L'impression tridimensionnelle

 Conscience de l'homme

L’impression tridimensionnelle

L’impression d’organes entiers, rêve ou réalité ?

Des imprimantes qui façonnent des objets et des organes humains !

Bien que les progrès soient jusque-là déjà conséquents, l’enjeu suprême, qui consiste à imprimer un organe humain entier et fonctionnel, relève encore du fantasme. Un rêve à portée de main pour Will Shu. « Je pense qu’il sera possible de créer des organes solides par impression 3D. On peut déjà fabriquer des tissus en relief, que ce soit un cœur, un rein ou un foie, mais à petite échelle. » Oui mais voilà, dans cet exercice, c’est bien la taille qui compte… et qui pose problème.

« Pour concevoir un organe de grande taille, nous devons résoudre le problème d’impression de structures vasculaires complexes, qui assureraient les échanges nutritionnels à l’échelle de tous les tissus, de manière à leur assurer une viabilité sur le long terme. » Les moyens actuels n’ont pas encore permis d’en arriver à ce stade, « mais des groupes de recherche aux États-Unis, en Europe et au Japon progressent dans ce sens-là, notamment en utilisant des techniques d’impression par laser ou par jet d’encre », poursuit Will Shu.

Le début de l’éternité ?

On saisit assez bien les répercussions que cela aurait sur notre vie quotidienne, et particulièrement en médecine régénérative. Le prélèvement de quelques cellules souches d’un patient mises en culture et imprimées au bon format permettrait, dans un laps de temps réduit, de recréer un organe entier et fonctionnel que l’on pourrait insérer sans risque de rejet, dans le but de remplacer des tissus défaillants, du fait de l’âge ou de maladies. C’est aussi une façon de s’affranchir d’un autre problème : celui du don d’organes. Les receveurs sont plus nombreux que les donneurs, il y a donc un déficit à combler. 

Est-ce un pas vers la vie éternelle ? 

Remplacer des organes endommagés par des nouveaux, régénérés, aiderait à étendre l’espérance de vie, mais je ne pense pas que le principe à lui seul mène à l’immortalité », conclut le chercheur. En effet, tous les problèmes ne pourront être réglés par une simple imprimante. Par exemple, le cerveau est typiquement une pièce qui ne peut être recréée à l’identique. Les souvenirs, les traits de personnalité ou plus généralement l’esprit qui caractérisent une personne ne passent pas d’un cerveau à l’autre. À quoi bon vivre dans un corps tout neuf si l’on a perdu la tête ? (Par Janlou Chaput, Futura-Sciences) 

Le principe ne se limite pas aux travaux de construction. Les biologistes commencent à s’emparer du procédé et avec succès. Ainsi, il devient possible de former le moule d’une oreille en cartilage ou un implant crânien pour les personnes ayant subi un violent traumatisme à la tête, entre autres. Une véritable révolution en médecine. Une nouvelle étape pourrait encore être franchie : celui de la conception d’organes entiers.

Will Shu, chercheur à l’université Heriot-Watt d’Édimbourg, est l’un des pionniers en la matière. En février dernier, il publiait dans Biofabrication des résultats précisant qu’avec ses collègues, il avait mis au point une imprimante 3D capable de former des amas de cellules souches embryonnaires, sans les abîmer ni les dénaturer. Futura-Sciences est donc allé lui poser quelques questions sur l’avenir de ce procédé. 

La NASA veut doter la Station spatiale internationale d'une imprimante 3D

Réaliser une imprimante 3D capable d'exécuter ses tâches dans un environnement sans gravité ? L'affaire paraît hautement improbable alors que dans les faits, le projet existe déjà et devrait très bientôt être déployé dans l'espace par la NASA.

 Comment cela fonctionne-t'il ?

L'Impression tridimensionnelle 

L'impression tridimensionnelle (ou impression 3D) est une technique de fabrication additive développée pour le prototypage rapide. Trois technologies principales coexistent : le FDM (Fuse Deposition Modeling : modelage par dépôt de matière en fusion), la stéréolithographie (SLA) (une lumière UV solidifie une couche de plastique liquide) et le fritage sélectif par laser (un laser agglomère une couche de poudre).
L'impression tri-dimensionnelle permet de produire un objet réel : un opérateur dessine l'objet sur un écran en utilisant un outil de CAO (Conception assistée par ordinateur). Le fichier 3D obtenu est envoyé vers une imprimante spécifique qui le découpe en tranches et dépose ou solidifie de la matière couche par couche pour obtenir la pièce finale. Le principe est donc assez proche de celui d'une imprimante 2D classique : les buses utilisées, qui déposent de la colle, sont d'ailleurs identiques à celles des imprimantes de bureau. C'est l'empilement de ces couches qui crée un volume.
Selon le procédé une panoplie de matériaux peut être utilisée : le plastique (ABS), la cire, le métal, le plâtre de Paris et davantage encore.
Les applications vont de l'industrie - la production de voitures, d'avions, de bien de consommation, etc.-, à la visualisation de projets, de vérification d'ergonomie pour l'architecture ou les études de design.
En 2013, cette technique est limitée à l'utilisation de matériaux non propices à un usage intensif et donc ne produit que des prototypes, parfois grandeur nature, mais l'usage qui en sera fait dans l'avenir reste un sujet de recherche et de débat.

Enjeux du procédé

Certains voient dans l'avènement de l'impression tridimensionnelle une troisième révolution industrielle. Barack Obama, le Président des États unis, a indiqué sa volonté, lors de son discours sur l'état de l'Union en février 2013, pour que l'amérique investisse dans la création de centres d'impression 3D pour dynamiser l'innovation et créer des emplois. Son développement pourrait relocaliser la production dans les pays riches, étant donné que désormais la main d'œuvre serait devenue obsolète.

Propriété intellectuelle
En novembre 2010, un texte annonciateur de Michael Weinberg a été publié sur PublicKnowledge.org. « Le temps viendra, et il viendra vite; où les industries en place qui seront touchées exigeront de nouvelles lois restrictives pour l’impression 3D. Si la communauté attend ce jour pour s’organiser, il sera trop tard. [Elle] doit plutôt s’efforcer d’éduquer les décisionnaires et le public sur le formidable potentiel de l’impression 3D. Ainsi, lorsque les industries en place décriront avec dédain l’impression 3D comme un passe-temps de pirates ou de hors-la-loi, leurs déclarations tomberont dans des oreilles trop avisées pour détruire cette toute nouvelle nouveauté.»

En 2013, la question de l'impact de l'impression tridimensionnelle sur les droits de propriété intellectuelle a été posée à l'assemblée nationale, par le député François Cornut-Gentille au ministre du Redressement productif. Par exemple, le bloggueur Todd Blatt a reçu une mise en demeure de Paramount pour la matérialisation d’un cube similaire à celui du film Super 8 sur Shapeways.
L'impression tridimensionnelle peut également fonctionner sur le modèle du logiciel libre/open source.

« songez en effet à un monde où les quatre libertés du logiciel s’appliquent également ainsi aux objets domestiques : liberté d’usage, d’étude, d’amélioration et de diffusion. Ne sommes-nous pas alors réellement dans des conditions qui nous permettent de nous affranchir d’une certaine logique économique et financière dont nous ne pouvions que constater impuissants les dégâts toujours plus nombreux ? »

En France, un parlementaire a tenu à interroger les services d'Arnaud Montebourg, ministre en charge du redressement productif. La question,publiée ce jour au Journal officiel et repérée sur Twitter par Alexandre Archambault, a été posée par le député UMP François Cornut-Gentille, élu de la Haute-Marne. Il souhaite connaître les projets du gouvernement pour contrer les reproductions illégales. "La prolifération de sites de téléchargement de ce genre de fichier est à craindre dans les années à venir ; elle risquerait, à terme, d'engendrer des effets aussi néfastes pour l'industrie que ceux que connaissent actuellement les secteurs de la musique et du cinéma", expose le politique, soulignant que la reproduction se fait "sans aucun droit de propriété et à moindre frais" à partir du moment où les plans sont récupérés. Le député souhaite ainsi savoir si des"dispositifs" sont envisagés pour réguler le marché de l'impression tridimensionnelle et en particulier encadrer l'usage qui peut en être fait. Auregard des précédents cités ci-dessus, il semble que le verrouillage des usages- s'il a lieu - se fera par le déploiement de verrous numériques (DRM).

Histoire
L'imprimante tridimensionnelle est un composant important dans la nouvelle forme de production, et qui pourrait le devenir de plus en plus. La précision et les types de matériaux sont susceptibles d'augmenter à l'avenir avec des techniques plus avancées.
Arthur C. Clarke avait parlé d'une « machine à répliquer » dans les années 1960, machine qui allait répliquer les objets comme on imprimait des livres, ce qui aurait un effet profondément positif sur la société : « l'humanité s'adaptera comme par le passé ».
En 1972, dans le dessin animé Tintin et le Lac aux requins, le professeur Tournesol invente une photocopieuse tridimensionnelle immédiatement convoitée par Rastapopoulos pour fabriquer des faux en dupliquant des œuvres d'art volées dans de grands musées.

Capacités
En 2012, le marché mondial de l'impression 3D a atteint $2,2 milliards avec une croissance annuelle de 30%.
En 2013, on sait gérer facilement des matériaux correspondant aux caractéristiques suivantes :
conducteurs électriques et isolants ;
transparents, translucides ou opaques ;
rigides ou souples, élastiques ou cassants ;
pâteux, durs, abrasifs ;
colorés (toutes les couleurs, y compris phosphorescents, réactifs aux UV…) ;
magnétiquement inertes.
magnétiquement temporaires, médiocrement, en introduisant de la limaille de fer dans une cavité, ou un métal par exemple. (Une aimantation ultérieure permet de gérer les aimantations définitives).
En 2013, on ne sait pas gérer facilement des matériaux correspondant aux caractéristiques suivantes :
semi-conducteurs neutres, négatifs et positifs : voir l'article dédié : dopage (semi-conducteur) ;
précontraints ; gaz ;
Les textiles sont généralement assemblés séparément et fixés aux objets finaux.
Cela rend impossible les transistors, l'électronique, l'informatique, les panneaux photovoltaïques, les interrupteurs à lames souples.
Il est plus facile de construire les pièces détachées séparément et de les assembler ensuite, mais il est souvent possible d'imprimer les objets déjà terminées, avec l'assemblage déjà effectué.

Exemples actuels d'applications
Le commandement des opérations spéciales de l'armée américaine construit « huit usines mobiles » qui peuvent rentrer dans des conteneurs de transport standard. Ces usines sont basées sur une expérience réussie, le MPH12. Ce type de « micro usines » est l'aboutissement de l'idée d'usine, avec des technologies d'impressions tridimensionnelles.
EADS, la maison mère d'Airbus a des projets visant à produire toutes les parties des avions par des techniques d'impression tridimensionnelle (ALM-enabled: additive layer manufacturing).
Des entreprises d'impression tridimensionnelle à la demande existent et reprennent la vision de service web : envoi de vos plans par un site internet, paiement, impression, (montage), envoi du produit fini. Le principe de service en ligne n'est pas nouveau : des industriels tel que Renault permettent de personnaliser en ligne votre voiture avant achat.
D'après l'armée américaine, l'impression tridimensionnelle réduit de 97 % les coûts de production et de 83 % le temps de production.
La société d'impression tridimensionnelle Stratasys est le fabriquant de la technologie à l'origine de la technologie ALM par dépôt de fil. Le corps entier est imprimé avec un processus additif (ALM). Tous les composants extérieurs - y compris les panneaux de verre - ont été créés en utilisant les imprimantes tridimensionnelles chez Stratasys 'fabrication numérique - RedEye on demand'. La Urbee va participer au concours de X-Prize 2010.
L'entreprise Cresilas, société de service, est sur le marché de l'impression 3D en France depuis 1993 et possède avec sa quarantaine de machines (SLA, SLS, DMLS, Impression 3D à jets multiples) l'un des plus gros parc européen.
Le français Sculpteo plateforme en ligne d'impression 3D, propose un service d'impression 3D en ligne pour les professionnels et les particuliers. Sculpteo a lancé la première application mobile permettant de générer des fichiers 3D directement à partir d'un smartphone comme l'iPhone.
Le français CADvision est le leader de la distribution d'imprimantes 3D et de système de production numérique directe, avec un ciblage particulier sur le monde professionnel.
Shapeways, basé aux États-Unis propose un service d'impression 3D en ligne pour les particuliers et les entreprises.
L'étudiant texan Cody Wilson a réussi à fabriquer une arme à feu à l'aide d'une imprimante 3D. Si la majeure partie de l'arme est constituée de plastique moulé, fabriqué à l'aide de l'imprimante 3D, le canon et la crosse demeurent toutefois en métal. Une fois la démonstration faite de l'efficacité de l'arme, le créateur de cette arme à feu, a ensuite partagé les plans de fabrication de l'arme sur Internet. À l'origine, le créateur de cette arme à feu, souhaitait pouvoir tirer au moins vingt balles avec l'arme ainsi créée. Il n'a pu en tirer que six, avant que l'arme ne se désagrège complètement.
Le domaine de la médecine profite aussi de l'impression 3D, avec la création d'un matériau semblable à un os ou encore la création de prothèses et exosquelettes personnalisés.

Technologies

Toutes les technologies sont basées sur la découpe de l'objet virtuel 3D en lamelles 2D de très fine épaisseur. Ces fines lamelles sont déposées une à une en les fixant sur les précédentes, ce qui reconstitue l'objet réel.
Il existe différents types de technologies. Les principales sont :
AM ou ALM (Additive -Layer- Manufacturing)[modifier | modifier le wikicode]
Additive Manufacturing (AM) est défini par la norme ASTM comme le «processus d'assemblage de matériaux pour fabriquer des objets à partir des données du modèle 3D, le plus souvent couche après couche, par opposition aux méthodes de fabrication soustractive. Synonymes: fabrication additive, les procédés additifs, les techniques additives, la fabrication par couche additive, la fabrication des couches et fabrication de forme libre »
Le terme additif décrit les technologies qui peuvent être utilisés n'importe où dans le cycle de vie du produit, de la pré-production (c'est-à-dire du prototypage rapide) à la production à pleine échelle (également connu sous le nom de fabrication rapide) et même pour les applications d'outillage ou de personnalisation de post-production.
Des exemples de technique d'AM sont le fused deposition modeling et le laser sintering.
FDM (Fused Deposition Modeling)[modifier | modifier le wikicode]
Article détaillé : Le prototypage rapide par dépôt de fil FDM.
Cette technique consiste à faire fondre une résine (généralement du plastique) à travers une buse chauffée à haute température. Un petit fil de plastique en fusion, d'un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre, en sort. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par re-fusion sur ce qui a été déposé au préalable. Le fused deposition Modeling est une marque déposée par l'inventeur de la technologie de dépôt de filament en fusion, Stratasys.
FTI (Film Transfer Imaging)
Un film transparent recouvert d’une couche de résine photopolymère est placé devant le vidéo projecteur intégré à la machine, l’image de la coupe 2D projetée dessus va faire durcir la résine. Le plateau de production est remonté d’une épaisseur tandis que le film transparent fait un aller-retour dans la cartouche afin de recevoir une nouvelle couche de résine liquide, l’image de la coupe 2D suivante est projetée dessus et ainsi de suite. La pièce est ainsi reconstituée couche par couche.
MJM (Modelage à Jets Multiples)

Cette technique consiste à déposer une couche de résine (du plastique type acrylate ou polypropylène) liquide de la même manière qu'une imprimante à jet d'encre avec une épaisseur de 2/100 à 4/100 de mm.
SLA (StéréolithographieApparatus)
Cette technique utilise en général une résine spéciale sensible au traitement ultra violet. À la fin de chaque couche 2D, une lampe ultra-violette traite la résine qui durcit.
SLS (Selective Laser Sintering)

Cette technique est similaire à la stéréolithographie, mais une poudre est utilisée (au lieu d'un photopolymère liquide). Un laser puissant solidifie localement la surface de poudre et l'agglomère aux couches précédentes par frittage. Une nouvelle couche de poudre est ensuite étalée et le processus recommence.
Impression de nourriture
En 2009, l'institut français d'art culinaire, l'école d'art culinaire de New York City ont travaillé sur l'élaboration de l'impression de nourriture, sur l'imprimante 3D libre Fab@home.
En 2010, le projet Cornucopia du Massachusetts Institute of Technology travaille sur l'impression de nourriture et des entreprises (comme IKEA) travaillent sur ce concept.
En 2012, Choc Edge a proposé la Choc Creator Version 1, la première imprimante 3D à chocolat.

(source : wikipedia)

 

"La source de nos informations est indiquée pour chaque parution, mais au cas où l'auteur de vidéos, articles ou photos souhaiterait ne plus les voir figurer sur le site, qu'il nous en avertisse par mail, et nous les retirerons immédiatement"