Magazine Mardi 25 juin 2019 - 10:30

Les matériaux en fabrication additive : une croissance soutenue et solide

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Les matériaux sont devenus l’un des enjeux les plus importants du secteur de la fabrication additive. Si les polymères et les métaux classiques restent les matériaux les plus utilisés, l’offre se diversifie. Les matériaux se combinent et se personnalisent, à l’image d’une technologie « sur mesure ».

Tous les ans, A3DM Magazineanalyse l’évolution du marché des matériaux en fabrication additive, dont dépend le développement des technologies, des procédés et des applications associées. Il est donc primordial que ce marché se porte bien, que les évolutions répondent aux besoins des industriels, tout comme il est indispensable que ces évolutions soient approuvées et validées par les instances de normalisation.

L’état des lieux en 2019

La situation du marché

Selon le rapport Wohlers 2019, le marché mondial de la fabrication additive et des matériaux a été évalué en 2018 à 12,79 milliards de dollars et devrait enregistrer un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 25,7 % sur la période de prévision allant de 2019 à 2024. Ces très bons chiffres sont principalement dus à l'évolution des systèmes et des matériaux, à la baisse des prix des machines, ainsi qu’à une notoriété croissante de la technologie. En outre, la demande en hausse de véhicules légers, rapides et à faible consommation de carburant, ont également alimenté la croissance du secteur de la fabrication additive. Autre indicateur particulièrement encourageant : le secteur des matériaux a connu en 2018 une croissance record. Cette croissance est en grande partie assurée par les métaux, dont les revenus ont augmenté d’environ 41,9 %. Les polymères ont également progressé, avec des ventes record pour les poudres plastiques. La croissance des équipements et des applications en fabrication additive devrait encore être renforcée par les investissements accrus en recherche et développement, ainsi que par l'introduction de nouvelles combinaisons de matériaux. À cette fin, il est essentiel de cibler au mieux les défis de demain.

De nouveaux défis

Dans le prolongement d’une étude réalisée en 2017, Jabil a parrainé une nouvelle enquête sur l’état des lieux des matériaux en fabrication additive et en impression 3D. Notre attention a particulièrement été attirée par une comparaison portant sur les grands défis à relever dans le domaine des technologies additives au cours des deux dernières années : en 2017, les principaux obstacles rencontrés par les entreprises étaient le coût préalable et postérieur aux traitements, le coût des systèmes, le manque d’expertise interne et enfin le coût des matériaux ; deux ans plus tard, en 2019, les priorités ont changé ! Le coût des matériaux a gagné la tête du classement, suivi par la qualité des pièces, le coût des systèmes et enfin le choix limité de matériaux. De nouveaux défis à relever pour le secteur de la fabrication additive ! 

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Les plus grands défis à relever dans le domaine de la fabrication additive.

Le riche catalogue des matériaux en fabrication additive

Avec le développement de la fabrication additive et les nouveaux besoins des industriels, la gamme des matériaux utilisée en fabrication additive s’élargit, même si, parmi eux, quelques-uns trustent le marché. Les polymères et les métaux restent en tête !

Les polymères

Les plastiques et les polymères sont actuellement les matériaux les plus couramment utilisés, principalement pour leur praticité, leur légèreté et leur prix. Quelques polymères bien implantés occupent majoritairement le marché.

L’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est le plastique le plus répandu dans les applications de production par impression 3D. Il est solide, durable et peu coûteux. C’est un matériau idéal pour les boyaux, les gabarits, les montages et de nombreuses autres pièces d’utilisation finale.

Le polyamide (PA), également appelé « nylon », est plus résistant que l’ABS, mais il coûte aussi plus cher. Il possède un grand nombre de propriétés physiques, notamment une robustesse et une ductilité importantes, qui en font un matériau de choix pour les prototypes fonctionnels.

Le polycarbonate (PC) est un polymère léger et dense, avec une bonne résistance à la traction. Il est également très résistant aux chocs. Lorsqu’il est renforcé de fibres, il peut être utilisé pour imprimer des pièces d’une rigidité et d’une résistance exceptionnelles.

Les métaux

Toujours selon l’enquête réalisée par Jabil en 2019, le métal reste le matériau préféré des fabricants. Toutefois, celui-ci est encore cher et nécessite d’être certifié, pour les pièces critiques, avec l’ensemble du processus. En fabrication additive, les métaux les plus utilisés sont généralement l’acier, le titane et l’aluminium.

L’acier est un matériau très abordable en termes de coût. Il est utilisé dans des environnements à haute pression et haute température, dans lesquels le poids n’est pas une préoccupation.

Le titane est un métal léger, résistant et biocompatible. Il est particulièrement apprécié pour les applications aéronautiques et spatiales, mais aussi médicales.

L’aluminium n’est pas aussi solide que l’acier ou le titane, mais il est plus résistant à la corrosion. Il est également léger et polyvalent, ce qui le rend idéal pour le secteur automobile. Enfin, il offre la possibilité de créer des pièces avec des détails fins.

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Les céramiques

Les céramiques ont des propriétés mécaniques supérieures en compression à celles des métaux et des plastiques. Elles résistent également à des températures plus élevées et possèdent des conductivités électriques et thermiques pouvant être exploitées pour une large gamme d’applications. Elles sont particulièrement populaires dans les industries de l’aéronautique, du spatial et de l’automobile. La légèreté de ce matériau, combinée à sa capacité à supporter des niveaux de chaleur élevés sans se rompre, ni se déformer, en fait un produit idéal pour les applications à haute température.

Les matériaux composites

Les matériaux composites sont fabriqués à partir de deux matériaux offrant des propriétés physiques complémentaires. Ils sont très utilisés pour l’outillage, mais aussi pour la fabrication de pièces fonctionnelles, par exemple des composants aux géométries complexes pour des avions ou des voitures produites en édition limitée. Parmi les matériaux composites les plus populaires, on trouve ceux renforcés de fibres de carbone ou de fibres de verre. La gamme des composites est en expansion constante.

Les matériaux d’ingénierie personnalisés

À l’heure où l’on souhaite des produits personnalisés et des services sur mesure, les industriels se montrent également exigeants, avec des demandes de matériaux personnalisés présentant des propriétés spécifiques : propriétés en termes de résistance, de résistance chimique ou d’intégration à des machines. Ces matériaux, qui requièrent souvent une certification ISO 9001 pour mettre en place un système de gestion de la qualité (QMS), sont de plus en plus présents sur le marché.

Les chiffres de la fabrication additive métallique

Dans un rapport de suivi et de prévision du marché pour les opportunités de la fabrication additive métallique, SmarTech Analysis a mis en évidence une croissance de 48 % des ventes de poudres d’aciers pour la fabrication additive en 2018. L’acier est un alliage de métal constitué de fer et de carbone, qui présente des propriétés mécaniques très intéressantes pour les industries, avec notamment une résistance à la déformation, à la rupture et aux chocs ainsi qu’une dureté élevée. Comparé à d’autres métaux, l’acier est plus accessible et peut être employé sous différents types d’alliages, le rendant encore plus attrayant pour les industries ayant des exigences particulières. Les aciers inoxydables tirent très bien leur épingle du jeu, même si les prévisionnels annoncent qu’une partie d’entre eux pourraient être remplacés par des alliages d’acier sur mesure.

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Prévision des parts de marché des poudres métalliques par catégorie en 2027 par rapport à 2018.

Les données du rapport de SmarTech Analysis pointent également l’importance des alliages de nickel et leurs revenus : ceux-ci ont fortement progressé en 2018 et largement dépassé la croissance moyenne du marché. Les alliages de nickel – qui peuvent être définis comme des superalliages, c’est-à-dire des métaux à base de nickel comprenant de grandes quantités de chrome, de molybdène, de tungstène ou de cobalt – sont parmi les métaux les plus intéressants en fabrication additive métallique. En raison de leur maturité établie, ils offrent de grandes opportunités d’applications dans de nombreux domaines. Bien qu’il existe un large éventail d’alliages à base de nickel dans la fabrication traditionnelle, la fabrication additive doit se limiter aux superalliages de chrome. Des évolutions sont encore attendues dans ce domaine !

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Croissance totale des revenus des poudres en fabrication additive de 2017 à 2018, par segment, à l’échelle mondiale.

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