« L’expansion de notre plateforme sur le marché des céramiques techniques est une évolution naturelle pour Fortify », déclare Joshua Martin, PDG et cofondateur de Fortify. « Repousser les limites de ces matériaux exige le traitement de matériaux très chargés, abrasifs et visqueux. Ce sont ces mêmes capacités qui sont à la base de notre succès dans divers photopolymères techniques. »
L'augmentation du nombre de céramiques disponibles pour l'impression 3D ouvrira sans aucun doute la voie à une fabrication additive céramique performante dans des secteurs exigeants tels que l'aérospatiale, la médecine et l'énergie. Dès lors, il convient de s'interroger sur les matériaux céramiques actuellement imprimés en 3D et sur les formes qu'ils prennent.
Types de céramiques imprimées en 3D
L'argile fut l'un des premiers matériaux céramiques à être imprimé en 3D . De nombreux fabricants d'imprimantes à extrusion d'argile, tels que Delta, WASP et CERAMBOT, se sont lancés sur le marché de l'impression 3D céramique au fil des ans, se concentrant principalement sur les secteurs de l'art, de l'architecture et du design. Le studio de design Emerging Objects, basé à San Francisco et spécialisé dans l'impression 3D, est réputé pour ses créations innovantes à partir d'argile et de porcelaine, notamment des sculptures et des bâtiments. Cependant, la fabrication additive céramique s'est largement éloignée des matériaux blancs comme l'argile et la porcelaine pour se tourner vers les céramiques techniques. Ces dernières offrent la possibilité d'utiliser l'impression 3D pour produire des pièces hautes performances destinées à des secteurs à fort potentiel comme l'aérospatiale et la défense, la chimie et la dentisterie.
Céramiques d'oxyde : Le principal type de céramique imprimé en 3D est la céramique d'oxyde, comme l'alumine et la zircone. Ces oxydes binaires sont généralement moins chers et plus faciles à mettre en œuvre que de nombreuses céramiques non oxydées, ce qui explique leur popularité croissante dans l'impression 3D. En dehors de l'impression 3D, l'alumine est couramment utilisée dans les implants et les dispositifs médicaux, tandis que la zircone s'impose de plus en plus dans le secteur dentaire, notamment pour les implants et les facettes dentaires. La dentisterie et la médecine sont deux secteurs cibles pour l'industrie de l'impression 3D dans son ensemble, car elles offrent des possibilités de personnalisation de masse, domaine dans lequel l'impression 3D est conçue. Compte tenu de ces éléments, il n'est pas surprenant que l'alumine et la zircone figurent parmi les matériaux céramiques les plus populaires pour l'impression 3D aujourd'hui. Presque tous les grands fabricants d'imprimantes 3D céramiques, tels que Lithoz, Admatec et 3D Ceram, développent et commercialisent de la zircone et de l'alumine pour l'impression 3D céramique.
Céramiques sans oxyde : Les céramiques sans oxyde, telles que le carbure de silicium et le nitrure d’aluminium, sont moins répandues sur le marché que les céramiques oxydées. Ceci s’explique principalement par deux facteurs : leur coût plus élevé et la plus grande difficulté d’impression. Cependant, les céramiques sans oxyde sont de plus en plus disponibles sur le marché de la fabrication additive céramique, car elles sont particulièrement utiles dans les environnements extrêmes grâce à leur haute résistance à la chaleur et à la corrosion. Récemment, un nombre croissant d’entreprises ont lancé leurs propres céramiques sans oxyde pour l’impression 3D. Parmi elles, on compte non seulement des fabricants de céramiques pour impression 3D comme Lithoz, Admatec et 3D Ceram, mais aussi des fournisseurs de matériaux céramiques tels que SGL Carbon et Schunk Carbon Technology. Ces derniers ne produisent généralement pas de céramiques imprimables en 3D pour la vente directe, mais les proposent plutôt dans le cadre de leurs services de production de pièces internes.
Biocéramiques : Les biocéramiques désignent généralement les céramiques utilisées dans le corps pour stimuler l’activité cellulaire. Elles ont fait l’objet de nombreuses recherches universitaires au cours de la dernière décennie, car elles offrent la possibilité de créer des dispositifs implantables non toxiques, mais qui contribuent activement à la réparation du corps. L’impression 3D d’implants biocéramiques suscite un vif intérêt dans le domaine des dispositifs médicaux et la recherche universitaire, car elle facilite la création d’implants personnalisés adaptés à chaque patient. Les deux biocéramiques les plus étudiées en impression 3D sont l’hydroxyapatite (HA) et le phosphate tricalcique (TCP). Ces biocéramiques sont appréciées non seulement pour leurs propriétés, mais aussi pour leur utilisation fréquente en médecine : de nombreux implants et dispositifs en HA et TCP (non imprimés en 3D) ont déjà été approuvés par la FDA (Food and Drug Administration) américaine.
Une fois les matériaux céramiques les plus courants sur le marché de l'impression 3D identifiés, sous quelles formes de matières premières trouve-t-on ces céramiques ? On distingue généralement six principaux types de matières premières pour la céramique, dont quatre contiennent des polymères comme liants intermédiaires et deux n'en contiennent pas :
Résines photopolymères : la poudre de céramique est incorporée à des résines pour former une pâte d'impression ;
Filaments thermoplastiques : la poudre de céramique est mélangée à un thermoplastique pour former un filament extrudé ;
Granulés thermoplastiques : la poudre de céramique est mélangée à un thermoplastique pour former des granulés extrudés ;
Pâte céramique : une pâte de céramique visqueuse, comme de l'argile ou de la porcelaine, est préparée pour l'impression ;
Poudre céramique : des particules de poudre de céramique micrométriques sont utilisées pour l'impression sur lit de poudre ;
Suspensions de nanoparticules : des nanoparticules de céramique sont en suspension dans l'eau pour la projection de nanoparticules, une technique de projection de matière.
Perspectives d'avenir : matériaux d'impression céramique 3D
De manière générale, les matériaux disponibles pour la fabrication additive céramique sont diversifiés, mais offrent un potentiel important d'innovation et d'expansion. La mise à disposition de céramiques et de composites à matrice céramique haute performance pour l'impression 3D permettra à la fabrication additive céramique de devenir la technique de production la plus répandue pour les petites séries. IDTechEx prévoit que les dix prochaines années seront marquées par une innovation continue en matière de matériaux, avec l'arrivée sur le marché de nouveaux fournisseurs et de nouvelles entreprises d'impression 3D céramique proposant leurs propres solutions.
Pour une analyse plus détaillée de la technologie d'impression céramique 3D et d'autres informations sur ce secteur, y compris les profils des acteurs, les prévisions de marché, les études de cas d'application et les études comparatives, voir « Impression céramique 3D 2022-2032 : Perspectives technologiques et de marché ».
