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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Impression 3D de biocomposites pour l'automobile Révision : 17 février 2017  
Impression 3D de biocomposites pour l'automobile
 
             Pierre COLLIGNON, Pierre LE FLOCH et Hugo MAYEUR
Élèves ingénieurs 2e année
Mai 2016
Révision et mise en ligne - Février 2017
Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.
       
  Plan  
I - Introduction
II - Composites biosourcés et imprimés en 3D ?
III - Analyse économique
IV - Perspectives
V - Conclusion
VI - Bibliographie-Webographie
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I - Introduction

Plan

   
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  Figure 1 - Impression 3D de biocomposite
(PLA & fibres de verre)
 

Depuis la découverte des polymères juste après la Seconde Guerre mondiale, les composites sont de plus en plus utilisés dans la production de pièces de voitures, permettant ainsi d'en réduire le nombre à créer ainsi que d'alléger le produit final. Dans 95% des cas, il s'agit d'une matrice en polymère thermodurcissable renforcée par des fibres de carbone ou de verre. Au cours du temps, la place des composites dans l'industrie automobile a évolué.

Aujourd'hui, se pose la question des applications des biocomposites dans ce secteur. Il peut s’agir de polymères biosourcés renforcés à l’aide de fibres synthétiques ou bien de polymères d'origine pétrolière renforcés par des fibres naturelles. Leur usage est-il possible techniquement et viable économiquement ?

Le recours à l'impression 3D – une technologie qui a le vent en poupe dans de multiples domaines – pour mettre en forme ces matériaux biosourcés est-il envisageable ? Quelles sont les perspectives de ce nouveau mode de production dans l'industrie automobile ?

II - Composites biosourcés et imprimés en 3D ?

Plan

II-1 - Composites dans la structure d'une voiture

II-1-1 - Quelques dates clés

1979 - Création de prototypes expérimentaux en composites par Ford et Peugeot.

Les résultats sont concluants avec un gain en masse de 25 % sur la carrosserie et de 50% sur les pièces mécaniques.

1990 - Production de véhicules à structure aluminium-composites (VSAC)

                 
  Figure 2 - Bugatti EB110
[Wikipedia]
 

Lancement de la Jaguar XJ220 et de la Bugatti EB110 qui utilisent des matériaux composites pour la structure de leur corps : un mélange d'aluminium pour la Jaguar XJ220 et une combinaison d'aluminium, panneaux de carbone et acier pour la Bugatti EB110.

1995 - Production de voitures avec en moyenne 23% de composites en masse.

Cela paraît peu mais en réalité, cela représente une part bien plus grande en volume car les composites ont une densité plus faible que la plupart des autres matériaux utilisés.

2013 - Création de Velv par PSA.

Ce véhicule électrique léger de ville est composé de fibres de verre et de résine polyester mises en forme par le procédé de moulage par injection. Les objectifs du projet prévoient une cadence de production journalière de 50 à 100 véhicules. Cette méthode permet de fabriquer dix fois moins de pièces ainsi que la possibilité de changer le renfort (fibres verre→ carbone), diminuant ainsi la masse du véhicule.

2015 - Nouvelle réglementation européenne.

5% de la masse du véhicule au maximum peuvent être transformés en déchets.

2016 - Prix de l’innovation JEC World 2016 attribué à Faurecia pour son procédé de fabrication "one shot" de pièces visibles en composites.

Ce procédé permet l’insertion et le parfait maintien en position d’un renfort préchauffé en composite thermoplastique, au sein même du moule d’injection. "L’originalité du procédé ″one shot″ réside dans la combinaison en une seule phase des étapes de formage et d’injection, dont le but premier est d’obtenir une pièce parfaite ne nécessitant aucune retouche d’aspect. Il offre aussi des propriétés compatibles avec les cahiers des charges des constructeurs automobiles pour des pièces semi-structurelles, grâce au renfort de fibres composites thermoplastiques, connues pour leur propriétés mécaniques et de légèreté" selon Jacques Hoffner, Directeur de la R&D et de l’Innovation de Faurecia Automotive Exteriors. Ses principaux avantages sont des améliorations en termes de poids, de qualité, de coûts et de temps de cycle.

II-1-2 - Propriétés remarquables

         
  Figure 3 - Resin Transfer Molding
[Orenco Composites]
 

Les matériaux composites apportent une grande résistance à l’automobile grâce au renfort constitué dans 80% des cas de fibres de verre voire de carbone. Ce renfort induit une forte rigidité (E=500GPa pour les fibres de carbone contre 150GPa pour les fibres de verre). Les fibres de carbone sont plus chères que les fibres de verre car elles sont plus performantes en termes de rigidité et de masse (d=1.8 contre 1.9 pour le verre) et sont moins sensibles à la dilatation (0.4.10-6 contre 10-5 K-1). Les fibres de carbone sont donc utilisées pour la réalisation de matériaux performants et onéreux.

Pour la matrice, un polymère thermodurcissable est utilisé dans 90% des cas. Cette domination n’est pas près de changer puisque plusieurs groupes automobiles, comme Renault et BMW, prévoient de poursuivre leurs recherches dans la mise en forme de thermodurcissables par procédé de moulage par transfert de résine (Resin Transfer Molding (RTM)).

Le procédé RTM rencontre deux obstacles de taille : le temps nécessaire à la cuisson de la résine qui s'ajoute à celui de la polymérisation et le temps requis pour imprégner de grandes pièces, proportionnel à la taille de l'élément. La résine est mélangée avec un catalyseur afin d’accélérer la réaction puis injectée dans le moule. Ce procédé permet de fabriquer des pièces complexes en 3D mais les cadences de production sont encore faibles : 100 pièces/jour.

D'où l'intérêt d'intégrer des composites dans l’automobile : faciles à modeler, ils permettent de réduire le nombre de pièces, d'en créer de plus grandes et, par conséquent, d'économiser sur les coûts de production.

     
                Caractéristiques économiques des composites      
  Figure 4 - Caractéristiques économiques des composites  
     

II-1-3 - Atouts, faiblesses

Avantages Inconvénients Perspectives
Gain en masse
(jusqu'à 50%)
Difficulté de fabrication
en grandes séries
Traitement des déchets,
fin de vie du produit
Réduction du nombre
de pièces donc des coûts
Pas de résistance aux températures élevées Recyclabilité et biodégradabilité des matériaux
Résistance à la corrosion
(moins de traitement de surface)
  Mise en forme :
moulage et RTM

Tableau 1 - Avantages et inconvénients des composites

Les principaux atouts des matériaux composites sont la légèreté et la possibilité de les mouler donc d’obtenir des pièces plus complexes. Cela permet de réduire les coûts de production des pièces automobiles ainsi que la masse totale du véhicule, donc la consommation énergétique de la voiture finale.

Leur dégradation à des températures faibles (180°C) et la difficulté d’obtention de cadences industrielles sont les inconvénients notables des matériaux composites. Pour pallier ces freins, il est possible de les traiter afin de les rendre résistants à de plus hautes températures, ce qui est très utile pour les pièces du circuit énergétique soumises à de fortes températures (plus de 200°C).

Certains progrès technologiques favorisent le recours aux composites.

     
                Choix des procédés en fonction des cadences et de la complexité des formes      
  Figure 5 - Choix des procédés en fonction des cadences et de la complexité des formes  
     

Pour améliorer la recyclabilité des composites, l'enjeu actuel est le recours aux matériaux biosourcés. Plusieurs études sont en cours.

Pour fabriquer des pièces complexes sans perte de matière, une autre solution serait l’impression 3D. Peut-on imprimer en trois dimensions des composites et biocomposites ?

II-2 - Impression 3D, une révolution technologique

II-2-1 - Technique de fabrication additive...

Classiquement, les objets sont fabriqués selon trois techniques. La première est la formation d’un objet par soustraction progressive de la matière : sculpture, découpe, fraisage ou encore forage. Il est possible également de former une pièce grâce à la combinaison de plusieurs matériaux par tissage ou collage. Enfin, la troisième technique consiste à créer l'objet par déformation de la matière, par exemple par moulage ou pliage. L’impression 3D, quant à elle, permet de créer un objet par ajout de matière selon une fabrication dite additive : la pièce est créée en un seul passage, couche après couche.

Avec l’impression tridimensionnelle, l’objet est formé au fur et à mesure que les différentes couches de matière se solidifient. Cela est rendu possible par des logiciels spécialisés destinés à préparer le fichier 3D et à contrôler l’imprimante. Les pièces fabriquées peuvent comporter des mécanismes internes ou bien des formes tissées. Cette technologie permet de créer des formes géométriques complexes et imbriquées, des pièces mécaniques d’un seul tenant, des objets uniques très travaillés, des pièces d’avions et de voitures voire des organes humains.

Dans le secteur automobile, l’impression 3D est surtout utilisée pour le prototypage des pièces et la décoration intérieure des véhicules. Elle permet de fabriquer des pièces spécifiques, de petite ou de grande taille. Il en résulte une baisse des coûts de prototypage et de fabrication et une optimisation du design : citons par exemple un tableau de bord imprimé en 3D avec finition en plaquage bois.

Les matériaux les plus courants sont les plastiques et les métaux. La céramique ou les matériaux organiques sont également utilisables mais dans une moindre mesure. Un seul polymère biosourcé est employé : l'acide polylactique (PLA). Pour créer des biocomposites destinés à l’impression 3D, il faut recourir aux renforts en fibres naturelles, les matrices biosourcées étant peu nombreuses et dépourvues de propriétés mécaniques.

Plastique État avant impression 3D Principale technique
Résine Liquide Stéréolithographie
Polyamide Poudre Frittage laser
ABS Filament Dépôt de matière fondue

Tableau 3 - Différents plastiques et techniques d'impression 3D associées

II-2-2 - ...déjà trentenaire

Bien que sa médiatisation et son essor soient récents, l’impression 3D existe depuis trente ans. Dédiée essentiellement au prototypage et à l’outillage dans le monde industriel, elle était méconnue du grand public. Les avantages de la fabrication par couches superposées sont démontrés dès 1952 par le Japonais Kojima. La première imprimante 3D, SLA-250, est mise au point fin 1988 par 3D Systems, devenu par la suite l'un des leaders mondiaux du secteur. Cette entreprise a été fondée par l’ingénieur Chuck Hull en 1986, deux ans après avoir inventé et breveté la stéréolithographie qui permet de créer des objets en solidifiant des photopolymères liquides grâce à un rayon laser.

En 1988, Scott et Lisa Crump fondent Stratasys et développent le procédé Fused Deposition Modeling (FDM) ou dépôt de matière fondue, breveté en 1989. En 1993, le Massachusetts Institute of Technology (MIT) met au point le Three Dimensional Printing, proche de la technique employée pour les imprimantes 2D jet d’encre : le principe en est la projection d’une glue sur une surface de poudre afin de créer l’objet progressivement. À partir de 1995, ce procédé est utilisé exclusivement par Z Corporation.

Le terme "imprimante 3D" apparaît en 1996. Trois imprimantes sont lancées sur le marché : Genysis de Stratasys, Actua 2100 de 3D Systems et Z402 de Z Corporation. En 2005, la Spectrum Z510 de Z Corporation est la première imprimante capable de créer des objets directement en couleurs. Les innovations se succèdent entre 1996 et 2006 mais restent ancrées dans le domaine industriel pour le prototypage rapide et la production de petites séries.

Ce n’est qu’au milieu des années 2000 qu'émerge l’idée de rendre cette technologie accessible au grand public. En 2007, Shapeways, un service en ligne d’impression 3D s'ouvre aux particuliers aux Pays-Bas. En France, en 2009, Sculpteo développe des outils Web qui simplifient l’ensemble du processus pour les utilisateurs novices.

Le marché de l’impression 3D est en pleine expansion. En avril 2012, Stratasys et Objet fusionnent et l'entreprise en résultant domine le secteur. 355 imprimantes 3D personnelles ont été vendues dans le monde en 2008, 23 625 en 2011. Les procédés d’impression s'améliorent, les matériaux disponibles se multiplient et le prix des imprimantes 3D baisse.

II-2-3 - Techniques d'impression 3D

Entreprise Création Procédé Catégorie
3D Systems 1986 Stéréolithographie Photopolymérisation
Stratasys 1989 Fused deposition modeling (FDM) Dépôt de filament fondu
Z Corporation 1995 Three-dimensional printing (3DP) Frittage de poudre
Arcam 1997 Electron beam melting Frittage de poudre (métal)
Objet 1999 PolyJet et PolyJet Matrix Photopolymérisation
Envision TEC 2002 Digital light processing (DLP) Photopolymérisation

Tableau 3 - Principaux procédés d'impression 3D

La problématique étant l'impression 3D de biocomposites destinés au secteur automobile, les procédés focalisés uniquement sur la création d’objets métalliques (par exemple, le e-beam, autrement dit le frittage de poudre métallique) sont exclus de notre étude afin de nous concentrer uniquement sur les techniques mettant en jeu des polymères. Une analyse plus poussée des différentes méthodes d’impression permet de déterminer les plus aptes à répondre au problème.

Impression 3D par photopolymérisation

La stéréolithographie (SLA) consiste en la solidification d’un liquide par rayon laser.

     
                     
  Figure 6 - Stéréolithographie
[Université de Reims]
 
     

Les machines de stéréolithographie sont équipées d’un rayon laser ultra-violet qui solidifie des photopolymères couche par couche. Ces derniers sont des substances synthétiques dont le contact avec la lumière modifie les propriétés physiques. Ainsi, les photopolymères liquides durcissent au contact du laser de la machine car ils sont sensibles aux rayons ultraviolets. Les polymères utilisés en général sont des résines Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS) qui sont des thermoplastiques ayant une bonne tenue face aux chocs.

Une fois le fichier préparé par ordinateur, l’impression 3D peut commencer. Le laser, en passant sur la surface du bac, modèle la première couche de l’objet car les photopolymères liquides se solidifient. Une plateforme mobile immergée dans la résine de polymères descend d’une fraction de millimètre pour former la couche suivante. Cela se répète couche après couche jusqu’à l’obtention de la pièce voulue. Dans la phase de finition, l’objet est rincé par solvant puis placé dans un four à ultra-violet qui le solidifie et le nettoie complètement.

La stéréolithographie, l’un des procédés les plus aboutis, permet de fabriquer des pièces d'une grande précision et également, de très grande taille. Par exemple, les imprimantes Mammoth peuvent produire des objets de plus de deux mètres de diamètre. La SLA semble donc adaptée à la fabrication de pièces pour l’automobile. Toutefois, ce procédé est onéreux avec un choix limité de matériaux puisque les polymères utilisés sont parmi les plus chers du marché. De plus, l’impression est longue (jusqu’à douze heures). La SLA serait donc cantonnée au prototypage. Précisons toutefois que ce dernier est l'une des principales applications de l’impression 3D dans le secteur automobile.

En 1996, des chercheurs de l'Université de Toronto (Ontario, Canada) démontrent la possibilté de créer des composites avec des photopolymères renforcés par des fibres de verre. Le taux ainsi que le ratio longueur/diamètre des fibres influent sur la viscosité du composite fluide et par conséquent, sur ses propriétés finales. Leur étude insiste sur le fait que ces composites peuvent servir dans la construction d’un objet couche par couche. Pour en faire un biocomposite, il faudrait utiliser des fibres naturelles comme renfort, les photopolymères biosourcés n’existant pas sur le marché.

Les composites existent déjà pour la stéréolithographie, notamment avec la mise au point en 2003 d’un composite résine–fibres céramiques. L’utilisation de fibres naturelles n’étant presque pas évoquée, il faut en conclure que le marché des biocomposites est quasi inexistant. Il reste à explorer car il pourrait en résulter des produits intéressants. Cependant, le principal problème avec les fibres naturelles est que les propriétés mécaniques du matériau obtenues au final sont moins intéressantes qu'avec des fibres synthétiques.

La technologie PolyJet recourt à la photopolymérisation mais différemment de la SLA. Les matériaux utilisés sont principalement des résines ABS comme pour la SLA.

     
                     
  Figure 7 - PolyJet
[3Dnatives]
 
     

La pièce est créée par jets successifs de photopolymères sur une surface, couche après couche jusqu’au résultat final. Ces jets suivent avec exactitude le tracé de la pièce. Un traitement UV est appliqué dès qu’une couche est déposée afin de durcir immédiatement le matériau.

Cette technique ne nécessite aucune phase longue de finition puisque le matériau de support est un gel soluble à l’eau. En outre, la variante Polyjet Matrix permet d’imprimer simultanément plusieurs types de matériaux aux propriétés physiques, optiques et mécaniques différentes. Ces matériaux peuvent être souples et rigides par exemple. Grâce à un procédé de double jets, il est possible de produire des composites, appelés digital materials, en fonction des besoins. Cela permet de fabriquer des prototypes aux propriétés presque identiques à celles du produit final. Chaque matériau a un emplacement de stockage dédié. La machine comporte huit têtes d’impression dont deux pour chaque matériau, avec 96 embouts par tête d’impression.

Même si l’impression 3D de composites est vraiment d’actualité dans ce cas, l’utilisation de biocomposites reste minime voire inexistante car les fibres utilisées pour les composites sont en grande majorité des fibres synthétiques.

Le Digital Light Processing (DLP) consiste également en un procédé de photopolymérisation et les résines ABS peuvent être utilisées. Dans ce cas, la lumière solidifiant les polymères provient d’une puce qui contient jusqu’à deux millions de miroirs microscopiques assurant une précision extrême. La lumière est filtrée à travers ces miroirs contrôlés par un système électronique en fonction de l’objet voulu.

Les avantages de cette technique sont la réduction des coûts par rapport à la SLA, une grande précision, un large choix de matériaux et une grande rapidité du procédé. En effet, il faut huit secondes environ pour qu’une couche de 0.1 mm se solidifie.

Encore une fois l’utilisation des composites reste limitée mais possible. Malheureusement, cette technique semble assez inadaptée pour l’automobile, les applications étant restreintes au secteur médical et à la bijouterie.

Impression 3D par liage de poudre

Le frittage laser consiste à faire fondre des particules de poudre de polymère jusqu’à ce qu'elles fusionnent. La poudre est préchauffée au-dessous de son point de fusion puis un rouleau en étale une couche très fine que le laser balaye pour faire fondre le polymère afin de former une couche. L'opération est répétée jusqu'à la réalisation totale de la pièce. Les polymères les plus courants sont les polyamides.

Dans le cadre de notre problématique, cette technique n’est pas adaptée car un renfort fibreux étant difficile à obtenir avec la poudre de polymère, l’utilisation de composites est pratiquement impossible. Le frittage laser sert surtout à créer des pièces métalliques.

Impression 3D par dépôt de matière fondue

Popularisé par les imprimantes 3D personnelles, le procédé Fused Deposition Modeling (FDM) consiste en dépôts successifs d’un filament de polymère ou de métal.

     
                     
  Figure 8 - Dépôt de matière fondue
[Mémoire FabLab]
 
     

Le filament passe par une buse d’extrusion qui dépose le matériau, chauffé pour être fondu, en couches très fines (0.04 mm d’épaisseur en moyenne) selon la forme désirée. L’objet est construit de la base vers son sommet, couche par couche.

Le FDM est utilisé par de nombreuses imprimantes 3D. Ainsi, le produit final varie en fonction de la machine employée. Ce procédé s'adapte à un grand nombre de matériaux comme les plastiques ABS ou PLA. Elle présente également un choix étendu de couleurs pour l’impression. Ses principaux avantages sont la simplicité et la variété de son maniement. Toutefois, la technique présente également des inconvénients comme la précision parfois aléatoire et la difficulté à maîtriser le filament.

Néanmoins, la possibilté d'employer du PLA avec ce procédé permet d’avancer enfin l’existence de biocomposites dans les procédés d’impression 3D. Le PLA est un biopolymère entièrement biodégradable qui peut être obtenu à partir d’amidon de maïs. Il est défini comme étant un bioplastique. Sa température de fusion, proche de 160°C, le rend tout de même difficile à manipuler, la température atteinte lors du procédé étant d'environ 185°C. En 2015, une société américaine a mis au point un PLA renforcé par des fibres de verre, doté d'une résistance supérieure – 40% plus résistant et 30% plus solide – à celle du PLA classique. Il s’agit donc bien d'un biocomposite utilisable pour l’impression 3D. Bien que disponible uniquement en blanc, il pourrait s’avérer utile pour le prototypage des pièces de voiture.

Impression 3D par encollage de papier

Différent des techniques évoquées précédemment, le procédé Laminated Object Manufacturing (LOM) consiste en un découpage successif de tranches de matière grâce à un laser posé sur un traceur.

     
                     
  Figure 9 - Encollage de papier
[RocBo]
 
     

Le matériau stratifié de base, qui se présente généralement sous forme de feuilles de papier, est enroulé sur la plateforme de fabrication. Il est recouvert d’une couche adhésive chauffée par un cylindre d’approvisionnement pour être fondue. Le but est de coller chaque couche sur la précédente. Le papier sert d’attache du support. La géométrie de la pièce est définie à l’aide d’une lame ou d’un laser. Une fois l’objet formé, les blocs de matière inutiles sont retirés.

Le principal atout de cette technique est sa grande vitesse d’impression. Toutefois, des problèmes persistent : la couche adhésive de liant peut être mal réalisée ainsi que la texture finale, ce qui entraîne un procédé de finition conséquent. De plus, certaines pièces s'avèrent difficiles à fabriquer, le papier pouvant être impossible à enlever parfois quand la forme est très complexe.

Cette technique est compatible avec de nombreux matériaux thermoplastiques et avec certains composites céramiques car tous peuvent être collés. Il est également envisageable d'utiliser du PLA.

Parmi les procédés de fabrication additive présentés, certains sont incompatibles avec les biocomposites comme, par exemple, ceux qui utilisent de la poudre comme matière première. Tentons alors de définir ce que pourrait être l’impression 3D de biocomposites.

Impression 3D de biocomposites

Il est difficile d’imaginer l'impression des biocomposites en 3D car les renforts fibreux se détériorent à la température atteinte lors de la mise en forme (120°C). Par ailleurs, les fibres ne peuvent pas traverser la buse de l’imprimante 3D dans le cas du procédé de dépôt de matière fondue.

Impression 3D par ultrasons

Un composite comprend une matrice polymère et un renfort fibreux. Dans un biocomposite, la matrice et/ou les fibres de renfort sont biosourcés : par exemple, une matrice en PLA renforcée par des fibres de verre.

Orienter les fibres confère de meilleures propriétés mécaniques à l’objet. Pour cela, la seule technique possible, quelle que soit la nature des fibres, est celle des ultrasons. Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Bristol (Royaume-Uni) y a eu recours afin d'orienter des millions de fibres dans une matrice polymère. La longueur d’onde des ultrasons détermine l’orientation des fibres et un laser les fige par polymérisation locale de la résine époxy (qui est photopolymérisable).

Tout d’abord, les conditions ultrasoniques adéquates sont une fréquence de f = 2.5 MHz, à un voltage de 60 Volts. Cette fréquence est choisie pour une longueur de fibres (de verre) de 14 à 50 µm. Cette onde sonore, de longueur λ = c/f 600µm, se propage à travers le polymère fondu et affecte les fibres telles des ondes de pression. Ici, la grandeur c représente la vitesse sonore dans la résine et elle vaut 1400 m/s. Semblables à des vagues successives, ces ondes de pression orientent les fibres dans une direction et les espacent entre elles d’une distance λ/2 de 300 µm. La polymérisation de la résine, qui fige les fibres dans la direction souhaitée, est faite dans des conditions précises. La diode laser a une longueur d’onde de 405 nm et déclenche la polymérisation de la résine. Pour ce faire, il est nécessaire d’apporter une certaine énergie par ce flux lumineux : 50 milliwatts. Enfin, la lentille de la diode a dans notre exemple un diamètre de 6 mm pour une distance focale de 20 mm.

Les essais sont effectués sur une machine conventionnelle à laquelle est greffé un module laser. La vitesse de production est de 20 mm/s. Cette méthode pemet d’augmenter significativement les propriétés mécaniques du composite. En effet, une meilleure orientation des fibres au sein de la matrice augmente la rigidité du matériau de 8% et sa résistance à la contrainte de 43% dans les deux directions principales.

     
                     
  Figure 10 - Impression 3D par ultrasons
P = PMMA, W = eau, PZT = transducteurs de titane zirconate et R = résine photopolymérisable.
[Smart Materials and Structures]
 
     

En marron, sont représentées les fibres orientées par ultrasons, séparées d’une distance λ/2, où λ est la longueur d’onde des ultrasons. La résine est figée (par polymérisation) sur une direction transversale aux fibres, ce qui les lie entre elles.

II-3 - Biocomposites pour l'impression 3D

Quelques fournisseurs de consommables pour l'impression 3D se sont lancés dans la fabrication et la commercialisation de filaments biosourcés.

II-3-1 - Biocomposites à base d'huîtres

            Poudre de coquilles d'huîtres      
  Figure 11 - Poudre de coquilles d'huîtres
[Entre Mer & Terre]
 

Depuis septembre 2015, l'entreprise bretonne Nanovia fabrique des filaments à base de coquilles d’huîtres, distribués essentiellement auprès de designers, d'entreprises de prototypage et de quelques niches industrielles. Interviewé par L'Usine Nouvelle en février 2016, son PDG Jacques Pelleter indique toutefois que "les industries automobile et aéronautique commencent à s’y intéresser".

La start-up s'est associée à composiTIC, un laboratoire rattaché à l’Université de Bretagne Sud à Lorient, afin de développer le filament Istroflex, composé d’un polymère biodégradable souple auquel, pour faciliter l’impression 3D, est ajoutée de la poudre de coquilles d’huîtres afin de le renforcer. Elle est en effet constituée de 99% de carbonate de calcium et apporte de la rigidité au filament. En outre, c’est une solution de recyclage innovante pour les déchets de l’ostréiculture. L’Istroflex, garanti sans perturbateur endocrinien, peut être utilisé dans des secteurs variés comme les prothèses médicales, les jouets ou encore le matériel pédagogique.

Toutefois, soucieux de minimiser les coûts, peu de grands industriels s’intéressent à ce produit pourtant seulement 10 à 20 % plus cher qu'un produit similaire non biosourcé.

II-3-2 - Biocomposites à base de lin

        Fibres de lin  
  Figure 12 - Fibres de lin
[Au temps du lin]
 

Nanovia toujours, en partenariat avec Texilis, un bureau d’études spécialisé dans le lin, développe le filament StarFlax 3D à base de poudre de lin. Cette dernière permet au plastique de résister à des températures très élevées. Or, pour le transformer, il faut le chauffer à 150 degrés. Ce biocomposite PLA / lin combine facilité d'impression et bonnes propriétés mécaniques pour des pièces plus légères et plus rigides. Fait d'un matériau résistant, ce filament est compatible avec la grande majorité des imprimantes 3D (buse de 4mm de dimètre minimum). Même si Starflax 3D est plus rigide que le PLA et l'ABS, sa formulation le rend suffisemment souple pour éviter sa rupture lors de l'impression.

En outre, certifié "sans perturbateur endocrinien de type œstrogénique", il est tout à fait adapté pour produire des prototypes, des produits ménagers, des articles de design, des jouets...

II-3-3 - Biocomposites à base de bois, de bambou, de café...

Le Hollandais ColorFabb a tout d'abord innové en développant le WoodFill, composé à 70% de PLA et 30% de fibres de bois. Il propose également le BambooFill, combinaison de PLA/PHA et de fibres de bambou, c’est-à-dire un filament totalement biosourcé, qui passe dans un extrudeur d’un diamètre inférieur à 0,4 mm et présente des propriétés isotropes (propriétés physiques stables quelque soit la forme imprimée). Il possède également une très bonne adhérence sur le lit d’impression avec une déformation quasi nulle.

Aux États-Unis, la start-up 3Dom a tout d'abord commercialisé Wound Up, un filament composite à base de plastique PLA et de marc de café recyclé, imprimable à partir de n’importe quel modèle d’imprimantes 3D à dépôt de matière fondue.

     
                     
  Vidéo 1 - Wound Up™ - Coffee-Based 3D Printing Filament
[YouTube]
 
     

Puis, elle a poursuivi ses innovations avc Buzzed, un filament conçu à partir des déchets issus du brassage de la bière combinés au PLA, et, plus récemment, Entwined, un filament à base de chanvre, compatible avec la majorité des machines personnelles, qui s’imprime à une température de 180-210°C.

     
                Filament à base de chanvre      
  Figure 13 - Filament à base de chanvre
[3Dnatives]
 
     

II-3-4 - Biocomposites à base de lignine

     
                Fabrication d'un biocomposite à base de lignine      
  Figure 14 - Fabrication d'un biocomposite à base de lignine
[Eyrolles]
 
     

Deuxième biopolymère renouvelable le plus abondant sur Terre après la cellulose, la lignine est le "ciment" du bois car elle lui confère sa rigidité. Cette propriété a intéressé des chercheurs de l'Oak Ridge National Laboratory désireux de produire une matière plastique moins coûteuse et plus propre que le plastique ABS avec des performances au moins égales de fusibilité, de ductilité et de moulabilité et même des performances bien supérieures de résistance. Le composite qu'ils ont développé contient 50% de lignine. Il est recyclable au moins trois fois, sans perdre ses qualités.

Étant un polymère rigide et fragile lors de sa déformation, la lignine doit être combinée à un polymère mou. Des morceaux de lignine de dimensions nanométriques ont été mélangés avec une matrice de caoutchouc synthétique (caoutchouc nitrile) selon un procédé sans solvant. De l'interaction entre les deux matériaux, il résulte une matière plastique, l'Acrylonitrile Butadiène Lignine (ABL), mêlant la rigidité de la lignine à l'élasticité du caoutchouc. En choisissant la qualité optimale de la lignine selon l’essence de l’arbre et en dosant de la meilleure manière possible la part d'acrylonitrile dans le mélange, il est possible de créer un biocomposite aux propriétés physiques exceptionnelles.

En outre, étant un déchet de l’industrie papetière encore peu exploité, la lignine trouve ici une voie de valorisation intéressante.

III - Analyse économique

Plan

III-1 - Marché des composites dans le secteur automobile

Selon JEC Group, le poids du marché mondial des composites s’est élevé en 2012 à 9,2 millions de tonnes pour un chiffre d’affaires (CA) évalué à environ 81,6 milliards d’euros. Avec une croissance mondiale de 6% en valeur et 5% en volume prévue jusqu’en 2015, le marché des matériaux composites se porte bien. L’Amérique du Nord constitue 36% du CA mondial, contre 33% pour l’Europe et 31% pour l’Asie Pacifique. Alors qu’en volume, l’Asie Pacifique, avec près de 4 millions de tonnes, représente 43%, suivi de l’Amérique du Nord avec 35% et l’Europe avec 22%.

Avec 15% de la production européenne (soit 300 000 tonnes par an), la France est le deuxième marché européen, derrière l’Allemagne. Le secteur compte 20 à 22 000 employés répartis dans 500 à 550 entreprises. Parmi ces entreprises, 80% sont des PME. Le chiffre d’affaires s’élève à 2 milliards d’euros. Les transports sont les leaders de l’utilisation des matériaux composites avec 32% de la production devant notamment le BTP (21%) et l’énergie (15%). La part des composites dans fabrication d'une voiture a connu une forte hausse entre les années 60-70 (6% d’une voiture en masse) et les années 2010 (15% d’une voiture en masse).

     
                Répartition de la production mondiale de composites en 2009      
  Figure 15 - Répartition de la production mondiale de composites en 2009
[Eyrolles]
 
     
     
                Segmentation du marché des composites en 2009      
  Figure 16 - Segmentation du marché des composites en 2009
[Eyrolles]
 
     

C’est dans la branche de production la plus étendue, celle des produits finis, que se trouvent les composites des automobiles. En effet, leur principale utilité est de réduire le nombre d’éléments à assembler, donc la masse, afin de former la pièce finie : tableau de bord, chassis, arbre de transmission. Il faut noter que la valeur moyenne de pièces en composite est de 8,2 €/kg aux États-Unis et de 5,5 €/kg en Asie et que les marchés les plus florissants pour les composites sont l’aéronautique et les éoliennes où les prix moyens des pièces composites sont respectivement de 42 et 13 €/kg. Ces deux marchés demandent une très haute qualité des matériaux composites, (notamment pour les résistances thermiques et physiques), d’où des prix au kg très élevés.

Les principaux clients du marché des composites sont les transports (aéronautique, automobile, train…) : en Europe, ils consomment 33% de la production de composites contre 28% dans le reste du monde. Les composites à matrice thermodurcissable et les composites à matrice thermoplastique représentent respectivement 63% et 37% du marché mondial. Pour l’automobile, ces derniers représentent 90% des matrices utilisées.

Sur la figure ci-dessous, sont indiqués en bleu les composites intégrés aujourd’hui dans une voiture, et en jaune, ceux qui le seront dans 5 à 15 ans.

     
                Place des composites dans une voiture      
  Figure 17 - Place des composites dans une voiture
[Les Echos]
 
     

Actuellement, une voiture produite en Europe est composée de 10 à 20% en masse de matériaux composites contre 30% pour une voiture américaine. La répartition est la suivante :

     
                Répartition des composites dans une automobile (%)      
  Figure 18 - Répartition des composites dans une automobile (%)
[Eyrolles]
 
     

La majorité des pièces automobiles en composites sont des équipements intérieurs en raison de leurs formes complexes, faciles à obtenir par moulage. C’est d'ailleurs l'une des raisons du développement du procédé de moulage par transfert de résine (RTM).

Sur le marché des composites, le secteur automobile reste le plus important en volume. Les constructeurs poursuivent leurs recherches de matériaux innovants pour compenser l’augmentation de masse des véhicules et atteindre les objectifs d’efficacité et de réduction des émissions de CO2. Ils établissent des partenariats stratégiques avec des fournisseurs de fibres, des fabricants de pièces composites, des outilleurs, des instituts de recherche et des universités pour surmonter les différents défis que constituent les cycles de production, les outillages, les réparations et le recyclage. Pour la production de pièces composites destinées aux véhicules de grande série, les constructeurs et les fabricants de fibres investissent massivement dans le RTM haute pression et les thermoplastiques à renforts continus.

III-2 - Un climat favorable aux biocomposites

Dès le début du 20e siècle, l’automobile révolutionne les transports. D'abord constituée d'acier, elle s'allège au fil du temps avec des composants en aluminium afin de consommer moins de carburant. Puis, l'intégration de matériaux composites l'améliore encore car, pour les mêmes propriétés de résistance, elle gagne en légèreté, se déforme plus et amortit les chocs.

Les composites, notamment biosourcés, semblent promis à un avenir prometteur dans le secteur automobile car ils peuvent répondre aux exigences environnementales et de sécurité actuelles :

     
                Usage de fibres naturelles dans l’automobile      
  Figure 19- Usage de fibres naturelles dans l’automobile
(© Nova Institute.eu 2013)
[+Composites]
 
     

De 2010 à 2014, le projet +Composites (projet IVB Interreg rassemblant 12 partenaires) visait à renforcer l’innovation et le transfert de technologie dans les matériaux composites auprès des entreprises du Nord-Ouest de l’Europe. La publication de ses résultats met en avant les données suivantes : "Les composites à renforts biosourcés [ ] ont représenté en Europe, en 2010, un volume de 362 kT, ce qui constitue environ 15% du total de la production des composites estimée à 2,5 millions de tonnes. Ce pourcentage devrait atteindre environ 30% en 2020 sur un volume total de composites de l’ordre de 3,2 million de tonnes, la nouvelle tendance étant de remplacer la matrice pétro-sourcée par des quantités de plus en plus importantes de polymères bio-sourcés. Les facteurs principaux poussant le développement croissant de ces matériaux sont bien connus :

Le rapport argumente ses prévisions optimistes :

"Le marché des biocomposites est en forte croissance. Les solutions deviennent compétitives et la chaîne de valeur commence à s'organiser. Les biocomposites, c'est-à-dire ceux qui sont renforcés de fibres biosourcées, sont disponibles sur le marché depuis quelques années déjà. Ils ne représentent qu'une faible proportion de l'ensemble des matériaux composites, mais leur volume est en croissance plus rapide que celle de l'ensemble. Elle devrait être de 11%/an jusqu'en 2020 pour atteindre 920 000 t, à comparer aux 3%/an prévus pour l'ensemble des composites en Europe. Les avancées sont liées aux réglementations de plus en plus contraignantes sur les émissions de CO2, mais aussi sur les progrès réalisés par les producteurs de fibres en termes de sélection de matières, de disponibilité de produits semi-finis, de traçabilité, de constance de qualité...

Les applications se situent essentiellement dans l'automobile et la construction. [ ]L'intérieur automobile est un grand consommateur de composites à fibres naturelles, dont le bois (38%) pour les tablettes arrière, garnitures de coffre, compartiments de roue de secours, portières intérieures… On peut calculer qu'en moyenne chaque voiture passager européenne contient 1.9 kg de fibres de bois et 1.9 fibres naturelles autres. Ces 4 kg pourraient passer à 20 kg dans les prochaines années.

[ ] La proportion de biocomposites par rapport aux composites est de 14% en 2010, ce qui est plus que les 1% des bioplastiques par rapport aux plastiques. La proportion de composites "bio" devrait passer de 14% à 29% en 10 ans. La raison de cette croissance, en dehors des aspects réglementaires, est que certaines solutions sont devenues très compétitives par rapport aux solutions classiques. Les biocomposites sortent du cercle vicieux "trop cher car pas de marché, pas de marché car trop cher" grâce à une plus grande maturité technico-économique, à une organisation de la chaîne de valeur et à un environnement réglementaire favorable. Les constructeurs automobiles comme Ford, Toyota, PSA, Renault, Mercedes, BMW, Mitsubishi, Fiat etc. y font appel depuis longtemps ce qui a permis la mise en place de cette chaîne".

III-3 - Marché de l'impression 3D

La fabrication additive, qui permet de reproduire un objet à l'identique en adoptant des formes complexes, est un secteur en pleine croissance sur un marché lucratif. Le Conseil Économique Social et Environnemental (CESE) note dans son rapport publié en mars 2016 que "l’impression 3D est l’une des technologies liées au numérique susceptibles de transformer profondément les modes de production et les modèles économiques actuels".

III-3-1 - Un essor fulgurant

     
                Évolution des ventes mondiales d'imprimantes 3D en 2015      
Figure 20- Évolution des ventes mondiales d'imprimantes 3D en 2015
[Wohlers Associates]
     

Dans son rapport annuel publié en avril 2016, le cabinet américain Wohlers Associates dévoile la nette croissance de l’industrie mondiale de la fabrication additive. Le marché de l'impression 3D a augmenté de 25,9% en 2015 pour atteindre la valeur de 5,165 milliards de dollars. L’évolution annuelle moyenne, depuis les débuts de l’industrie à la fin des années 1980 jusqu’à aujourd’hui, s’établit autour de 26%. Ce ne sont plus les maquettes et les prototypes qui tirent le marché mais la fabrication en série dans les domaines du médical, de l’automobile et de l’aérospatial. En effet, l'impression 3D monte en puissance chez les grands industriels.

Selon les dernières prévisions du cabinet IDC en août 2016, le marché mondial de l’impression 3D pourrait peser 35,4 milliards de dollars à l’horizon 2020 (contre 15,9 milliards de dollars prédits en avril 2016). Entre 2015 et 2020, le marché progresserait alors à un taux de croissance annuel moyen de 24,1%. Les secteurs d’activité qui devraient générer le plus de revenus sont le prototypage rapide dans l’industrie automobile (plus de 4 milliards de dollars) et l’impression de pièces détachées dans l’aérospatial et la défense (près de 2,4 milliards de dollars).

En septembre 2015, le magazine Industrie & Technologies identifie les start-up, PME, laboratoires, grands groupes... qui devraient jouer un rôle clef dans le développement et l'adoption de la fabrication additive dans l'industrie grâce à leurs technologies, à leurs services ou à leurs investissements en la matière. Les américains 3D Systems (chiffre d'affaires 2015 = 643 millions d'euros) et Stratasys (chiffre d'affaires 2015 = 670 millions d’euros) sont certes les leaders mais pour autant, ils ne sont pas les seuls sur le marché. Les vingt acteurs de l'impression 3D à suivre de près sont les suivants : 3D Systems, Stratasys, Poieitis, Safran, General Electric, MIT, OsseoMatrix, Carbon3D, BeAM, Autodesk, CEA-Liten, Organovo, Fabulous, Sculpteo, AddUp (Fives et Michelin), Gizmo 3D, Leapfrog, Prismadd, Siemens et le Groupe Gorgé.

Par exemple, en France, Prodways, filiale du Groupe Gorgé dédiée à l'impression 3D, mise sur le frittage de poudre plastique et métal et sur une stratégie de croissance externe pour s'imposer à l'international. Elle enregistre en 2015 un chiffre d'affaires proche des 20 millions d'euros. Autre exemple, l’équipementier américain General Electric a investi 44 millions d’euros dans un centre de production dédié à l’impression tridimensionnelle, pour produire notamment les injecteurs de carburant du moteur LEAP. Il vise les 100 000 pièces fabriquées par ce procédé d’ici 2020.

L’impression 3D a des applications dans divers domaines. L'électronique grand public, l'automobile, le biomédical et l'industrie aéronautique et spatiale figurent parmi les principaux secteurs distingués en 2014. Dans le secteur automobile, la fabrication additive sert surtout au prototypage. Elle permet d'identifier et de tester des problèmes de conception, de remplacer des pièces onéreuses par des pièces imprimées en 3D, plus économiques. D’un point de vue géographique, les acteurs sont localisés principalement aux États-Unis, suivis par le Japon, l’Allemagne et la Chine.

     
                Répartition du marché mondial de l'impression 3D par zone géographique et par débouchés professionnels      
  Figures 21 & 22 - Répartition du marché mondial de l'impression 3D
par zone géographique et par débouchés professionnels
[Journal du Net]
 
     

III-3-2 - Un casse-tête juridique

La fabrication additive, jusque là réservée aux professionnels, tend progressivement à s'ouvrir au grand public. Outre ses bienfaits et ses promesses, cette accessibilité accrue apporte aussi de nouveaux risques suscitant débats et réflexions.

III-3-3 - Impact environnemental

L'idée communément évoquée est que l’impression 3D permet de réduire de façon considérable les déchets ainsi que l’énergie consommée par le transport ou le stockage, ce qui en théorie devrait se traduire par une réduction de l’empreinte environnementale. La réalité est moins claire car certaines imprimantes 3D, notamment industrielles, s'avèrent très énergivores (énergie électrique notamment). En outre, parmi les procédés utilisés comme parmi les déchets produits, certains sont moins polluants que d'autres.

III-4 - Diagnostic concurrentiel

Les technologies d'impression 3D en concurrence sont principalement le dépôt de matière fondue, le frittage sélectif par laser et la stéréolithographie. Aucun substitut n’existe actuellement, à l'exception peut-être du moulage par injection de résine qui pourrait également servir à la formation de composites. Le marché de l'impression 3D affiche un beau dynamisme comme en témoigne la forte augmentation du nombre de brevets.

     
                Comparaison des brevets délivrés et des demandes de brevet publiées par année de publication      
Figure 22- Comparaison des brevets délivrés
et des demandes de brevet publiées par année de publication
[Gov.UK]
     

Le marché des biocomposites quant à lui affiche également une tendance à la croissance.

                     
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Figure 23 - Diagramme de Porter
 
     

IV - Perspectives

Plan

IV-1 - Technologies en devenir

En septembre 2015, un rapport de la CCI Paris Ile-de-France et du Conseil général de l'armement alerte les pouvoirs publics sur la nécessité de structurer rapidement une véritable filière de la fabrication additive en France. Selon Pascal Morand, directeur général adjoint chargé des études économiques de la CCI Paris Ile-de-France et coauteur de cette étude, "l'impression 3D est une opportunité sans précédent de relancer l'industrie de la machine-outil en France, qui a perdu des parts de marché".

En termes d'équipement en imprimantes 3D, l'avance des États-Unis (38%) est incontestable tandis que la France (3%) se place à la 7e place du parc mondial. Il faudrait 10 à 15 ans pour maîtriser tous les matériaux associés et la France a des atouts pour bien se positionner. De nombreux brevets sont déposés chaque année même en comptant d'éventuels faux brevets destinés à tromper la concurrence. De même, des sociétés spécialisées voient le jour assez régulièrement.

Les avancées technologiques élargissent le panel des pièces pouvant être imprimées en 3D, notamment pour l’industrie automobile. La recherche est active : le MIT, par exemple, a mis au point la MultiFab, une imprimante 3D capable d'imprimer 10 matériaux simultanément avec une précision de 40 micromètres. La fabrication additive de biocomposites est encore peu répandue mais – à l'instar de 3Dom qui a créé des filaments à base de PLA et de fibres de verre pour le dépôt de matière fondue – des entreprises commencent à poser les bases d'un développement potentiel.

IV-2 - Diagnostic stratégique

Forces Faiblesses
  • Fabrication d’un objet par ajout de matière biosourcée.
  • Technologies innovantes par dépôt de matière biosourcée : stéréolithographie, dépôt de matière fondue, Polyjet...
  • Diversité des formes pouvant être créées à partir de matériaux biosourcés.
  • Précision dans la fabrication d’objets complexes.
  • Faible vitesse de production avec l’impression 3D (une heure à quelques jours pour les grosses pièces).
  • Choix des matériaux limité pour les polymères (résine, ABS, polyamides).
  • Matériaux d’impression rares ou peu développés.
Opportunités Menaces
  • Croissance prévue du marché de l'impression 3D et du marché des biocomposites.
  • Recherche active sur les procédés et augmentation du nombre de brevets.
  • Amélioration des cadences de production.
  • Introduction de matériaux biosourcés sur le marché de l’impression 3D.
  • Procédé de moulage par transfert de résine (RTM) permettant la production d’objets complexes à des cadences élevées.
  • Désintérêt possible pour l'impression 3D.
  • Manque de compétitivité technique des biocomposites par rapport aux composites.
  • Difficultés lors de la création de filaments renforcés par des fibres naturelles.
  • Risques liés à l'impression 3D : sécurité, contrefaçon, atteinte à la propriété intellectuelle, concurrence déloyale.

Tableau 5 - Diagnostic stratégique via la matrice SWOT

IV-3 - Scénarios

À ce point de notre étude, nous pouvons imaginer trois scénarios quant à l’évolution du marché de l'impression 3D des biocomposites dans l’automobile.

IV-3-1 - Scénario tendanciel - 2025 : biocomposites imprimés en 3D pour une pièce maîtresse esthétique d’une voiture

L’apparence des voitures n’a pas changé depuis 30 ans. Toutefois, depuis quelques années, des automobiles au design différent apparaissent grâce à l’impression 3D capable de créer des formes complexes plus esthétiques. Une véritable révolution qui ouvre une nouvelle ère pour l’industrie automobile. Les matériaux utilisés sont des biocomposites, principalement pour des raisons écologiques : issus de ressources renouvelables, ils peuvent être recyclés plusieurs fois. Stratasys a amélioré le principe du dépôt de matière fondue accélérant ainsi la production d’objets grâce à un nouveau polymère synthétique au temps de séchage rapide et qui peut être renforcé par des fibres naturelles (miscanthus par exemple).

Les biocomposites imprimés en trois dimensions ont permis de créer une nouvelle pièce maîtresse dans l’automobile. Dominant complètement le marché de cette pièce, ils sont fabriqués à l'échelle industrielle.

Probabilité de réalisation : 40%

IV-3-2 - Scénario optimiste - 2030 : biocomposites imprimés en 3D pour une pièce maîtresse technique d’une voiture

Les voitures n’ont pas connu de modifications techniques depuis 30 ans. Toutefois, depuis quelques années, des matériaux légers et résistants, les biocomposites, permettent aux constructeurs d'entreprendre une véritable révolution technique. Elle est rendue possible par la fabrication additive. 3D Systems a amélioré la stéréolithographie pour l'amener à des cadences industrielles grâce à des machines plus performantes et à un nouveau photopolymère mélangé à des fibres naturelles qui durcit vite et permet de créer rapidement de très grandes pièces. De plus, le procédé permet toujours de créer des pièces d'une grande précision, ce qui est une condition essentielle pour faire partie des éléments techniques d’une voiture.

D’autres entreprises, comme Objet, n’arrivent pas à suivre les cadences industrielles mais réalisent du prototypage pour des pièces importantes. Les biocomposites sont véritablement rentrés dans la composition des voitures.

Probabilité de réalisation : 20%

IV-3-3 - Scénario pessimiste - 2045 : aucun biocomposite imprimé en 3D dans l’automobile

Les voitures n’ont pas changé depuis des années et l'industrie ne connaît aucune révolution, ne permettant donc pas aux biocomposites de rentrer sur le marché. Restant cantonnées au prototypage, les pièces en biocomposites n'intéressent pas les industriels. L’un des meilleurs procédés pour créer des formes complexes adaptées au prototypage automobile est l’impression 3D. Malheureusement, il n’y a pas de révolution non plus dans les biocomposites qui sont très peu utilisables dans l'impression 3D.

La fabrication additive reste tout de même intéressante pour le prototypage : pour Arcam par exemple, avec son procédé de frittage de poudre métallique e-beam. Les entreprises spécialisées dans l’impression 3D à base de polymères préfèrent abandonner leurs projets d'intégration des biocomposites pour se concentrer davantage sur la vente d’imprimantes 3D personnelles dont le succès est retentissant. Les biocomposites ne sont donc pas utilisés dans l’automobile et sont limités à des applications telles que l’emballage, alimentaire ou non, les équipements sportifs (ex. raquettes de tennis) ou encore les matériels à usage domestique (ex. dalles de sol).

Probabilité de réalisation : 40%

V - Conclusion

Plan

La place des composites dans le secteur automobile évolue favorablement et les industriels s'intéressent de plus en plus aux biocomposites. Combinés à une mise en forme perfectionnée, sans perte de matière, permettant de produire des pièces complexes via l'impression 3D, les biocomposites pourraient occuper une plus grande place dans la fabrication des voitures.

Si les verrous qui freinent aujourd'hui leur industrialisation – lenteur de production et moindres propriétés mécaniques par rapport aux composites traditionnels – sont surmontés, les biocomposites imprimés en 3D pourraient connaître un destin florissant et pas seulement dans le cadre du prototypage. L’avenir des biocomposites dans l’automobile semble lié au développement de la fabrication additive et de la création potentielle d’une pièce maîtresse qui, par son esthétisme ou sa fonction technique, modifierait la nature du véhicule.

Au terme de cette étude, l’impression 3D de biocomposites nous semble très probable à moyen terme (une quinzaine d'années) dans le contexte de l'industrie automobile voire envisageable dans d’autres domaines comme par exemple l’aéronautique.

VVI - Bibliographie - Webographie

Plan

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