Fabrication additive
Au programme
- Qu’est-ce que l’impression 3D ?
- Les premiers procédés (1974-2000)
- Brevets et open source
- Le projet RepRap
- L’ère du grand public
- Le Hype Cycle
- Les tiers-lieux
- Et aujourd’hui ?
Qu’est-ce que l’impression 3D ?
Ajouter de la matière, couche après couche
Fabriquer en ajoutant de la matière
Fabrication additive
- Matière ajoutée par couches
- Formes complexes et creuses
- Très peu de déchets
- Prototype, petite série
Fabrication soustractive
- Matière retirée d’un bloc
- Accès de l’outil limité
- Copeaux et chutes
- Grande série, précision
Au départ, deux procédés : le FDM (fil fondu) et la SLA (résine solidifiée par la lumière).
Qu’est-ce que l’impression 3D ?
Une idée plus ancienne qu’on ne le croit
Années 1930 : William E. Urschel élève un bâtiment en déposant du béton couche par couche.
Qu’est-ce que l’impression 3D ?
Les premiers procédés
1974-2000 : de l’idée à l’industrie
Une chronologie
| Année | Événement |
|---|---|
| 1974 | David E. H. Jones décrit le concept dans un article |
| 1981 | Hideo Kodama : prototypage rapide par résine |
| 1984 | Charles Hull dépose le brevet de la stéréolithographie |
| 1986 | Hull fonde 3D Systems : première imprimante SLA vendue |
| 1988 | Carl Deckard brevète le frittage laser (SLS) |
| 1989 | Scott Crump (Stratasys) brevète le fil fondu (FDM) |
| 1992 | DTM vend la première imprimante SLS industrielle |
Jusqu’aux années 2000, l’impression 3D reste un outil industriel de prototypage rapide.
Les oubliés de l’impression 3D
1984
Jean-Claude André, Alain Le Méhauté et Olivier de Witte mettent au point, en France, un procédé proche de la stéréolithographie.
- Leur employeur, CILAS Alcatel, le juge sans potentiel commercial
- Le brevet est abandonné, Charles Hull dépose le sien quelques semaines plus tard
Les oubliés de l’impression 3D
Charles Hull, « père de l’impression 3D »
Son buste, imprimé par 3D Systems, près d’une des premières machines SLA.
Commercialisation et progrès techniques
Les machines industrielles des années 2000
3D Systems SLA 5000 (SLA)
EOSINT P 700 (SLS, 2004)
Exemples de machines au début des années 2000
Brevets et open source
Protéger une invention, ou la partager
Deux façons de faire avancer une technologie
| Brevet | Open source | |
|---|---|---|
| Principe | Monopole d’exploitation temporaire | Partage libre des plans et du code |
| Durée | 20 ans, puis domaine public | Sans limite |
| Condition | Nouveau, inventif, industrialisable | Une licence libre |
| Effet | Protège l’investissement | Accélère l’innovation collective |
Les deux coexistent : Prusa Research publie ses plans tout en protégeant certains composants.
La fin des brevets FDM
- 2000 : les premiers brevets FDM expirent
- 2005 : lancement du projet open source RepRap
- 2009 : les brevets FDM expirent complètement
Chacun peut alors fabriquer des imprimantes FDM : les prix s’effondrent.
Le projet RepRap
L’imprimante qui s’imprime elle-même
RepRap : Replicating Rapid Prototyper
- Lancé en 2005 par Adrian Bowyer, université de Bath
- Imprime environ 50 % de ses propres pièces
- Matériel et logiciels open source
- But : rendre l’impression 3D abordable pour tous
Darwin (2007), la première RepRap
L’impact de RepRap
- Le catalyseur de l’impression 3D grand public
- À l’origine de Prusa, un acteur majeur du marché
- Des centaines de variantes partagées en ligne
« RepRap est un moyen pour les humains d’apporter des machines à ceux qui en ont besoin. » Adrian Bowyer
Un projet politique
« So the replicating rapid prototyping machine will allow the revolutionary ownership, by the proletariat, of the means of production. » Adrian Bowyer
- Autonomie : fabriquer sans dépendre des grandes industries
- Décentralisation : redistribuer les moyens de production
- Partage : des outils et des savoirs communs, une économie locale
La famille RepRap
Chaque modèle est un « fork » : on reprend les plans du précédent, on les améliore, on les republie.
RepRap Family Tree Les imprimantes dérivées
L’arbre complet
Plus de cent modèles, tous issus de Darwin. Zoomez sur le site de RepRap pour lire les noms.
Darwin (2007)
La première imprimante open source auto-réplicable : elle ouvre la voie à des centaines de forks.
Mendel (2009)
Une structure plus compacte et plus stable, plus facile à assembler, de meilleures impressions.
Prusa Mendel (2011)
Josef Prusa simplifie la conception : moins de pièces, un coût de fabrication réduit.
Rostock (2012)
La première RepRap de type delta : trois bras déplacent la tête, vite et précisément.
Prusa i3
Un cadre d’une seule pièce, plus rigide : un modèle copié partout.
Les imprimantes oubliées
RepRap Morgan
RepRap Simpson
Des cinématiques originales qui n’ont pas trouvé leur public.
L’ère du grand public
2009-2020 : l’imprimante 3D arrive sur le bureau
Le prix d’une imprimante
÷ 10
- Début des années 2010 : plus de 2 000 €, des machines rares, souvent en kit
- En 2020 : 200 € pour une Creality Ender-3 fiable, prête à l’emploi
Concurrence, production de masse et innovation font chuter les prix. En 2022, le marché pèse 15,1 milliards de dollars.
Quatre marques, quatre trajectoires
| Marque | Création | Trajectoire |
|---|---|---|
| MakerBot | 2009, États-Unis | Issue de RepRap, propriétaire dès 2013 |
| Ultimaker | 2011, Pays-Bas | Kit open source, puis marché pro |
| Prusa Research | 2012, Tchéquie | Reste en grande partie open source |
| Creality | 2014, Chine | Bas coût, énorme communauté |
En 2022, MakerBot et Ultimaker fusionnent pour former UltiMaker.
Popularisation : l’ère du grand public
MakerBot
Thing-O-Matic (2010)
Replicator (2012)
Replicator 2X
Rachetée par Stratasys en 2013, MakerBot abandonne l’open source.
MakerBot : vendre la « révolution »
Bre Pettis, cofondateur de MakerBot, promet une imprimante 3D dans chaque foyer.
Print the Legend
Documentaire Netflix (2014)
- MakerBot et Formlabs face à Stratasys et 3D Systems
- Rivalités entre start-up
- Promesses et désillusions
Ultimaker
Original (2011), en kit
Ultimaker 2 (2013)
S5 (2018), pour les pros
Sa grande contribution reste Cura, un slicer gratuit et libre.
2022 : MakerBot et Ultimaker fusionnent
- Annoncée en mai, finalisée en septembre 2022 : naissance d’UltiMaker
- Stratasys garde une part minoritaire, NPM Capital devient l’actionnaire principal
Creality
CR-10 (2016) : grand format
Ender-3 (2018) : best-seller
K1C : CoreXY fermée
Des machines bon marché et une immense communauté de bidouilleurs.
Prusa Research
i3 : la référence
SL1S : résine
XL (2022) : CoreXY
Fondée en 2012 par Josef Prusa ; la MK2 (2016) apporte l’étalonnage automatique.
Prusa : l’ADN de RepRap
Plus de 600 imprimantes fabriquent les pièces des imprimantes vendues : 114 000 machines expédiées en 2021.
Prusa : encore open source ?
2012 : Josef Prusa se fait tatouer le logo Open Hardware
- Plans, firmware et PrusaSlicer publiés
- Mais composants propriétaires sur les machines récentes (Prusa XL)
- Pour se protéger des copies
Rétrospective Prusa 2024
Chaque année, Josef Prusa présente en vidéo le bilan de l’entreprise.
Le Hype Cycle
Pourquoi l’impression 3D a déçu, puis convaincu
La courbe de Gartner
En 2018, le fil fondu (« Material Extrusion ») atteint presque le plateau ; l’impression grand public est encore dans le gouffre. © 2018 Gartner, Inc.
Cinq étapes, appliquées à l’impression 3D
| Étape | Impression 3D |
|---|---|
| 1. Déclencheur | Années 1980 : SLA et FDM |
| 2. Pic des attentes | Années 2010 : « tout imprimer chez soi » |
| 3. Gouffre de désillusion | Mi-2010 : coût, lenteur, matériaux limités |
| 4. Pente de l’illumination | 2020 : usages concrets et industriels |
| 5. Plateau de productivité | Aujourd’hui : prototypage, médecine, industrie |
Un modèle utile pour toute technologie émergente : méfiez-vous des promesses en haut de la courbe.
Les tiers-lieux
Hackerspaces, FabLabs, makerspaces
L’apparition des tiers-lieux
Ni le domicile (1er lieu), ni le travail (2e lieu) : des espaces pour créer, échanger, innover ensemble.
Dès les années 1990 : hackerspaces, puis FabLabs, puis makerspaces.
Apparition de nouveaux tiers-lieux
Trois familles de lieux
| Hackerspace | FabLab | Makerspace | |
|---|---|---|---|
| Origine | Années 1990, hackers | 2001, MIT | Années 2010, makers |
| Public | Passionnés de technologie | Éducation, innovation | Amateurs, étudiants |
| Esprit | Exploration, liberté | Collaboration, pédagogie | DIY, créativité |
| Cadre | Indépendant, informel | Charte des FabLabs | Libre, selon le lieu |
HackerSpace, MakerSpace, FabLab et Internet
FabLab : Learn, Make, Share
- Créé en 2001 au MIT par Neil Gershenfeld
- Ouvert au public, lié par une charte
- Découpe laser, fraiseuse, électronique ; l’imprimante 3D arrive plus tard
Des FabLabs dans le monde
Ce que ces lieux ont changé
- Accès : découvrir l’impression 3D sans acheter de machine
- Prototypage : tester une idée sans investissement lourd
- Partage : ateliers, documentation, fichiers en ligne (Thingiverse, GitHub)
- Retours d’usage : les utilisateurs font évoluer les machines
Vous êtes dans l’un d’eux : le MakerSpace d’UniLaSalle Amiens.
Et aujourd’hui ?
Entre usage personnel et industrie
Deux mondes qui se rapprochent
Personnel
- Machines à 200-500 €
- Réparer, personnaliser
- Surtout des plastiques
- Volume d’impression réduit
Professionnel
- SLS, SLA, Binder Jetting
- Métaux, composites
- Implants, aéronautique
- Machines coûteuses
Entre les deux, des imprimantes semi-professionnelles abordables brouillent la frontière.
Aujourd’hui : entre personnel et professionnel
Activité : RepRap a-t-il atteint son objectif ?
- Autonomie : peut-on fabriquer sans dépendre de fournisseurs ?
- Open source : la commercialisation a-t-elle trahi l’esprit d’origine ?
- Production : fabriquer chez soi a-t-il réduit notre dépendance à l’industrie ?
Une réponse par question, appuyée sur un exemple vu dans ce cours.
Le projet RepRap : objectif atteint ?
À retenir
- L’impression 3D ajoute de la matière couche par couche
- Elle naît dans l’industrie dans les années 1980 (SLA, SLS, FDM)
- La fin des brevets et l’open source (RepRap) la démocratisent
- Les tiers-lieux et internet diffusent les machines et les savoirs
Partie 2 : technologies et matériaux
