Innovation et valorisation de la recherche
L'impression 3D va-t-elle bouleverser la manufacture aux Etats-Unis ?

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Dans son discours sur l'état de l'Union du 12 février 2013, le président Obama a réaffirmé sa volonté de soutenir l'industrie manufacturière pour relancer l'économie et l'innovation aux Etats-Unis [1]. Cette déclaration est liée à un vaste plan d'actions qui prévoit la création d'instituts d'innovation manufacturière dont le premier est voué aux techniques d'impression 3D dans l'Ohio. Selon Obama, cette technologie aurait "le potentiel de révolutionner notre façon de fabriquer presque tout". On observe depuis cette déclaration une vive émulation autour du sujet.

Le terme "impression 3D" désigne en fait la technique de "fabrication par addition" ("additive manufacturing") par opposition aux méthodes de production par soustraction plus classiques (perçage, modelage, découpage, etc.). En effet, la technique consiste à superposer de très fines couches de matière (que l'on peut voir comme des impressions 2D) pour former un volume. Il existe de nombreux procédés (stéréo-lithographie, modelage à jets multiples, frittage sélectif par laser, etc.) pouvant utiliser une large gamme de matériaux à prise rapide (plastiques, poudres enductives, métal, cire, etc.). L'impression se fonde sur un modèle informatique 3D réalisé en CAO (Conception Assistée par Ordinateur) ou issu d'un scannage 3D.

Un des avantages de cette technologie est son économie de matière comparée aux techniques de fabrication par soustraction. A l'échelle industrielle, les économies sont considérables. De plus, c'est une véritable mutation dans la manière de créer des objets : il est maintenant possible de fabriquer un écrou directement sur une vis par exemple. Dans des assemblages complexes, cette simple caractéristique est extrêmement utile.

Une technologie des années 80

L'impression 3D a fait son apparition au milieu des années 80, avec le dépôt de brevet pour les différentes méthodes d'impression. Technologie très coûteuse, elle était essentiellement utilisée par les industriels (automobile, aérospatial, etc.) pour la fabrication rapide de prototypes. A l'heure actuelle, 70% de l'utilisation actuelle de l'impression 3D est encore associée au prototypage rapide, selon l'expert Jochen Rode [2].

L'une des méthodes, la modélisation par dépôt de fil en fusion ("fused deposition modeling"), est à l'origine de la démocratisation du procédé. Déposé à la fin des années 80, son brevet d'utilisation est tombé dans le domaine public il y a quelques années, ce qui a conduit à son utilisation par un grand nombre d'acteurs. Le prix de la machine a ainsi brutalement chuté, à tel point que certaines imprimantes 3D sont maintenant accessibles aux particuliers. On en trouve aujourd'hui pour un prix aux alentours de 1 500 euros.

Des applications dans tous les domaines

Les applications sont dans tous les secteurs, du design à l'alimentaire en passant par la mode, pour créer des petites pièces sur mesure. Les cabinets d'architectures vont pouvoir créer des maquettes de leurs projets très facilement et à moindre coût. D'autres voient plus gros : "imprimer" des navires ou encore des fusées. La NASA par exemple a créé un département d'impression 3D appliquée aux technologies spatiales. L'impression 3D devrait permettre la fabrication de satellites et de navettes spatiales directement dans l'espace. La société "Made in Space" prévoit ainsi d'envoyer sa première imprimante 3D dans la Station Spatiale Internationale en 2014.

L'essor de l'impression 3D et surtout son accès par les particuliers ne sont pas sans poser d'importants problèmes de propriété intellectuelle. En effet, les fichiers informatiques à la base de l'impression, peuvent s'échanger très facilement par internet. D'ici peu, il sera alors possible de fabriquer un collier de grande marque ou de copier la création d'un grand designer. Le secteur va ainsi devoir faire face aux mêmes problématiques de piratage et de droit d'auteur que dans l'industrie musicale et cinématographique. En ce sens, l'impression 3D peut effectivement apporter une mutation de grande ampleur dans le secteur de la consommation.

La santé et l'impression 3D : un formidable champ de développement

L'impression 3D permet la création rapide de petites structures complexes à faible coût. Ces caractéristiques innovantes sont parfaitement adaptées au domaine de la santé. En effet, l'adaptation de pièces chirurgicales (implants, outils, etc.) à la morphologie unique de chaque patient représente un progrès technologique considérable.

Aux Etats-Unis, un patient a récemment reçu un implant imprimé en 3D qui remplace 75% de sa boite crânienne. Cette opération a été possible grâce à l'accord de l'Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA, "Food and Drugs Administration"). Le matériau imprimé (un thermoplastique répondant au nom de "poly-ether-ketone-ketone") a ainsi été jugé plus performant que ses concurrents métalliques, ce qui accentue l'avantage de cette nouvelle technologie. Le matériau est plus flexible et plus similaire aux structures osseuses en termes de densité et de rigidité. Encore mieux, cette prothèse encouragerait la croissance des cellules.

Les scientifiques de l'université de Cornell travaillent quant à eux sur une technologie révolutionnaire de chirurgie spinale (chirurgie de la colonne vertébrale) tout droit sortie des films de science-fiction [3]. Utilisant l'impression 3D, leur machine vient déposer de l'encre biologique chargée en cellules-souche directement sur la colonne vertébrale endommagée. Une fois la chirurgie achevée, les cellules-souches agissent selon la programmation biologique qu'on leur a administrée et recomposent la colonne vertébrale endommagée. La technologie a été testée sur plus d'une centaine de rats et a montré des résultats très prometteurs pour son application sur les humains.

Un marché en pleine expansion

Le rapport Wohlers [4] fournit des éléments d'analyse sur le marché de l'impression 3D depuis 1995. Selon le rapport, près de 30.000 imprimantes 3D se sont vendues dans le monde en 2011, soit le double de l'année 2010. La vente de produits et services associés à l'impression 3D devrait atteindre 3,7 milliards de dollars dans le monde en 2015 et 6,5 milliards de dollars en 2019.

Cependant, selon les experts de l'industrie manufacturière, l'impression 3D ne va pas révolutionner les méthodes de production. En dépit de ses qualités, elle serait incapable de se substituer, entre autres pour des raisons de coût, à des techniques comme le moulage par injection plastique. Elle ne permet donc pas, à l'heure actuelle, la production à grande échelle.

Les Etats-Unis sont-ils vraiment en avance ?

Pour Obama, l'impression 3D va permettre de relocaliser la production manufacturière sur le territoire américain. En investissant 30 millions de dollars dans la création de l'institut pilote dans l'Ohio, le président fait un véritable pari sur l'avenir.

La première action de l'institut sera d'offrir du financement aux chercheurs et entrepreneurs désireux de développer des techniques et des connaissances au sein de l'institut [5]. Les responsables de l'institut devraient déclarer dans les prochains mois le nombre de projets sélectionnés et le montant des financements. Une chose est sûre, l'idée est de créer un institut hybride, entre laboratoire de recherche et incubateur pour entrepreneur, afin de faire émerger les entreprises de demain. Des imprimantes 3D de pointe seront proposées en accès libre aux membres du centre.

Pour Obama, "cet institut va permettre de s'assurer que les emplois dans ce secteur ne prendront pas racine en Chine ou en Inde, mais bien sur le territoire américain". Cependant, il semble évident que ces emplois seront peu nombreux et réservés à une main d'oeuvre hautement qualifiée. Ce secteur ne permettra pas de remplacer les emplois perdus dans l'industrie manufacturière traditionnelle. L'impression 3D n'est qu'un des secteurs d'avenir sur lequel repose la stratégie d'innovation de l'administration Obama. En soutenant ce centre pilote, il affiche sa volonté d'agir pour relancer l'innovation plus que ses espoirs dans la technologie de l'impression 3D elle-même.

En résumé

L'impression 3D semble plus correspondre à un épiphénomène qu'à une technologie révolutionnaire comme elle a pu être annoncée. Au même titre que la robotique ou le "cloud-computing", l'impression 3D est par contre une véritable source d'innovation dans d'autres secteurs, particulièrement dans celui des sciences de la vie.