Veille techno

L’impression 3D ou tri-dimensionnelle est un procédé qui permet de produire un objet réel en trois dimensions par l’ajout successif de minces couches de matériaux, tel que le plastique, la cire, le métal, la céramique, le plâtre de paris ou autres. C’est de l’impression 2D en continu, couche par-dessus couche, pour créer une troisième dimension. Suite à des travaux de recherche, les premiers modèles commercialisés virent le jour en 1986 sous le nom d’appareil de stéréolithographie. D’abord conçue pour le prototypage, l’impression 3D prend de plus en plus de place comme outil de production dans nos industries et autres lieux de création. Ceci est en grande partie dû à l’échéance des principaux brevets sur l’impression 3D en 2014.  De plus, la baisse radicale des coûts de l’imprimante 3D, l’amélioration de la qualité du processus d’impression, l’augmentation de la vitesse d’impression et l’augmentation de la facilité d’utilisation des équipements de fabrication et de prototypage font en sorte d’accroître l’accessibilité de cette technologie. L’évolution constante des matériaux pouvant être utilisés a également déservi l’essor de cette technologie dans les utilisations courantes qu’on en fait aujourd’hui. C’est ainsi que malgré le fait que cette technologie ait été développée initialement pour les plastiques seulement, d’autres matériaux tels que ceux mentionnés précédemment sont couramment utilisés. L’évolution rapide qu’a vécue cette technologie au cours des dernières années nous permet de croire qu’elle a le potentiel de devenir disruptive et bouleverser certaines industries.

Cette veille sur l’impression 3D cherche à nous aider à mieux envisager l’avenir de celle-ci afin de faciliter la prise de décision stratégique quant à son développement et à sa commercialisation dans le cadre de notre organisation.

Qu’est-ce qu’une imprimante 3D?

L’impression 3D ou impression tridimensionnelle sont les termes couramment utilisés pour parler des procédés de fabrication additive. Initialement, en raison de leurs défauts originels, ces procédés ont été développés pour le prototypage rapide, mais maintenant ils sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de pièces fonctionnelles. La création d’un objet par impression tridimensionnelle nécessite la conception assistée par ordinateur (CAO) ainsi que l’utilisation d’un logiciel de pré-production (SLICER) qui segmentera l’objet préalablement conçu en un ensemble de fines couches. L’information résultante, sous forme de « g-code« , pourra ensuite être interprétée par les imprimantes 3D qui à leurs tours, fabriqueront en couches minces successives les objets conçus. Visionnez le reportage sur l’impression 3D diffusé le Jeudi 6 Mars 2014 dans l’émission Envoyé Spécial de France 2

Exemples d’utilisations

Storm TrooperL’impression 3D est utilisée dans plusieurs domaines tel que le secteur de l’aérospatiale, l’exploration spatiale, l’alimentation, le secteur pétrochimique, le secteur automobile, la vente au détail, les jouets, l’innovation dans le domaine manufacturier, l’industrie de la construction, l’industrie humanitaire et le support post-sinistre, la protection de l’environnement et des espèces en voie d’extinction, la médecine et les appareils médicaux, les arts et la science, la mode, l’horlogerie et d’autres. Nous avons une [[Liste d’exemples d’utilisation]] qui présente différents exemples.

[[Liste d’exemples d’utilisation]]

Tout récemment au CES 2016, l’entreprise Anovos démontra les capacités de son imprimante en imprimant un storm trooper format géant (photo sur la droite).

Historique

Le concept de l’imprimante 3D fut inventé par M. Charles Hull en 1983.  Il appela ce processus de production la stéréolithographie et émis son premier brevet le 11 mars 1986.  Son nom est aujourd’hui associé à plus de 60 brevets sur le même sujet.  Encore en 1986, il commercialisa la 1re imprimante 3D.  Le graphique suivant dépeint une ligne du temps de l’historique de ce procédé de fabrication, y incluant les impacts sur le domaine de l’aérospatial et même quelques projections pour les avenirs à court et moyen termes.

Veilles stratégiques

Veille technologique

Lorsqu’il est question d’impression tridimensionnelle, il peut s’agir de plusieurs technologies différentes.  Ceci étant dit, elles consistent toutes de superpositions de fines couches minces afin de créer un objet conçu par CAO. Les principales technologies d’impression 3D sont les suivantes:

  • ALM : Additive Layer Manufacturing
  • CLIP : Continuous Liquid Interface Production
  • DMD : Direct Metal Deposition
  • EBM : Electron Beam Melting
  • FDM : Fused Deposition Modeling
  • FTI : Film Transfer Imaging
  • MJM : Modelage à jets multiples
  • SLA : StéréolithographieApparatus
  • SLM : Selective Laser Melting
  • SLS : Selective Laser Sintering

Pour plus d’information sur [[les technologies d’impression 3D voyez cette page]].

Popularité des différents matériaux utilisés

Les matériaux les plus utilisés aujourd’hui pour l’impression 3D sont les polymères (plastiques) qui à eux seuls représentent environ 98% de tous les matériaux utilisés.  Ces derniers sont séparés en 3 catégories, soit les photopolymères (polymères ayant la capacité de modifier leurs propriétés grâce à la lumière UV), les thermoplastiques solides (polymères ayant la capacité de modifier leurs propriétés grâce à la chaleur) et les thermoplastiques sous forme de poudres, ces derniers sont semblables aux précédents, mais sous forme de poudre.  Le graphique suivant nous montre les proportions des différents matériaux utilisés.

http://www.3ders.org/articles/20131028-3d-printing-materials-market-will-be-worth-more-than-600m-by-2025.html

Les projections d’utilisation des différents matériaux sont représentées dans le graphique suivant.

C’est ainsi que l’on constate que les proportions devraient rester stables. Cependant, le volume devrait croître annuellement de façon assez constante pour atteindre un marché total de près de 600M$US en 2017.  Il est à noter qu’une des limitations qu’ont certains matériaux est due aux barrières à l’entrée que mettent certains manufacturiers d’imprimantes 3D quant à l’utilisation d’autres matériaux que les leurs.

R&D en impression 3D

Une bonne partie de la recherche et développement dans ce domaine se situe au niveau de l’impression 3D de métaux.  En fait, tel que l’article plus bas le démontre, ce type d’impression fut possiblement le seul rentable au cours du Q3 de 2015, la vente d’imprimantes tridimensionnelles de métal au cours de la même période ayant cru de 450% par rapport à l’année précédente.  Il y a aussi es efforts dans la recherche de [[nouveaux matériaux d’impression]].

D’autres travaux de recherches permettent de tester les limites du possible pour cette technologie. Ce qui est intéressant pour ce type de recherche est qu’il n’est pas seulement en fonction des technologies d’impression, mais également au niveau des matériaux produits. Par exemple, des chercheurs de la Californie ont développé récemment une imprimante 3D qui produit des objets en céramique pouvant résister à des températures allant jusqu’à 1700°C. Ces résultats proviennent de recherches extensives au niveau de la matière première ainsi que de la technologie pour la transformée, les deux ne pouvant exister l’un sans l’autre.

Ce vidéo présente des développements récents en impression 3D qui permettent d’imprimer rapidement des objets 3D complexes d’une grande qualité: What If 3D Printing Was 100x Faster?

Les travaux de recherche mentionnés précédemment sont détaillés ci-bas:

Veille concurrentielle

Le marché de l’impression 3D est actuellement en évolution. Bien que des imprimantes dites professionnelles et les kits furent très populaires par le passé, depuis 2012, les imprimantes 3D grand public (Consumer) représentent la majorité des ventes. Ceci supporte l’hypothèse que le marché passe du stade « Early adopters » vers celui de « Early majority » (en référence au modèle DOI de Rogers). En 2015, le nombre total d’imprimantes vendues (voir figure ci-bas) a dépassé les 500 000 unités, principalement dû aux imprimantes grand public.  Selon cette même source, le nombre total d’imprimantes 3D devrait dépasser le million d’unités vendues d’ici 2017.  Ceci voudrait donc dire qu’il pourrait se vendre autant de ces équipements durant les 2 prochaines années qu’il s’en est vendu au cours des 30 dernières. Selon le rapport « Worldwide Semiannual 3D Printing Spending Guide » du cabinet IDC, le marché de l’impression 3D devrait ainsi passer de 11 milliards de dollars en 2015 à près de 26,7 milliards de dollars en 2019.

Ceci étant dit, le rythme de croissance a ralenti entre 2014 et 2015. Des 173 962 unités livrées au cours des 3 premiers quarts de 2015, 95% étaient pour celles destinées aux consommateurs particuliers. C’est ainsi que dans le cas des imprimantes 3D industrielles, les ventes ont baissé de 1% en 2015 par rapport à celles de l’année précédente.  Pour ce qui est des imprimantes personnelles, la croissance phénoménale de 61% au cours des Q1 et Q2 semble avoir été contrebalancée par de mauvais résultats dans les deux quarts suivants de 2015.  C’est ainsi que les deux plus gros manufacturiers de ce type d’équipement ont vécu des difficultés l’an dernier. Stratasys a dû essuyer des pertes de plus de 938M$ au cours du Q3 seulement et ainsi licencié un grand nombre d’employés tandis que le cours de l’action de 3D Systems a baissé de 7% suite au départ de leur CEO, M. Avi Reichental. Ceci dit, ces deux compagnies anticipent une croissance pour les années à venir.

De plus, de grands joueurs dans le marché des impressions 2D, tel que Canon, Ricoh et HP ont tous récemment annoncé leur arrivée dans ce marché en croissance, tous promettant des investissements dans l’innovation afin de rendre encore plus accessible cet équipement au grand public.  Certaines compagnies que l’ont croyaient disparues font également leur apparition dans ce marché, notamment Polaroid.  C’est ainsi qu’il est raisonnable d’assumer une croissance continue du marché en question.

On dénote une diminution des recherches Google Trends sur l’impression 3D en 20015 par rapport aux années précédentes, comme on peut le voir sur le graphique suivant.

La ligne bleue présente les recherches sur les mots ‘3D printing », La ligne verte présente les recherche sur « additive manufacturing », alors que les lignes rouge et jaune sont sur les manufacturiers 3D Systems et Stratasys.

Plus de détails sont disponibles [[ici]].

Le marché des imprimantes 3D

Le plus gros joueur dans le marché des imprimantes 3D personnelles est la compagnie XYZ Printing, de Taiwan, qui à elle seule possède près de 17% du marché mondial.  Le tableau suivant montre les principaux acteurs de ce marché ainsi que leurs parts de marché.

3D Printers manufacturers

Cependant, en général le marché peut être caractérisé par la dominance de petites marques régionales, ce qui favorise le développement de nouveaux joueurs dans l’industrie.  Le meilleur exemple de ceci est la compagnie M3D, fondée en 2014 par 2 gradués de l’Université du Maryland qui ont utilisé la plateforme Kickstarter pour financer leur projet de développer une imprimante 3D personnelle avec pour prix cible de 299$.  C’est ainsi que cette compagnie a pu s’approprier en seulement 2 ans, 9% des parts de marché mondial. Ceci étant dit, l’arrivée prochaine de géants du marché des imprimantes traditionnelles, simplement par leur notoriété, pourrait changer cette donnée prochainement.

Pour ce qui est des imprimantes 3D industrielles, le marché est beaucoup moins éclectique. Pour ce marché avec des produits vendus entre 20 000$ et 1,5M$, 49% des parts de marché appartiennent à Stratasys. En fait, comme le démontre le tableau plus bas, plus de 70% du marché mondial appartient à 2 joueurs, soit Stratasys et 3D systems.

Industrial 3D printer manufacturers

Étant donné que le marché des imprimantes 3D industrielles a un très large spectre de prix, il est souvent analysé en revenus et non en unités vendues.  Comme l’impression 3D d’unités métalliques est en plein essor et que ces équipements ont un prix moyen d’environ 500k$US, les compagnies se spécialisant dans ce domaine, comme la compagnie allemande EOS, semblent avoir une plus grande part de marché lorsqu’on compare les revenus, comme le démontre le tableau suivant.

Industrial 3D printing manufacturer by revenue

Bien que les ventes d’imprimantes destinées aux applications industrielles ont diminué en 2015, celles spécifiquement pour les imprimantes 3D de pièces métalliques ont crues par plus de 45% par rapport à l’année précédente. Ces équipements ont surtout été destinés à l’aérospatiale, l’automobile et le secteur médical.

Plus de détails sur les [[tendances du marché]] sont disponibles sur une autre page.

Les modèles d’affaires

Le tableau présente les différences entre le modèle de production classique (Économies d’échelle) et le nouveau modèle proposé par l’impression 3D et le mouvement des Makers (Économie du moi), tel que présenté par Petrick & Simpson (2013),

Économies d’échelle  Économie DIY  
Source de l’avantage compétitif Coûts bas, grand volumes, grande variété Personnalisation par l’utilisateur
Chaine d’approvisionnement Séquentielle et linéaire entre des manufacturiers aux rôles et responsabilités bien définis. Non-linéaire avec des collaborations locales aux rôles et responsabilités flexibles et peu définis.
Distribution Haut volumes afin de répartir et absorber les frais de transport. Interaction directe entre le consommateur local / client et le producteur
Modèle d’affaires Coût fixe + coût variable Presque tout les coûts deviennent variables
Design Des design simplifiés, adaptés aux contraintes de fabrication et aux chaînes de montage. Des design complexes et unique qui permette un haut degré de personnalisation des produits
Compétiteurs Compétiteurs bien défini et connu Compétiteurs en continuelle évolution et mutation

Ce lien vers [[des articles et textes qui présentent des modèles d’affaires]] qui s’appliquent à l’impression 3D.

L’impression 3D a un impact important sur les chaînes de valeurs et l’écosystème d’affaires des entreprises.

Dans l’écosystème des Makers de Montréal, on retrouve en mars 2016:

  • 4 coopératives (MakerSpace) qui offrent l’accès à des équipements de fabrication et de la formation
  • 6 détaillants spécialisés en équipement et fournitures d’impression 3D
  • 6 détaillants en électronique qui offrent aussi de l’équipement et des fournitures d’impression 3D
  • 2 chaînes de détaillants qui offrent aussi de l’équipement et des fournitures d’impression 3D
  • 1 Université (Polytechnique) qui a créé un FabLab pour ses étudiants
  • 1 CEGEP qui a créé un MakerSpace accessible aux étudiants
  • 1 Commission scolaire qui a créé des MakerSpace dans 5 de ses écoles
  • 1 fabricant qui fait de la R et D en impression 3D

Vous pouvez le voir sur une carte.

Veille politique-légale

Un des principaux problèmes est la gestion de la propriété intellectuelle puisque l’impression tridimensionnelle fonctionne sur un modèle « open source ». Comme il est assez facile de numériser un objet en 3D, de télécharger un fichier CAD d’un objet ou d’obtenir un objet dans une banque de données, tel que Thingiverse, presque n’importe qui peut reproduire l’objet. De ce fait, il est très facile pour des contrefacteurs professionnels ou amateurs de reproduire des produits textiles ou des pièces détachées dans les secteurs médical, électroménager ou automobile. Les entreprises industrielles sont menacées par l’impression 3d puisque leurs processus de fabrication peuvent rapidement devenir vulnérables, ce qui causerait un désastre  économique. Il devient donc important de développer des moyens de traçabilité techniques tels que:

  • la gestion des droits numériques (DRM) qui permet d’encoder des droits dans les objets 3d;
  • le système de codage et de brouillage informatique;
  • le système de puces passives et actives RFID;
  • les biomarqueurs.

Selon Michael Weinberg, il est essentiel d’ajuster la loi sur les droits de reproduction le plus rapidement possible, sinon les multiples avantages de cette merveilleuse technologie seront réduits à une médiocre activité de piratage. La majorité des objets physiques ne sont pas protégés par des brevets, ce qui réduit la probabilité qu’une reproduction 3D soit illégale. Le brevet est un processus légal complexe et très dispendieux. De plus, il importe d’avoir les ressources financières nécessaires afin d’engager des poursuites judiciaires pour défendre ce brevet en cas de contrefaçon. Les droits des reproductions « Copyright » sont moins chers, mais ils sont attribués à l’esthétique du produit et non à sa fonctionnalité. Plusieurs tentatives de protéger la fonctionnalité d’un produit à l’aide d’un « Copyright » ont échoué par le passé.

Veille environnementale

L’impression 3D peut contribuer au développement durable, comme le montrent des exemples qui favorisent le développement durable. Cependant, des problèmes avec l’utilisation de certains matériaux recyclés doivent être résolus afin de réaliser le plein potentiel dans le domaine de la récupération et la réutilisation.

L’impression 3D des objets élimine le besoin de transporter des produits du manufacturier à l’utilisateur, ce qui a un impact environnemental important.

Veille géographique

Bien que la majorité des ventes d’imprimantes 3D personnelles aient eu lieu aux États-Unis, certains anticipent que la Chine sera la prochaine grande destination pour ce produit.  En effet, pour 2016, la croissance de la demande anticipée pour ce pays est supposée augmentée à 100%.  Il s’est vendu près de 75k imprimantes 3D en Chine l’an dernier, ce qui veut dire qu’il pourrait se vendre près de 150 000 imprimantes en 2016.  Ceci serait près des 175k unités vendues mondialement en 2015.  Pour cette raison, la Chine sera la cible des grands manufacturiers de ce type de produit l’an prochain.

En ce qui a trait aux imprimantes 3D à usage industriel, les principales régions désservies par ce type d’équipement sont l’Europe de l’Ouest avec près de 55% des commandes et les États-Unis avec la balance, soit 45%. En fait, selon le graphique plus bas, les ventes totales mondiales d’imprimantes 3D sont sensées atteindre plus de 8.6 milliards $ et de cette somme, l’Europe pourrait générer près de 41% des revenus, soit environ 3.5 milliards $.  La plus grande partie de ces revenus provenant des imprimantes industrielles.

Recommandation

Le marché de l’impression 3D est en grande transformation. Avec la diminution du prix des appareils, l’augmentation de la vitesse d’impression, l’amélioration de la qualité et l’ajout de nouveaux matériaux, cette technologie a de bonnes chances de réaliser sa promesse de transformation de plusieurs secteurs d’activité. Nos recommandations sont les suivantes (présenté en ordre de priorité):

  1. Continuer à suivre son développement et l’adoption de la technologie.
  2. Poursuivre les activités de la cellule de veille pour bien évaluer l’impact sur l’offre commerciale et notre écosystème.
  3. Mettre en place des projets pilotes afin de développer une expertise dans le domaine et comprendre l’impact sur les processus manufacturiers.
  4. Aller de l’avant avec le projet de fabriquer notre propre modèle d’imprimante 3D grand format.
  5. Participer dans les groupes locaux qui s’intéressent au domaine pour être en mesure de mieux se positionner dans ce marché émergent.

Références

Petrick, I. J., & Simpson, T. W. (2013). 3D Printing Disrupts ManufacturingResearch Technology Management56(6), 12-16. doi:10.5437/08956308X5606193

Weinberg, M. (2013) What’s the deal with 3D printing, Institue for emerging innovation, Public Knowledge, Janvier 2013, disponible en eligne: https://www.publicknowledge.org/files/What’s%20the%20Deal%20with%20Copyright_%20Final%20version2.pdf accédé le 5 mars 2015

Share