 3D, selon la matière première utilisée.

Historiquement l’impression 3D commence au début des années 2000, par l’utilisation de résine chauffée et sert au prototypage rapide. Les années 2010 voient émerger des techniques innovantes utilisant une panoplie de matériaux nouveaux: le plastique (PLA ou ABS6), la cire, le métal (aluminium, acier, titane, platine), le plâtre de Paris, les céramiques et même le verre, ou la terre.

Dans le cadre de la 17e édition de la Biennale de Venise, Exposition Internationale d’Architecture, le Pavillon espagnol et son thème « Uncertainty », a présenté le travail de OTF: 3D Printing Architecture : l’impression 3D qui met la terre au premier plan. Ces nouvelles stratégies architecturales répondent à des problématiques sociales mais aussi environnementales : la terre est présente partout, elle n’a pas besoin d’énergie pour devenir un matériau de construction et elle est entièrement recyclable.

Au LAB PLACE à Oust, nous utilisons dans l’idéal du PLA, un plastique à base d’amidon de maïs.

L’impression 3D et le bâtiment

L’impression 3D réduit considérablement la consommation de béton et accélère le processus de fabrication. Des maisons ont été construites en seulement 24 heures grâce à des imprimantes 3D géantes selon le procédé dit de contour crafting. 

La maison construite en 24h https://www.youtube.com/watch?v=zaS50DebpZA 

Les avantages de la fabrication additive dans le bâtiment

• Des gains en durée : l’impression 3D ne nécessite pas d’étape de pré-fabrication
• Des gains en précision de fabrication permettent la réalisation de pièces en petites séries ou fabrication de formes qui peuvent être très complexes.
• Fabrication sans frais fixes : il n’y a pas d’étapes de pré-industrialisation, de fabrication de moules, de gabarit ou d’outillage spécifique.
• Lutter contre l’obsolescence programmée avec la fabrication de pièces détachées pour réparer des outils
• L’impression 3D permet une grande liberté de forme lors de la conception, en intégrant des critères structurels et climatiques. Par exemple, l’analyse de la géographie et de l’orientation des parcelles permet de définir les besoins climatiques des façades, qui peuvent être intégrées par le biais de la modélisation paramétrique sur les murs ou les plafonds.
• Grâce à la robotique, la construction sur site peut être réalisée avec des matériaux de 0 km.

Les limites

• Le prix d’une imprimante 3D performante, et la maîtrise technique nécessaire à sa mise en œuvre freinent son apparition comme appareil d’usage domestique et professionnel ; L’émergence des Fablabs et tiers- lieux dédiés à la fabrication numérique permettent de démocratiser son utilisation et d’acquérir les compétences pour utiliser et tester les machines (sans avoir à acheter l’imprimante !)
• Selon l’imprimante, la plupart des procédés génèrent des états de surface de mauvaise qualité.
• L’impression en plusieurs couleurs est difficile

Le coût de la matière, des machines est très élevé et la mise en œuvre demande certaines compétences et connaissances techniques ; la mise en place de laboratoires de fabrication dans les établissements scolaires est un enjeu majeur du BTP. L’action 4 du LAB PLACE dans le cadre du Campus des Métiers du BTP et usages du numérique vise à accompagner 5 établissements scolaires d’Occitanie dans l’installation et l’animation de laboratoires d’apprentissage au sein même des établissements, pour EXPLORER, INSPIRER, PROTOTYPER.

Lancement de l’action 4 du Campus des métiers : Création d’un réseau de Labs d’apprentissage

Pour comprendre, entendre, rencontrer les acteurs de cette aventure, par Carine Obin de l’équipe du LAB PLACE