L'imprimante 3D et le domaine de la médecine

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2014 une « imprimante 3D géante » avec comme projet de construire une maison en 24 heures. L'imprimante est ici un robot qui projette du béton selon un plan stocké dans l'ordinateur qui le commande. De tels robots pourraient construire, pour tout ou partie avec des matériaux prélevés sur place des édifices civils et militaires, des pistes d’atterrissage, des routes, des hangars ou encore murs anti-radiation ainsi que des structures éventuellement habitables sur la lune, mars ou d'autres environnements extraterrestres (dans le plus fou des scénarios). Des tests sont faits dans un laboratoire situé dans le désert de la Nasa (D-RATS). Ce procédé est testé à petite échelle (projet "maison du futur / Urban initiative policy" (2004)) et il est envisagé par des industriels depuis plusieurs années.

Des robots capables d'imprimer des structures tridimensionnelles peuvent par exemple construire un pont autoportant (de taille modeste) sans avoir besoin d’échafaudage et en "imprimant" eux-mêmes leur propres structures de soutien qui peuvent devenir des pièces de l'architecture au fur et à mesure que son plan se matérialise. Un premier projet a porté sur l'utilisation de sable comme matériau de base et mi-2015, une start-up néerlandaise a ainsi annoncé vouloir tester (mi-2017) la construction d'un pont piéton de 7 mètres au-dessus d'un canal d'Amsterdam, en s'appuyant sur la méthode dite « impression hors de la boîte ». Dans ce cas les robots construiront le pont en projetant des petites quantités d'acier fondu, via des bras mobiles selon 6 axes, avec un gaz de soudage spécialement développé.

B / Les techniques d'imprimantes 3D les plus courantes

1. Le dépôt de filament fondu :

La technique de dépôt de filament fondu aussi appelée Fused Deposition Modeling (FDM) est une méthode qui a vu le jour il y a une trentaine d'années grâce à Scott Crump. FDM étant une marque déposée, d'autres appellations sont utilisées comme par exemple Fused Filament Fabrication. FDM est le procédé utilisé par la majorité d'imprimantes 3D. Son principe de fonctionnement est simple : un matériau, souvent présenté sous forme de bobine, passe à travers une buse d'extrusion chauffée a plus de 170°. Il fond et se dépose sur un support par couches dont la finesse varie en fonction du matériel et des réglages (0,02 mm en moyenne). Une fois la première couche terminée, le plateau d'impression descend pour recevoir la seconde et ainsi de suite. On peut également trouver des imprimantes FDM dotées de 2 buses d'extrusion. Cela permet entre autres d'imprimer un objet dans deux couleurs différentes ou deux matériaux différents.

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2. La stéréolithographie (SLA) :

Il s'agit de la première technologie d'impression 3D, apparue en 1986. Cette technique n'utilise ni buse ni de fil en plastique. À la place c'est grâce a un laser ultra-violet et un bac de photo polymère liquide que l'on va pouvoir imprimer couche par couche. Le laser frappe le liquide qui se solidifie sous l'effet des ultra-violets. Un plateau immergé dans le bac supporte le matériau ainsi solidifié et descend, comme pour la FDM, pour passer d'une couche à la suivante. Ce procédé est nettement plus lent que le FDM car en plus de la durée de la création a la fin il faut nettoyer et chauffer l'objet pour le solidifier.

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Technique de la SLA

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C / Applications concrètes

Alors que Maxence est devenu le premier enfant en France à recevoir une prothèse imprimée en 3D, regardons les progrès incroyables permis par cette technologie et les avancées dans le domaine de la prothèse médicale.

Un petit garçon âgé de 6 ans a reçu le 17 août 2015, une prothèse de main droite imprimée en 3D. Habitant l'Isère, Maxence est ainsi devenu le premier enfant à recevoir en France une prothèse fabriquée par l'un des 3 600 volontaires du réseau e-NABLE (association qui met à disposition en libre accès des plans de fabrication.) Ce n'est pas une révolution d'un côte technique car le fonctionnement de la prothèse dont bénéficie Maxence est assez rudimentaire. Ce qui change en revanche, c'est la facilité avec laquelle ce type de dispositif peut être produit, et donc son faible coût (50 à 200 €).

Prothèse de main imprimée en 3D[pic 7]

Des prothèses toujours plus perfectionnées

Dans le domaine de la prothèse médicale, les avancées techniques vont bien au-delà du membre artificiel de Maxence fabriqué à partir d'une quinzaine de pièces en plastique, d'un peu d'élastique, de fil de nylon et de quelques vis. En 2013, un suédois a par exemple été la première personne a bénéficier d'une prothèse se greffant directement sur l'os et connectée aux nerfs et aux muscles, de façon à être contrôlée par la pensée.

Dans la même veine, une innovation a permis à un patient de retrouver le sens du toucher, de sentir à nouveau la texture des objets. Une société britannique, RLSteeper, a de son côté choisi de mettre l'accent sur l'agilité du membre artificiel. Résultat ? Un bijou de technologie à destination des personnes ayant subies une amputation de la main qui permet de retrouver un usage quasi complet du membre. La technologie 3D permet en effet de fabriquer à facilement et à moindre coût du sur-mesure. À tel point qu'un mécanicien amputé à la suite d'un accident a imprimé lui-même sa propre prothèse!

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Des maisons de 200 m² imprimées en 3D pour 3 500€ !

Il n’aura fallu qu’un seul jour pour fabriquer la première maison par impression 3D et c’est dans la ville de Shanghai que cela s’est passé il y a tout juste un an. C’est la société Shanghai WinSun Decoration Engineering Co qui est à l’origine de ce baptême dans l’industrie de la construction et explique travailler depuis plusieurs années sur la machine et les matériaux de construction. L’imprimante 3D développée par le groupe chinois est imposante, elle mesure 32 mètres de long, 10 mètres de large