Magazine Mercredi 20 novembre 2019 - 14:07

L’Amérique du Nord en leader

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Des origines de l’impression 3D dans les années 1980 à aujourd’hui, les États-Unis ont piloté le secteur de la fabrication additive. Leur voisin canadien a également compris les enjeux de ces technologies pour l’industrie nationale. Plus de trente ans d’innovations, de brevets et d’investissements !

Il y a plus de trente ans, en déposant les premiers brevets, la France et les États-Unis étaient à l’avant-garde de la fabrication additive. En France, le premier brevet a été déposé en juillet 1984 par Jean-Claude André, du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et de l’institut national polytechnique de Lorraine, Olivier de Witte et Alain Le Méhauté, ingénieurs électrochimistes du centre de recherche de la Compagnie Générale d’Électricité, futur Alcatel. Parallèlement, l’américain Chuck Hull expérimentait, dès 1982, le procédé d’impression 3D par stéréolithographie (SLA), obtenant le 11 mars 1986 l’enregistrement du brevet américain 4.575.330. La technologie SLA devenait alors un procédé révolutionnaire permettant de fabriquer un objet à partir d’un fichier CAO. Une lumière ultra-violette (UV) est utilisée pour solidifier des couches de résine photopolymère liquide. Cette technologie permet de fabriquer en quelques heures des objets, souvent des prototypes, qui auraient nécessité plusieurs mois avec les méthodes traditionnelles. À la suite de ce brevet américain, Chuck Hull créera une entreprise qui deviendra rapidement un des leaders dans le domaine : 3D Systems. Fondé à Valence, en Californie, aux États-Unis, le géant de l’impression 3D lancera à la fin de l’année 1988 le premier système SLA, l’ALS-250, puis le système de projection de matériaux appelé « modélisation à jet multiple », en 1996.

Secteur privé et engagement du gouvernement américain

Depuis Chuck Hull, les États-Unis ont investi beaucoup de fonds dans les nouvelles technologies additives, tant à travers le secteur privé que public. Dans un rapport paru en août 2019, le Congrès américain vantait son système privé et ses financements : « Le secteur privé a longtemps été la principale source d’innovation en matière de technologies d’impression 3D représentant, jusqu’en 2015, environ 90 % des brevets de fabrication additive ». Parallèlement, le gouvernement fédéral a joué un rôle relativement modeste mais toutefois déterminant à travers « le financement direct du développement de la technologie », comme le constate l’Institut d’analyse de la défense (IDA) du Département de la Défense des États-Unis (DOD). Le soutien fédéral a également été fondamental pour « la diffusion des connaissances issues des brevets afin d’améliorer les technologies et de développer de nouvelles applications ». Le rapport du Congrès indique en outre que la Fondation national pour la science (NSF) a participé au développement de quatre des six procédés d’impression 3D mis au point dans les années 1980 et 1990.

Au cours de cette période, la fabrication additive a principalement été utilisée comme moyen de prototypage rapide et de fabrication d’outillage. Au vue du potentiel de la technologie, le développement s’est accéléré au début du siècle et a pris un nouveau tournant au cours des dix dernières années. Les organismes fédéraux américains ont intensifié leur soutien à l’image de la NSF qui, selon le Science and Technology Policy Institute, a consacré, depuis 1986, plus de 200 millions de dollars à la recherche sur la fabrication additive et ses activités connexes. Aujourd’hui, le nombre d’organismes fédéraux participant au financement de la R&D dans le domaine a fortement augmenté, notamment avec la NASA, l’Institut national des normes et de la technologie (NIST) du Département du commerce, le Département de l’énergie ou encore le Département de la Défense, qui comprend plusieurs organisations de recherche : laboratoires de recherche de l’armée de terre, de la marine et de la force aérienne, Agence pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA).

Ces agences fédérales soutiennent la recherche à travers les établissements universitaires et leurs laboratoires, mais aussi les petites et grandes entreprises. Elles parrainent des conférences techniques et participent à l’élaboration des normes. Pour aider au développement, elles ont également mis en place plusieurs feuilles de route technologiques. En août 2012, l’ancien président des États-Unis, Barack Obama, s’engageait en faveur de l’innovation : « Nous ne pouvons pas attendre », expliquait-il. Il a ainsi créé America Makes, l’Institut national pour l’innovation dans la fabrication additive, un partenariat public-privé entre les agences du gouvernement fédéral, le secteur privé et les universités, avec l’objectif de s’attaquer aux problèmes, d’accélérer la recherche et le développement ainsi que la migration du secteur manufacturier américain vers la fabrication additive. Basé à Youngstown, dans l’Ohio, America Makes est géré par le Centre national de fabrication et d’usinage de défense (NCDMM). Selon le Government Accountability Office (GAO), cet institut a reçu, entre août 2012 et août 2019, 56 millions de dollars de fonds fédéraux et 85 millions de dollars de fonds privés. Au mois de décembre 2018, il comptait 225 membres. En parallèle, de nombreux autres laboratoires nationaux utilisant l’impression 3D tirent profit de ces investissements publics-privés tels que ceux d’Oak Ridge, de Lawrence Livermore (LLNL), de Los Alamos, les laboratoires Sandia ou encore le Fermilab.

Le gouvernement américain participe également au développement du secteur de la fabrication additive à travers d’autres moyens : en achetant, par exemple, des produits imprimés pour de nombreux secteurs comme ceux de la défense et de la santé. Il contribue aussi à la création des normes du secteur, aussi bien dans le domaine aérospatial que médical, tout en coopérant avec le comité F42 d’ASTM International et la Society of Manufacturing Engineers.

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Une équipe de chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) rapporte la création de composants en verre transparent imprimés en 3D.

Les fournisseurs américains leaders

Depuis le premier brevet en 1986, les États-Unis jouent un rôle de premier plan dans le développement des procédés de fabrication additive. Après l’impression 3D SLA (stéréolithographie) développée par 3D Systems, une deuxième société américaine va se démarquer : en 1988, Scott et Lisa Crump développent le procédé par dépôt de matière fondue (Fused Deposition Modeling – FDM) et créent l’entreprise Stratasys. Le brevet est déposé l’année suivante. Basée à Minneapolis, dans le Minnesota, puis à Rehovot, en Israël, Stratasys deviendra le premier fournisseur mondial de systèmes d’impression 3D et de solutions de fabrication additive. Grâce à ses imprimantes 3D à base de plastique relativement peu coûteuses, telles que la machine Genisys, lancée en 1996, la société a su conquérir un vaste public. Elle a également su s’étendre en acquérant Solidscape et MakerBot, fournisseur d’imprimantes 3D de bureau grand public, en 2013, puis GrabCAD en 2014. En 2018, Satratasys a accaparé 19,2 % de part du marché des systèmes de fabrication additive avec environ 3 700 systèmes industriels vendus sur l’année. En deuxième et troisième positions de ce classement se placent deux autres sociétés américaines : Markforged, connue pour son procédé de fabrication additive métallique ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) et sa machine Metal X, avec 14,70 % des parts de marché, puis 3D Systems avec 12,30 % des parts de marché.

L’histoire de la fabrication additive s’est également construite grâce à d’autres acteurs américains. Dans les années 1980, le Dr. Carl Deckard, de l’université du Texas, à Austin, invente la technique du frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering - SLS). Breveté par la société DTM Corporation quelques années plus tard, le SLS permet la production de pièces ou d’objets en métal, en plastique, en verre, en céramique ou en composite grâce à un ou plusieurs lasers de haute puissance. La société sera rachetée en 2001 par 3D Systems. En 1993, le MIT (Massachussetts Institute of Technology) développe le procédé 3DP (Three Dimensional Printing), fonctionnant à partir d’un liant projeté sur une poudre afin de fabriquer l’objet. Depuis, les innovations se sont accélérées et les États-Unis ont gardé une place prépondérante.

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L’agence américaine d’architecture AI Spacefactory a remporté le 3D-Printed Habitat Challenge ainsi que la somme de 500 000 dollars.

Le Canada en développement

Son voisin canadien se concentre davantage sur des secteurs spécifiques, dont le développement est porté par l’aérospatiale et la médecine, même si d’autres secteurs tels que l’énergie, la marine, l’agriculture, le pétrole et le gaz ou encore l’automobile adoptent petit à petit les technologies additives. Le gouvernement a toutefois bien compris les enjeux et s’engage également par le biais de ses agences : 150 millions de dollars ont été investis jusqu’à présent dans l’Advanced Manufacturing Supercluster géré par NGen, une organisation à but non lucratif qui regroupe les entreprises de fabrication. À l’image des Américains, le gouvernement canadien a créé Canada Makes, un réseau d’entités privées, publiques et universitaires, à but non lucratif, voué à l’adoption et au développement des technologies de fabrication dont l’impression 3D. D’autres plates-formes visent également à relever les défis de la fabrication additive métallique. Financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) ainsi que la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), le NSERC HI-AM (Innovation holistique dans la fabrication additive) a été inauguré en 2018. Situé dans l’Université de la Colombie-Britannique (UBC), ce cluster a récemment fait l’acquisition d’une machine Arcam EBM Q20plus de GE Additive. En juillet 2019, le Conseil national de recherches Canada (CNRC) et Polycontrols se sont associés pour créer une nouvelle installation de collaboration afin de stimuler l’innovation et d’aider l’industrie de la fabrication additive par projection à froid à améliorer son efficacité, sa productivité et ses délais de commercialisation. Installé sur le site du CNRC à Boucherville, au Québec, l'ouverture du centre Poly/CSAM est prévue pour février 2020. Durant six ans, il offrira également aux industriels une formation leur permettant de mettre en œuvre la technologie de manière sécurisée. Le Canada est un pays riche en ressources naturelles et occupe une position très forte dans la fabrication de poudres métalliques avec des sociétés telles qu’AP&C, Tekna, Pyrogenesis ou encore Equispheres. La société Tekna, par exemple, a reçu un investissement financier de 15 millions de dollars du gouvernement national et de la province du Québec. Fin 2018, Burloak Technologies, société acquise en 2017 par Samuel, Son & Co., a ouvert son Centre d’excellence en fabrication additive à Oakville, dans l’Ontario. Un de plus en Amérique du Nord !

Lire la suite du dossier sur "la fabrication additive dans le monde".

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