Les avantages de l'impression 3D grand format pour diverses industries

Une imprimante 3D de bureau produit des pièces de 20 à 30 centimètres. Au-delà d'un mètre, la physique change. Le plastique se rétracte en refroidissant et déforme la pièce, la tête d'impression ne peut plus déposer un fil fin sans y passer des semaines, et le poids de la matière impose des structures de machine différentes. Les procédés grand format ont été conçus pour ces contraintes, et ils sont sortis des laboratoires il y a une dizaine d'années pour entrer dans les ateliers d'outillage, les chantiers navals et quelques chantiers de construction.

Trois familles de procédés

L'extrusion de granulés remplace la bobine de filament par des granulés de plastique industriel, les mêmes que ceux de l'injection, fondus dans une vis et déposés par un cordon de plusieurs millimètres. Le débit atteint plusieurs kilos par heure, contre quelques dizaines de grammes pour une imprimante de bureau, ce qui rend possible une pièce de deux mètres en une nuit. Les matériaux vont du PLA et du PETG aux polymères techniques chargés de fibre de verre ou de carbone, qui limitent la déformation. Les machines, portiques ou bras robotisés, coûtent de 100 000 à 500 000 euros.

Le métal grand format n'utilise pas la fusion laser sur lit de poudre des petites pièces aéronautiques, trop lente et trop chère au-delà d'un demi-mètre. Il passe par le dépôt de fil fondu à l'arc électrique, le WAAM, ou par le dépôt de poudre fondue au laser, qui construisent une ébauche proche de la forme finale, ensuite usinée. Ces procédés servent aux pièces de grande taille en titane, en aluminium ou en acier pour l'aéronautique, le naval et l'énergie, où ils remplacent des pièces forgées ou usinées dans la masse avec des chutes de 80 à 90 %.

L'extrusion de béton dépose un mortier à prise rapide en cordons empilés, par un portique ou un bras, pour produire des murs, des éléments de façade, du mobilier urbain ou des coffrages perdus. Des entreprises françaises comme XtreeE ou Constructions-3D en font un métier, et la première maison imprimée en France, Yhnova à Nantes, a été livrée en 2018. Le béton imprimé ne fait pas la maison entière, il fait les parois. Fondations, planchers, toiture, réseaux et finitions restent traditionnels.

L'outillage, premier gain pour une PME industrielle

La pièce finale imprimée en grand format reste rare. Le gain le plus courant est en amont, sur les outils que toute usine consomme, gabarits de perçage, calibres de contrôle, préhenseurs de robots, supports de pièces, moules de thermoformage ou de drapage pour les composites. Ces outils étaient dessinés, puis sous-traités en usinage ou en menuiserie de modèle, pour un délai de deux à quatre semaines et un coût de plusieurs milliers d'euros. Une imprimante à granulés dans l'atelier, ou un prestataire équipé, les livre en un à trois jours pour quelques dizaines à quelques centaines d'euros de matière. Les chantiers navals et les carrossiers s'en servent pour les moules de pièces composites, imprimés en polymère chargé puis usinés en surface, qui remplacent des moules en bois ou en résine longs à fabriquer.

Le mobilier, la scénographie et l'architecture d'intérieur y trouvent une autre logique. Un comptoir courbe, une cloison ajourée, un décor de salon ou de vitrine se dessinent et s'impriment en une pièce ou en quelques sections, sans moule, ce qui met la pièce unique au prix de la petite série.

Ce que ces procédés ne font pas bien

La précision reste inférieure à celle de l'usinage. Sur une pièce de deux mètres, le retrait au refroidissement et les contraintes internes produisent des écarts de plusieurs millimètres, ce qui impose d'usiner les surfaces fonctionnelles après impression. L'état de surface montre les couches, et une pièce visible demande un ponçage, un enduit ou une peinture. La résistance mécanique est plus faible dans le sens de l'empilement des couches que dans le plan, ce qui oblige à orienter la pièce en fonction des efforts qu'elle subira. Enfin, la matière plastique imprimée en cordon épais retient des vides, et une pièce étanche ou sous pression n'est pas acquise.

Les fabricants réduisent ces défauts avec des enceintes chauffées, des matériaux chargés de fibres qui se rétractent moins, des bras à plusieurs axes qui déposent la matière dans plusieurs directions, et une compensation des déformations dès la conception. Mais pour une pièce précise, produite en série, l'injection et l'usinage restent moins chers dès quelques dizaines d'exemplaires. L'impression grand format vaut pour la pièce unique, la petite série et l'outil, pas pour la production.

Acheter la machine ou acheter la pièce

Une PME qui a besoin de quelques pièces par an passe par un prestataire, à partir des fichiers 3D, et paie de quelques centaines d'euros pour un gabarit en polymère à plusieurs dizaines de milliers pour une pièce métallique de grande taille. Le devis se compare au coût de la solution traditionnelle, moule, usinage ou assemblage, délai compris. La machine se justifie quand l'atelier produit ses outils en continu, ce qui est le cas d'un chantier naval, d'un carrossier industriel ou d'un fabricant de composites, et suppose une personne formée à la conception pour la fabrication additive, qui n'est pas la même chose que dessiner pour l'usinage. Les réseaux régionaux de la fabrication additive et les centres techniques comme le Cetim permettent de tester avant d'investir.