La fabrication additive (FA), plus connue sous le nom d’impression 3D, chamboule les méthodes de production traditionnelles. Cette technologie, capable de créer des pièces à partir de matériaux variés par ajout de matière, s’infiltre dans des secteurs aussi divers que l’aérospatiale, l’automobile et l’orthopédie. Avec elle, une promesse de flexibilité et de précision, mais aussi des avantages environnementaux substantiels.
Dans ce deuxième article d’une série de reportages propulsés par le Carrefour québécois de la fabrication additive (CQFA), CScience interroge des experts pour mettre de l’avant le rôle déterminant que jouent les matériaux en contexte de FA, et leurs retombées révolutionnaires.
Une diversité de matériaux pour des applications variées
La fabrication additive sollicite une variété de matériaux, chacun offrant des avantages uniques selon les applications. Les plastiques haute performance (polymères) sont prisés pour leur flexibilité, leur résistance aux chocs et leur biocompatibilité, ce qui les rend idéaux pour des environnements extrêmes et des applications médicales. En parallèle, les métaux comme l’acier inoxydable ou le cuivre sont utilisés pour leurs propriétés exceptionnelles de résistance, de durabilité et de conductivité, cruciales dans l’aérospatiale, l’automobile et l’industrie manufacturière.
Les composites, qui combinent des plastiques avec des fibres de renforcement telles que la fibre de carbone ou la fibre de verre, offrent une solidité, une rigidité et une résistance thermique accrues.
Choisir les bons matériaux, une étape nécessaire
Pour garantir la performance et l’adaptabilité des pièces produites, l’évaluation et la sélection dans la fabrication additive sont des étapes essentielles.
Simon Chrétien. (Photo : Alliance Polymères Québec)
Simon Chrétien, directeur général chez Alliance Polymères Québec, explique que « La résistance à la traction, la flexibilité, la dureté et la durabilité sont des facteurs déterminants. Ces propriétés doivent être optimales pour garantir que les pièces imprimées puissent supporter les charges et les contraintes auxquelles elles seront exposées dans leur application finale. »
Dans le domaine des matériaux métalliques, un aspect essentiel de la fabrication additive réside dans la pureté et la réactivité des poudres utilisées. Chez AP&C, une société de Colibrium Additive, ces critères sont primordiaux. « Nous travaillons beaucoup avec des alliages de titane car ils sont réactifs mais ont une densité relativement faible. Cela les rend idéaux pour des applications dans l’aérospatiale et l’orthopédie », précise Frédéric Marion, PhD, responsable de l’Expérience Client et de l’Expertise des Matériaux chez AP&C.
Il ajoute que « Les propriétés de la poudre, telles que sa forme et sa taille, sont clés pour assurer une bonne performance des machines de fabrication additive. Nous pouvons faire une analogie avec le sucre en poudre, dont la taille et la forme des particules peuvent affecter leur comportement. »
Métaux et plastiques haute performance : des avantages complémentaires
Qu’il s’agisse de développer des implants médicaux plus efficaces ou de créer des composants aérospatiaux plus légers, le choix du matériau le plus approprié pour chaque application est déterminant.
La comparaison entre les métaux et les plastiques haute performance montre que chaque matériau a ses propres avantages et est choisi en fonction des exigences spécifiques de l’application.
Tandis que les polymères offrent des solutions légères et résistantes à la corrosion pour des environnements extrêmes, le titane continue de dominer dans les applications nécessitant une combinaison de légèreté et de force exceptionnelle.
« En orthopédie, les prothèses de hanches et de genoux fabriquées par impression 3D en titane sont déjà implantées chez des millions de patients (…) »
– Frédéric Marion, PhD, responsable de l’Expérience Client et de l’Expertise des Matériaux chez AP&C
Les plastiques haute performance, particulièrement adaptés aux environnements à haute température et aux applications médicales grâce à leur biocompatibilité, se distinguent par leurs propriétés exceptionnelles. « Ces polymères offrent des propriétés mécaniques qui rivalisent avec celles des métaux, tout en étant plus légers et résistants à la corrosion », détaille Simon Chrétien.
En parallèle, chez AP&C, le titane est largement utilisé en orthopédie et en aérospatiale en raison de sa légèreté et de sa résistance. « Le titane est idéal pour les applications où la robustesse est primordiale, mais où la réduction de poids est également importante. En orthopédie, les prothèses de hanches et de genoux fabriquées par impression 3D en titane sont déjà implantées chez des millions de patients, offrant une solution durable et biocompatible qui améliore considérablement la qualité de vie », précise Frédéric Marion.
Matériaux innovants, nouvelles opportunités
Frederic Marion. (Crédit : AP&C)
Les avancées récentes dans les matériaux de fabrication additive incluent le développement de polymères avancés et de composites renforcés. « Les composites à fibres de carbone offrent une résistance et une rigidité accrues, tout en restant légers, ouvrant de nouvelles perspectives dans des secteurs comme l’aéronautique et la défense », souligne M. Chrétien.
Parallèlement, chez AP&C, l’intégration de l’intelligence artificielle dans le contrôle des procédés de fabrication additive marque une avancée significative. Frédéric Marion explique : « Cela nous permet de produire des matériaux plus adaptés aux applications complexes, comme les prothèses orthopédiques ou les composants aérospatiaux. »
Impact et répercussions environnementales
L’impact environnemental de la fabrication additive est un aspect essentiel à considérer dans l’évolution des technologies de production. « La fabrication additive utilise toute la matière première, ce qui réduit considérablement les déchets. Les métaux utilisés sont recyclables presque à l’infini, ce qui représente un avantage environnemental », explique M. Marion.
« Au Québec, l’utilisation de l’hydroélectricité pour la fabrication des poudres métalliques est un point fort en termes de durabilité », ajoute-t-il.
Simon Chétien souligne également que « les matériaux biodégradables et recyclables gagnent en popularité, répondant aux préoccupations environnementales et favorisant une économie circulaire. Ces matériaux permettent de réduire l’empreinte écologique de la production et de créer des produits plus durables. »
Les avantages environnementaux de la fabrication additive sont clairs : une réduction des déchets, une utilisation plus efficace des matériaux, et la possibilité de recycler les ressources presque indéfiniment. En combinant ces bénéfices avec les avancées technologiques et matérielles, la fabrication additive représente une étape majeure vers une industrie plus responsable et durable.
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