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Ambassade de France à Washington Service pour la Science et la Technologie 4101

Ambassade de France à Washington Service pour la Science et la Technologie 4101 Reservoir Road NW, Washington, DC 20007 Tél. : +1 202 944 6246 Mail : info@france-science.org URL : http://france-science.org Domaine : Politique technologique, innovation, physique Document : Rapport d’Ambassade / Consulat Général de France à San Francisco, Californie Titre : Impression 3D : Les prémisses d’une nouvelle (r)évolution industrielle ? Auteur(s) : Pierrick Bouffaron (deputy-cleantech@ambascience-usa.org) Date : Septembre 2014 Mots-clés : Politique technologique, innovation, physique Résumé : Depuis quelques années, l’impression tridimensionnelle – plus couramment appelée impression 3D – suscite un intérêt croissant chez les industriels, les passionnés de technologie et les académiques. Les procédés de production par fabrication additive que le terme englobe sont régulièrement présentés comme une rupture du schéma traditionnel des industries manufacturières, notamment en matière de propriété intellectuelle et de relation entre producteurs, vendeurs et consommateurs sur l’ensemble de la chaîne de valeur produit. L’hypermédiatisation qui accompagne la baisse accélérée des prix des imprimantes 3D pourrait méprendre sur l’origine du procédé. Les premières expériences remontent aux années 1960, les pionniers Charles Hull [1] et Scott Crump [2] (les fondateurs respectifs de deux leaders mondiaux actuels du secteur, 3D Systems Corp. [3] et Stratasys [4]) ayant alors déposé les premiers brevets. L’impression tridimensionnelle est en réalité un terme chapeau recouvrant plusieurs types de technologies, la stéréolithographie et le frittage sélectif par laser étant les plus courants. Pourtant, malgré le potentiel, les promesses et le buzz autour de l’impression 3D, le développement du secteur s’effectue à un rythme relativement modeste : les moyens de production classiques conserveront la majorité des parts du marché productif à court et moyen termes, et ce sont les segments du prototypage, des productions de faibles volumes et des produits personnalisés qui vont d’abord se distinguer. D’après le rapport Wohlers [26], le marché des imprimantes 3D à destination des particuliers a augmenté de 346% entre 2008 et 2011, grâce notamment au succès du projet open- source RepRap, mais cette croissance a fortement ralenti dans les dernières années [27- 28]. Que nous réserve le futur ? Certains experts affirment que la prochaine étape sera celle des imprimantes 4D, c’est-à-dire des objets 3D imprimés avec une mémoire contextuelle, capables d’adapter leur comportement à l’environnement immédiat : imaginons, par exemple, une chaussée capable de modifier sa structure interne pour s’adapter aux intempéries. Si nous sommes loin de la fiabilité technique et de la viabilité économique de telles technologies, elles laissent présager des voies potentielles de développement et des ruptures comportementales engendrées par l’essor certain de l’impression… multidimensionnelle ? NB : Retrouvez toutes nos publications sur : http://france-science.org/Bulletins-Electroniques-Etats-Unis.html 1 Ambassade de France aux Etats-Unis – Note de synthèse Innovation. P. Bouffaron, Août 2014. Impression 3D Les prémisses d’une nouvelle (r)évolution industrielle ? Pierrick Bouffaron Mission pour la Science et la Technologie Consulat Général de France à San Francisco 2 Ambassade de France aux Etats-Unis – Note de synthèse Innovation. P. Bouffaron, Août 2014. RESUME Depuis quelques années, l’impression tridimensionnelle – plus couramment appelée impression 3D – suscite un intérêt croissant chez les industriels, les passionnés de technologie et les académiques. Les procédés de production par fabrication additive que le terme englobe sont régulièrement présentés comme une rupture du schéma traditionnel des industries manufacturières, notamment en matière de propriété intellectuelle et de relation entre producteurs, vendeurs et consommateurs sur l’ensemble de la chaîne de valeur produit. L’hypermédiatisation qui accompagne la baisse accélérée des prix des imprimantes 3D pourrait méprendre sur l’origine du procédé. Les premières expériences remontent aux années 1960, les pionniers Charles Hull [1] et Scott Crump [2] (les fondateurs respectifs de deux leaders mondiaux actuels du secteur, 3D Systems Corp. [3] et Stratasys [4]) ayant alors déposé les premiers brevets. L’impression tridimensionnelle est en réalité un terme chapeau recouvrant plusieurs types de technologies, la stéréolithographie et le frittage sélectif par laser étant les plus courants. La différence principale de l’impression 3D vis-à-vis des procédés industriels traditionnels basés sur des méthodes de soustraction de matière (par exemple une combinaison de broyage, moulage, soudage et/ou collage) est la production additive, par couches successives, engageant de petites quantités de matériaux jusqu’à l’obtention d’un produit en trois dimensions. Le volume du produit est digitalisé dans un fichier CAO (Conception Assistée par Ordinateur), découpé numériquement en couches avant d’être imprimé étape par étape grâce à un mix d’encres et d’additifs (plastiques, métaux ou céramiques) selon le type et la qualité désirée du produit final. La possibilité de concevoir et d’imprimer des objets à la demande, selon un schéma de fabrication distribué par opposition aux chaînes classiques de production, a le potentiel de transformer les codes hérités de la révolution industrielle. Les acteurs dont le modèle d’affaire repose sur une production de masse, désormais fragmentable en productions locales (nous verrons que le transfert n’est pas évident), devront savoir s’adapter face à l’émergence de nouveaux entrants, l’apparition de services novateurs et donc une nouvelle répartition des valeurs marchandes. Le profil des acteurs du secteur manufacturier va évoluer en conséquence : des technologies 3D accessibles à moindre coût ouvrent notamment la voie aux développeurs, entrepreneurs et investisseurs de taille plus modeste. Des contraintes subsistent : le prix des intrants de matière n’est pas uniformément compétitif (citons le cas de la poudre de titane utilisée dans l’industrie, dont la production reste coûteuse) et la maîtrise d’outils CAO reste impérative malgré l’émergence progressive de logiciels 3D plus accessibles. De nombreux acteurs se positionnent aujourd’hui sur le marché de l’impression tridimensionnelle. Au- delà des fournisseurs d’équipements leaders comme 3D Systems Corp., Stratasys ou le suédois Arcam [5], d’autres géants s’attaquent au filon en ciblant des segments différents : Amazon a lancé son site d’e-commerce permettant d’échanger des fichiers CAO [6-8], eBay a inauguré en 2013 une application permettant de se procurer des objets 3D [9]. MakerBot, l’un des leaders de l’impression 3D à destination des particuliers, a fusionné en août 2013 avec Stratasys. Fusions-acquisitions, entrées en bourse, nouvelles startups : le paysage de l’impression 3D bouillonne. 3 Ambassade de France aux Etats-Unis – Note de synthèse Innovation. P. Bouffaron, Août 2014. Dans un autre registre, les laboratoires et les workshops du type FabLabs [10] et Techshops [11-12] se développent de manière accélérée aux Etats-Unis mais également en Europe. L’idée ? Celle de permettre à tout un chacun de créer, tester des designs, produire des objets dans des espaces de travail et de bricolage communautaires sans avoir à investir dans des équipements coûteux. Dans le secteur de la santé, l’impression 3D concentre de nombreux espoirs. La plupart des acteurs pharmaceutiques et hospitaliers ont compris l’importance de leur positionnement sur ce marché stratégique : la production de prothèses et d’implants sur mesure, en se basant sur des données sources issues de scanner et d’IRM, et la production de membres robotisés sont les exemples régulièrement rencontrés dans la presse [13-16]. Dans le secteur de l’énergie, l’impression 3D peut également tout bouleverser : à Harvard, une équipe de chercheurs est capable d’imprimer par superposition de minces couches d’électrodes d’épaisseur microscopique afin de produire des batteries lithium-ion plus petites qu’un grain de sable [17]. C’est une avancée majeure les domaines des applications médicales, de l’aérospatial et des télécommunications, des secteurs dans lesquels de nombreux composants résident dans le domaine microscopique. Et les innovations se multiplient : Microsoft développe la technologie infraStructs, qui intègre des tags aux objets imprimés en 3D pouvant relayer de l’information grâce à une lecture par scanner [18-19]. L’encodage d’informations complexes pour des applications – notamment militaires – a une forte valeur marchande. Certains leaders de l’industrie du jouet commencent à utiliser l’impression tridimensionnelle sur leurs nouvelles gammes de produits : le géant du jouet Hasbro s’est associé avec le leader 3D Systems Corp. [20] tandis que le fabricant MakieLab imprime désormais des poupées thermoplastiques [21]. Les constructeurs automobiles s’intéressent à la production de pièces de rechange, notamment pour les anciens modèles de véhicules [22], et l’industrie aérospatiale produit déjà des pièces plus légères grâce aux imprimantes 3D. Les vêtements et accessoires imprimés destinés aux sportifs seront plus légers et résistants afin d’améliorer leurs performances [23]. La NASA travaille à imprimer de la nourriture dans l’espace à destination des astronautes [24-25]. Pourtant, malgré le potentiel, les promesses et le buzz autour de l’impression 3D, le développement du secteur s’effectue à un rythme relativement modeste : les moyens de production classiques conserveront la majorité des parts du marché productif à court et moyen termes, et ce sont les segments du prototypage, des productions de faibles volumes et des produits personnalisés qui vont d’abord se distinguer. D’après le rapport Wohlers [26], le marché des imprimantes 3D à destination des particuliers a augmenté de 346% entre 2008 et 2011, grâce notamment au succès du projet open- source RepRap, mais cette croissance a fortement ralenti dans les dernières années [27-28]. Que nous réserve le futur ? Certains experts affirment que la prochaine étape sera celle des imprimantes 4D, c’est-à-dire des objets 3D imprimés avec une mémoire contextuelle, capables d’adapter leur comportement à l’environnement immédiat : imaginons, par exemple, une chaussée capable de uploads/Industriel/ smm14-025-impression-3d-les-premisses-d-une-nouvelle-r-evolution-industrielle.pdf