Magazine Mardi 9 mars 2021 - 16:45

L’importance des poudres pour le développement de la fabrication additive

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Les poudres font partie des matériaux indissociables pour la fabrication additive. Polymère, métal ou céramiques, celles-ci ont de nombreux avantages et font les beaux jours de ces technologies. Petit tour d’horizon avec A3DM Magazine.

Le secteur de la fabrication additive a connu trois décennies fastes avec une croissance annuelle de près de 30 %, selon les chiffres du rapport Wohlers 2020. L’année 2019 a connu une croissance annuelle de 21,2 % avec un chiffre d’affaires total de 11,8 milliards de dollars, soit un ralentissement par rapport à l’année précédente, et une croissance de 33,5 % pour un chiffre d’affaires de 9,79 milliards. Ces chiffres incluent les ventes de systèmes de fabrication additive, les matériaux et les produits du marché secondaire comme les logiciels ou encore les lasers. Ils comprennent également les services : la production de pièces, les contrats de maintenance, les formations, la communication ou encore la recherche et le conseil. Près de 2 milliards sont liés aux ventes de matériaux, un secteur qui a connu une croissance de 28,2 % sur la dernière année. Les matériaux comprennent les photopolymères liquides, les poudres, les pastilles, les filaments, les fils, les feuilles et quelques autres formats. En 2019, les photopolymères accaparent 31,9 %, soit presque un tiers du marché global. Ils sont suivis par les poudres polymères avec 28,1 %, puis par les filaments avec 20,6 %. Le métal, avec 17,4 %, se trouve au pied du podium. Le reste des matériaux (céramiques, cires, feuilles...) représente seulement 2 % des ventes (figure 1). Au sein des polymères, le marché est réparti de la manière suivante : 56,6 % pour le polyamide, 22,9 % pour les photopolymères, 7,2 % pour l’ABS, 3,6 % pour le PLA, 3,6 % pour l’ULTEM et 6 % pour les autres.

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Division du marché des matériaux impression 3D

Le marché des matériaux

Crise. Que valent les chiffres annoncés ?

L’année 2020 a été marquée et altérée par la crise sanitaire de la Covid-19. En termes de développements futurs, celle-ci a transformé nos vies, nos métiers mais également nos capacités à prévoir à moyen terme nos économies. La fabrication additive ne fait pas exception. Elle est particulièrement affectée par les effets sur les secteurs aérospatial et automobile. Difficile donc de prédire l’avenir. Pour le cabinet Markets and Markets, la taille du marché mondial des matériaux d’impression 3D devrait passer de 1,6 milliard de dollars en 2020 à 4,5 milliards d’ici 2025, avec un taux de croissance annuelle composée (TCAC) de 23,5 % entre 2020 et 2025. Cette croissance est principalement due à l’augmentation de la demande des soins de santé. Mais, la croissance sera-t-elle ralentie en raison de la crise sanitaire ? Il est possible d’espérer que la fin des confinements et la reprise industrielle stimuleront la demande de matériaux d’impression 3D au cours des mois à venir. Les chiffres précédemment annoncés sont donc à prendre avec précaution. Le temps nous permettra d’avoir une vision plus précise.

Les besoins de matériaux innovants

Le tableau n’est toutefois pas si sombre. Les développements de nouveaux produits répondent à des applications innovantes :

  • Dans l’aérospatiale et la défense, en particulier sur les matériaux légers et avancés.
  • Dans le médical avec les besoins pour les équipements chirurgicaux, les prothèses et implants ou encore les produits d’ingénierie tissulaire.
  • Dans l’automobile, qui va devoir se transformer et se moderniser, notamment à l’aide de matériaux légers et résistants.
  • Dans le ferroviaire, l’électronique, le luxe, l’horlogerie, l’éducation, etc.

Le développement de produits dans de nombreux secteurs industriels stimule la croissance du marché des matériaux d’impression 3D. Ce dernier transforme également les industries elles-mêmes. Les acteurs doivent suivre de près le marché des matériaux. Mais, les technologies innovantes et les matériaux ont un coût (souvent) important. Il s’agit là d’une des principales contraintes auxquelles est soumise la fabrication additive : les coûts élevés des matériaux (principalement en raison des normes plus élevées de pureté et de composition requises pour la fabrication additive). Par exemple, les matériaux métalliques pour la fabrication additive coûtent en moyenne 500 dollars par kilo, un coût très élevé pour répondre à des applications générales augmentant les coûts du produit final. Les délais de production et les coûts de la fabrication additive métal empêchent toujours la plupart des fabricants de passer des procédés traditionnels à la conception additive, limitant l’adoption à grande échelle de l’impression 3D dans les principales industries d’utilisation finale.

Un marché mondial

Sur le plan international, les principaux acteurs du marché mondial des matériaux d’impression 3D sont les sociétés américaines 3D Systems Corporation et Stratasys, l’entreprise belge Materialise NV, les entreprises françaises Arkema SA et Armor, mais aussi Evonik Industries AG (Allemagne), General Electric (États-Unis), ExOne Company (États-Unis), Hoganas AB (Suède) et Royal DSM NV (Pays-Bas). Les marchés nord-américain et européen des matériaux pour la fabrication additive se portent bien. Tout comme celui de l’Asie-Pacifique où de nombreuses stratégies et politiques sont menées par les gouvernements de plusieurs pays de la région pour créer un écosystème de fabrication additive durable. La Chine est l’un des principaux investisseurs dans les entreprises de fabrication additive prometteuses. Le gouvernement chinois soutient fortement le développement et la normalisation de l’industrie chinoise grâce à son plan d’action stratégique « Made in China 2025 ». La Corée du Sud a également augmenté ses investissements dans le développement de la technologie, et le gouvernement de Singapour a établi le plan « Recherche, innovation et entreprise (RIE) 2020 », qui a identifié la fabrication additive comme un catalyseur essentiel. Le marché de la fabrication additive se déplacerait-il vers l’Est ?

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Marche des matériaux fabrication additive region
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paysage materiaux impression 3D 2020

Les poudres métalliques

Une fabrication additive, des procédés, une multitude de matériaux

Il existe de nombreux procédés de fabrication additive, dont sept ont été normalisés par l’ISO (Organisation internationale de normalisation), chacun regroupant plusieurs technologies. Ces technologies consomment des matières premières sous des formes différentes.

  1. L’extrusion de matériaux (souvent des filaments).
  2. La fusion sur lit de poudre.
  3. La photopolymérisation en cuve (de résines liquides).
  4. La projection de liant (sur de la poudre).
  5. La stratification de feuilles.
  6. Le dépôt d’énergie dirigé.
  7. La projection de matière.

Ces technologies montrent qu’il est ainsi possible de diviser les procédés d’impression 3D en fonction du format des matériaux : solide, liquide et poudre. Les matériaux dits « solides », en fil ou en feuille, peuvent être traités par des procédés tels que le populaire dépôt de matière fondue (FDM, Fused Deposition Modeling) ou par la fabrication d’objets laminés ou stratifiés (LOM, Laminated object manufacturing). La résine photosensible est la matière première pour les technologies à base de liquide, comme l’impression 3D par stéréolithographie (SLA) ou le procédé Digital Light Processing (DLP). Les matériaux à base de poudre peuvent, quant à eux, être divisés en trois types : les poudres polymères, les poudres métalliques et les poudres céramiques.

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