Quelles sont les technologies émergentes dans l'impression 3D de céramique, ce nouveau domaine de la fabrication additive ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients, ses opportunités et ses menaces ? Dans son nouveau rapport, « Impression 3D de céramique 2022-2032 : Technologies et perspectives du marché », IDTechEx compare les procédés et technologies d'impression actuellement utilisés dans la fabrication additive de céramique afin de répondre à ces questions. Parmi les nombreux procédés d'impression 3D existants, IDTechEx met en avant les suivants comme leaders du marché :
Photopolymérisation en cuve :
Le procédé d’impression le plus répandu en fabrication additive céramique est la photopolymérisation en cuve (VPP), qui comprend la stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP). Trois leaders du marché – Lithoz, Admatec et 3D Ceram – produisent des imprimantes dédiées à la céramique, utilisant soit la technologie DLP (Lithoz/Admatec), soit la technologie SLA (3D Ceram). Dans l’impression céramique par VPP, la poudre de céramique est mélangée à une résine polymère photopolymérisable pour former une pâte céramique ; la quantité exacte de céramique incorporée varie selon la céramique utilisée. Après impression, la pièce crue est d’abord dépulpée dans un four pour éliminer la résine polymère. Elle est ensuite frittée dans un four pour densifier la céramique et obtenir la pièce imprimée finale.
Extrusion de matière :
L'extrusion de matière comprend la fabrication par dépôt de filament fondu (FFF/FDM), sans doute la technologie d'impression 3D la plus répandue au monde. La technologie FFF/FDM céramique utilise des filaments thermoplastiques chargés à 50 % de poudre céramique, comme l'alumine ou le zirconium, pour l'impression 3D. Similaire à la photopolymérisation en cuve, les pièces imprimées sont démoulées et frittées pour obtenir la pièce céramique finale. Bien que plusieurs filaments thermoplastiques céramiques soient disponibles sur le marché, la FFF/FDM n'est pas la technique d'extrusion de matière la plus courante en fabrication additive céramique. Ce titre revient à l'extrusion de pâte, également appelée extrusion d'argile, l'une des technologies d'impression 3D céramique les plus visibles. Des vidéos d'imprimantes à extrusion de pâte de fabricants tels que 3DPotter, WASP et CERAMBOT sont facilement accessibles en ligne. Les imprimantes à extrusion d'argile sont principalement utilisées pour imprimer des sculptures et des céramiques en argile qui sont ensuite cuites. Cependant, on expérimente également des imprimantes à extrusion pour produire d'autres objets en céramique intéressants, tels que des briques de construction ou même des maisons.
Le jet
est la principale technologie d'impression sur lit de poudre dans le domaine de l'impression 3D céramique. Ce procédé consiste à déposer des gouttelettes de liant à l'aide d'une tête d'impression à jet d'encre sur un lit de poudre céramique. Le dépôt se poursuit couche par couche jusqu'à l'obtention de la pièce complète, qui est ensuite retirée du lit de poudre et frittée. Contrairement à la photopolymérisation en cuve et à la technique FFF, l'impression céramique ne requiert aucun polymère intermédiaire. Deux leaders du marché du jet de liant, ExOne et voxeljet AG, produisent des imprimantes compatibles avec les poudres céramiques, même si elles ne sont pas exclusivement destinées à l'impression 3D céramique. Par ailleurs, des fabricants comme ComeTrue et Kwambio proposent des imprimantes à jet de liant spécifiquement conçues pour la fabrication additive céramique.
Qu’en est-il des technologies nouvelles et innovantes ?
Le paysage technologique de la fabrication additive céramique n'est pas statique ; avec l'arrivée chaque année de nouveaux acteurs dans le secteur de l'impression 3D céramique, ce paysage devient plus dynamique grâce à des technologies passionnantes.
Par exemple, la technologie innovante de « projection de nanoparticules » de XJet introduit le jet de matière comme procédé d'impression dans le domaine de la fabrication additive céramique. La projection de nanoparticules consiste à déposer des gouttelettes de nanoparticules de céramique en suspension dans un liquide. Contrairement à la projection de polymères, où chaque gouttelette est polymérisée par rayonnement ultraviolet, la projection de nanoparticules utilise la chaleur pour évaporer le liquide de la suspension, ne laissant que la céramique.
Un autre exemple de technologies d'impression intéressantes nous vient des fabricants d'extrusion de granulés comme Pollen-AM et Uprise 3D. Ces fabricants cherchent à valoriser les granulés de moulage par injection de céramique (CIM) disponibles comme matière première pour l'impression 3D. Leurs imprimantes font fondre les granulés CIM dans leurs têtes d'extrusion, puis extrudent le polymère chargé de céramique dans le plan XY (un procédé similaire aux imprimantes FFF/FDM, mais avec des granulés à la place du filament).
Enfin, la fabrication additive à l'échelle micrométrique s'étend désormais à l'impression 3D céramique : Boston Micro Fabrication (BMF), leader du secteur, a récemment dévoilé une nouvelle imprimante compatible avec la céramique. La microArch S230 est compatible avec deux nouvelles résines céramiques de BMF : l'alumine et le titanate de magnésium.
Prévisions du marché de l'impression 3D céramique :
Globalement, au cours des dix années écoulées depuis le lancement de la première imprimante 3D céramique industrielle, le marché de la fabrication additive céramique a connu une forte innovation grâce à plusieurs nouvelles technologies. IDTechEx prévoit que cette innovation technologique se poursuivra au cours des dix prochaines années, les entreprises continuant de développer et de diversifier leurs imprimantes céramiques.
