Dans le bâtiment :

Technologie Américaine Contour Crafting : Actuellement, on voit arriver

l’imprimante 3D dans le domaine du été créée, une grue projette le béton

et permet de construire rapidement une maison en suivant un modèle informatique. Cette nouvelle technologie est le Contour Crafting (Fig Bat 01 ) .

Le système Contour Crafting est un robot qui automatise les outils traditionnellement manuels.

Ces outils sont maniés par une grue robotique qui construit les murs du bâtiment par jet de béton.

Sur un site dégagé et nivelé, les ouvriers poseront deux rails de part et d'autre du futur bâtiment et le système Contour Crafting, contrôlée par ordinateur, prendra la relève. Une grue de type portique se déplacera sur les rails. Elle comportera un jet suspendu et un bras pour poser les éléments de construction. Le jet déversera le béton en

couches pour créer des murs creux qui seront ensuite remplis avec du béton... Seules les menuiseries seront posées par les hommes.

Cette nouvelle technologie produit également des structures bien plus solides que les méthodes de construction traditionnelles. Selon les chiffres du constructeur, les murs imprimés testés ont une résistance de 10 000 PSI (68900 kPa, pour une résistance moyenne de 3 000 PSI (20 684 kPa) pour un mur normal (Fig Bat 02 ).

Les bâtiments sont "conçus par ordinateur et construits par l'ordinateur". Contour Crafting permettra de construire des quartiers entiers pour un coût radicalement bas, dans un temps extrêmement court, de manière bien plus sécurisée et avec une souplesse architecturale.

La filière de la construction a largement échappé à l'automatisation contrairement à d'autres industries. Elle reste une solide source d'emplois à travers le monde. Selon L'organisation Mondiale du Travail, la construction emploie environ 110 millions de personnes dans le monde

Le procédé Contour Crafting pourrait amener au licenciement de ces millions de gens, ce qui pose la question de savoir si ce système ne fait pas plus de mal que de bien.

Il est à noter que cette nouvelle technologie créera tout de même de nouveaux emplois (conception, manœuvres…). Il est bon de rappeler qu'en 1900 presque 62% des Américains étaient agriculteurs, contre seulement 1,5% aujourd'hui. On risque fort de reproduire ce phénomène avec

Fig Bat 01

Fig Bat 02

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41 l’imprimante 3D dans le domaine de la construction.

La construction est un travail risqué, bien plus dangereux que l'exploitation minière ou l'agriculture. Le bâtiment tue 10 000 personnes par an et par la diversité des structures commerciales et de gestion, par la nature des marchés.

Quand verrons-nous des robots constructeurs?

La recherche actuelle est financée par la Nasa et l'Institut Cal-Earth. Le développement futur de Contour Crafting se penchera sur la construction d'édifices civils modernes mais aussi sur la construction de structures sur la lune. Elles comprennent des pistes d'atterrissage, des routes, des hangars et des murs antiradiations.

Le complexe de recherche et d'études dans le désert de la Nasa (D-RATS) s'intéresse aux éléments de structure pour évaluer la possibilité d'adaptation et d'application de la technologie Contour Crafting dans des environnements extraterrestre.

Imprimante 3D du bâtiment selon la société WinSun :

C'est une technologie chinoise qui est capable d'imprimer des immeubles et des habitations par le biais une imprimante 3D géante. Dans l'empire du milieu du bâtiment, une société, qui porte le nom de WinSun, a construit une villa mais surtout un immeuble de 5 étages avec les murs qui ont été imprimés en 3D.

Il a fallu une imprimante 3D particulièrement gigantesque pour réussir une telle performance : 6 mètres de haut, 10 mètres de large et 40 mètres de longueur.

La construction n’est pas faite en une seule fois, chaque mur est d'abord construit puis assemblés à posteriori directement sur le site de construction : comme une maison en kit.

L’imprimante utilise du béton capable de supporter les couches supérieures successives. Ce béton est composé de déchets industriels, de ciment à prise rapide et d'un agent solidifiant (FIG BAT 03).

Ce qui est intéressant, c’est que les murs présentent déjà des décors intérieurs et extérieurs. Cela réduit les coûts totaux : les constructions sont jugés viable économiquement par Winsun.

La société affirme que grâce à cette construction, il est possible de faire des économies au niveau des matériaux, du temps, ou encore des coûts de production. Les coûts salariaux peuvent être par exemple réduits jusqu'à 80%, les coûts de matériaux réduits de 30 à 60%, le temps de construction lui de 50 à 70%! La villa est ainsi annoncée à 139 000 euros. Et l'utilisation de matériaux recyclés est un solide argument commercial à la fois économique et

écologique. FIG BAT 04 :

FIG BAT 03 :

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42 En mars 2014, cette société a imprimé 10 villas en l'espace de 24 heures (FIG BAT 04). Cet immeuble est une première par la taille du bâtiment imprimé en 3D. Il est édifié dans la ville de Shuzou, en Chine. Cette performance se démarque de celles

concernant des maisons

En janvier 2015, une autre démonstration de sa technologie d'impression 3D géante a été réalisée. La société a effectué une fabrication express d'un immeuble de cinq étages et une villa de 1 100 m² installés dans le parc industriel de Suzhou en Chine (FIG BAT 05).

Les murs, imprimés en zig-zag,

sont ensuite renforcés avec de l'acier et des matériaux d'isolation afin de correspondre aux standards de la construction (FIG BAT 06).

.

FIG BAT 05

FIG BAT 06

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3.2. La santé:

L’impression 3D dans le secteur médicale, est l’une des applications les plus sensibles mais aussi les plus prometteuses.

Les premières applications dans le domaine de la santé concernent la fabrication de dispositifs médicaux ou de prothèses sur mesure. La forme et l'architecture de ces structures solides sont définies en fonction des caractéristiques anatomiques du patient obtenues par imagerie médicale.

Quelques rudiments sur l’impression 3D pour la santé :

L’imagerie médicale (scanner, échographie, IRM, tomographie) permet de prendre des clichés du patient, qui peuvent ensuite être retouchés numériquement pour constituer des images en trois dimensions. L’imprimante 3D ainsi programmée aligne ensuite des couches de divers matériaux pour reconstituer l’objet.

Les matériaux utilisés dans ces imprimantes 3D sont choisis pour leur biocompatibilité et leurs propriétés fonctionnelles (résistance mécanique, porosité, etc.) Ils peuvent être de différentes natures :

- Métaux (alliages en titane par exemple).

- Plastiques (PEKK notamment).

- Céramiques de synthèse.

- Résines.

(Fig : MED 01)

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L’impression 3D dans le médical :

La fabrication additive apporte un certain nombre d’avantages par rapport à des méthodes plus classiques de fabrication :

- Les opérations sont plus rapides et plus précises lorsque le chirurgien s’est entraîné sur des organes imprimés en 3D, ce qui permet au patient de récupérer plus rapidement.

- Les impressions de prothèses ou autres implants sont davantage personnalisées qu’une fabrication standard, et peuvent être réalisées sur le site même de l’opération du moment que le service de chirurgie dispose d’une imprimante 3D.

- Dans le cas de l’impression d’organes, la fabrication additive offrirait de fortes perspectives car cela éviterait les rejets de greffe par le corps humain puisque le tissu serait directement prélevé sur le patient, cela pallierait au manque d’organes à transplanter.

En revanche, le coût de l’impression 3D est important, et le temps de réalisation peut être long pour des impressions complexes. Aussi, des limites technologiques existent encore, sur le bio-printing notamment.

L'impression en 3D a permis de sauver trois nourrissons américains atteints d'une faiblesse grave des voies respiratoires.

Les trois enfants souffraient d'une maladie, une trachéomalacie sévère, correspondant à un ramollissement des anneaux de cartilage formant la trachée.

Ces cas représentent une percée, car pour

la première fois l'impression 3D a favorisé la conception et fabrication sur mesure d’une attelle qui a été cousue autour de la trachée défaillante, ce qui a permis de restaurer la respiration normale des patients. [MED-02]

Matériels médicaux : [MED-03]

L’impression 3D permet également de créer des matériels médicaux sur mesure. En illustre la récente invention d’un designer turc. Combiné à un dispositif à ultrasons, le plâtre imprimé en 3D accélère le processus de guérison des os fracturés. Grâce à des électrodes intégrées, il peut diffuser des ultrasons à basse intensité, directement sur la zone

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45 3.3.

L’industrie aéronautique :

L’aéronautique est surement le secteur de référence en matière d’impression 3D.

Boeing, Airbus, (Fig. AER 01) la Nasa,…requièrent toute la technologie 3D pour leur développement. L’impression 3D intéresse les grands fabricants de moteurs d'avions comme ceux de satellites ou d'aéronefs. Le Boeing 787 Dreamliner est un exemple très concret de ce besoin car plus de 30 pièces sont créées grâce à cette technologie dont les circuits de régulations thermiques. La production de cette pièce exige généralement la fabrication et

l’assemblage d’une vingtaine de pièces différentes alors que l’imprimante 3D permet de la réaliser en une seule pièce. De plus, l’impression utilise moins de matières premières, et permet de fabriquer des pièces plus légères, plus complexes et plus résistantes.

Les composants d’avion réalisés par cette dernière l’imprimante 3D sont 65% plus légers mais tout aussi résistants que les pièces usinées traditionnellement, ce qui engendre des économies considérables. Pour chaque kilogramme en moins, les compagnies aériennes économisent environ 35 000 dollars US en combustible pour la durée de vie d’un avion.

D’ailleurs la tendance est à la standardisation de cette technologie, comme nous le montre les exemples suivants :

• Bombardier prévoit que 25 éléments soit fabriqués en 3D dans le moteur de sa future série.

• General Electric prévoit qu’en 2020, plus de 100.000 pièces réalisées par impression 3D seront sur les moteurs LEAP (qui occuperont les futurs moyens courriers d’Airbus et Boeing).

• En 2050, de nombreux concepteurs espèrent pouvoir réaliser un avion entier par impression 3D.

• Boeing envisage d’imprimer une aile complète d’avion.

General Electric [AER-01] a acquis fin 2012 Morris Technologies, une société spécialisée dans les techniques avancées de fabrication comme l’impression 3D. Pratt & Whitney investit plusieurs millions de dollars dans un centre utilisant les procédés de production additive en Partenariat avec l’université du Connecticut. Boeing, l’un des pionniers de l’impression 3D, qui possède de surcroît un grand nombre de brevets stratégiques dans le domaine, a déjà imprimé plus de 22 000 composants qui sont utilisés aujourd’hui dans un large panel d’appareils différents. Ainsi, Boeing a utilisé des imprimantes 3D pour produire des gaines dédiées aux environnements contrôlés pour son modèle 787. Avec les techniques traditionnelles, les gaines de ce type sont produites avec plus de 20 parties différentes ce qui améliore les temps d’inspection et de maintenance.

Les composants produits à la chaîne et en volume important à un endroit du monde peuvent mettre des semaines à atteindre leur usine d’assemblage. Alors que, les composants produits sur site grâce aux imprimantes 3D suppriment les temps de livraison ainsi que plusieurs niveaux d’inventaires au niveau de l’usine d’assemblage. Un exemple parfait de chaîne d’approvisionnement complexe est celui du secteur spatial : imaginons qu’il soit possible d’imprimer des produits, des outils ou des pièces de remplacement directement dans la station spatiale internationale (ISS) ou sur Mars. C’est exactement l’objet des travaux de groupes comme Made in Space La société développe des outils, des

(Fig. AER 01)

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46 procédés et des systèmes pour produire directement dans l’espace. Cela permettra d’éviter les coûts et les cycles de développement très longs nécessaires à l’envoi d’une fusée transportant les pièces et les outils. Made in Space est en contrat avec la NASA, et devrait faire ses premiers essais à bord d’ISS prochainement. Un récent rapport du National Research Council a néanmoins fortement relativisé l’apport de l’impression tridimensionnelle à la conquête spatiale.

L’impression 3D des métaux ne permet pas seulement de fabriquer des nouvelles pièces.

L’aéronautique, très en pointe dans les techniques de fabrication additive, utilise maintenant l’impression 3D laser afin de réparer les aubes de turbines endommagées.

La technique mise en œuvre diffère de l’impression 3D sur lit de poudre. L’impression laser directe permet de reconstruire les aubes de compresseurs endommagées par l’impact d’un oiseau par exemple, ou encore l’usure de pièces de turbopropulseur d’hélicoptères ou d’avions. La technologie développée par l’alsacien Beam y trouve un nouveau débouché extrêmement prometteur.

Le procédé CLAD (Construction Laser Additive Directe) « imprime » du métal sur des pièces existantes

Ce sont actuellement 700 pièces qui ont été littéralement reconstruites via la technologie CLAD (Construction Laser Additive Directe) de Beam Machines. (Fig. AER 02) Contrairement à l’impression laser sur lit de poudre, une buse projette directement le métal sous forme de poudre alors que le laser dessine le profil de la pièce. Installé dans une machine 5 axes, cette buse laser permet de créer des pièces d’une taille bien supérieure à celles produites par les imprimantes 3D, limitées par la taille de leur bac. Mieux, il est possible de commencer l’impression sur une pièce déjà existante. Il peut s’agir de lui ajouter une fonction additionnelle mais aussi en reconstruire une partie. Le procédé permet ainsi de reconstruire une aube abîmée ou ajouter quelques millimètres de métal à une pièce usée.

De multiples applications à cette technologie sont possibles, Beam Machines met au point de nouvelles buses spécifiquement pour les nouveaux matériaux et alliages