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Quel est le début des imprimantes 3D ?
Le début des imprimantes 3D date des années 1980, années où le premier processus de prototype rapide apparaît. Depuis il y a eu plusieurs milliers de brevets, de développement, de recherche et d’amélioration dans ce domaine.
Quels sont les avantages de l’imprimante 3D ?
L’imprimante 3D permet de faire figurer des textures, des lignes, et surtout des épaisseurs proches de la réalité physique qui enrichissent la bibliothèque tactile de l’élève, renforçant son image mentale. En explorant tactilement une maquette imprimée en 3D, l’élève peut affiner ses observations en la tournant dans ses mains.
Comment fonctionnent les imprimantes 3D personnelles ?
La majorité des imprimantes 3D personnelles fonctionnent selon ce principe. FDM est l’acronyme anglais de Fused Deposition Modeling qui signifie « modelage par dépôt de filament en fusion ». Ce procédé qui a été inventé en 1988 par la société Stratasys, est une marque déposée.
Comment choisir une imprimante 3D ?
Par exemple, on peut choisir la présence d’un plateau chauffant pour la réalisation de pièces en ABS plus résistantes que le PLA. Il est aussi préférable de prendre une imprimante fermée si on imprime des pièces avec un volume important ou avec une faible surface d’adhésion sur le plateau. Le besoin définit aussi la qualité de l’imprimante 3D.
Past day
L"impression 3D
Impacts économiques et enjeux juridiques
Fatima GHILASSENE
Les Dossiers de la Direction des Etudes de l"INPI
Dossier n° 2014 - 04 - Septembre 2014
2 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
2SOMMAIRE
Introduction 3 I - Une technologie en constante évolution 4 A. Une technologie née dans l"industrie en rupture avec les techniques traditionnelles de fabrication 41) De la fabrication additive à l"impression 3D 4
2) Une technologie de rupture avec les techniques traditionnelles de fabrication 5
B. Une extension permanente des domaines d"applications 61) Les applications actuelles 6
2) Les applications en perspective 7
II - Des impacts prometteurs mais redoutés 9A. L"impression 3D, vecteur d"innovation 9
1) Un impact positif sur le cycle de l"innovation 9
2) Une personnalisation en masse et une production à la demande 10
3) Le consommateur est intégré dans la chaîne de valeur 11
B. Perçue comme une menace malgré des limites évidentes 11 1) Les limites à l"utilisation de l"impression 3D 122) L"impression 3D perçue comme une menace 13
III - Des solutions d"ordres technique, juridique et stratégique 15A. Les solutions d"ordre technique 15
1) Mesures d"identification des objets 15
2) Mesure de contrôle de l"utilisation des fichiers numériques 16
B. Des solutions d"ordre juridique 17
1) Un cadre légal de lutte contre la contrefaçon à compléter 17
2) Responsabilité des intermédiaires 20
C. Des solutions relevant de la stratégie d"entreprise 211) Intégrer l"impression 3D dans la stratégie marketing de l"entreprise 21
2) Adoption d"un nouveau modèle économique 22
Conclusion 243 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
3INTRODUCTION
L"impression 3D est une technologie qui permet, à partir d"un fichier comportant un modèle numérique et à l"aide d"une machine appelée imprimante 3D, de fabriquer un objet physique. La commission européenne a inscrit cette technologie au rang des domaines technologiquesprioritaires dont les Etats Membres doivent tenir compte dans le cadre de leur politique
industrielle 1. Dans un rapport intitulé " industrie 2.0 »2, le cabinet McKinsey annonce l"avènement de
douze technologies de rupture3 qui vont transformer l"industrie à horizon 2025. Parmi ces
douze technologies de rupture, figure l"impression 3D. Cette technologie a émergé au début des années 80 dans et pour le monde industriel sousl"appellation de fabrication additive. L"impression 3D a été conçue au départ pour réaliser
des prototypes, finalité qui représente encore aujourd"hui 70% du marché de cette
technologie. A partir de 1996, apparaît la notion d"impression 3D avec le lancement sur le marché de machines appelées imprimantes 3D et émergent de nouveaux acteurs en ligne proposant à la fois des modèles numériques ainsi que des services d"impression 3D. Cette technologie n"est donc pas une nouveauté. Ce qui en constitue une nouveauté, c"est l"accès à cette technologie du grand public avec l"apparition dans le commerce de machinesde petite taille à un prix abordable, suite à l"expiration des brevets protégeant cette
technologie.Cette " démocratisation » de l"impression 3D fascine autant qu"elle inquiète les créateurs
comme les acteurs politiques. Si l"impression 3D est présentée comme moteur d"unetroisième révolution industrielle par les médias, elle soulève des questions quant au respect
des droits de propriété intellectuelle qu"elle risque de fragiliser.Ainsi le député François Cornut-Gentille a adressé en date du 16 juillet 2013 une question
écrite à Arnaud Montebourg afin d"attirer " l"attention de M. le ministre du redressement
productif sur les moyens d"action contre les risques de reproduction illégale liés à la diffusion
à venir d"imprimantes 3D sur le marché français. (...)4 ».
L"impression 3D fascine, car cette technologie en constante évolution (I) a des impacts
autant économiques, juridiques que sociétaux (II). Si des solutions techniques et juridiques peuvent accompagner l"expansion de son utilisation, un changement de paradigme s"impose (III).1 http://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/PDF/?uri=CELEX:52012DC0582&from=FR
2 McKinsey France - Industrie 2.0 : " Jouer la rupture pour une renaissance de l"industrie française »
3 Concept développé par Clayton Christensen dans son ouvrage The innovator"s dilemma : " la disruption est une
transformation irréversible du capitalisme »4 Question écrite n°32786 du 16/07/2013 renouvelée le 29/10/2013
4 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
4I - UNE TECHNOLOGIE EN CONSTANTE
EVOLUTION
A. UNE TECHNOLOGIE NEE DANS L"INDUSTRIE EN RUPTURE AVEC LES TECHNIQUES TRADITIONNELLES DE FABRICATION1) De la fabrication additive à l"impression 3D
Utilisant des travaux de recherche entamés depuis les années 19505, un ingénieur américain, Chuck Hull, expérimente la fabrication par addition de couches successives de matière à partir du début des années 1980. En 1984, il dépose une demande de brevet portant sur une machine destinée au prototypagerapide et fonctionnant selon un procédé qu"il nomme la stéréolithographie apparatus (SLA).
On ne parle pas encore d"impression 3D.
En 1986, Chuck Hull crée la société 3D System pour commercialiser cette nouvelle imprimante d"un nouveau genre après avoir mis au point le STL (Standard Tessellation Language), un format de fichier numérique devenu la référence pour l"impression 3D. Cefichier STL est créé à l"aide d"un logiciel de CAO (conception assistée par ordinateur). Il est
ensuite transféré vers la machine prévue pour la fabrication additive et dotée d"un autre
logiciel qui va découper ce modèle numérique en une succession de couches et va donnerlieu à autant de dépôts de matière dont les différentes couches sont fusionnées par des
rayons ultraviolets.En 1988, les inventeurs Lisa et Scott Crump mettent au point un procédé nommé FMD
(Fused Deposition Modeling : modelage par dépôt de matière en fusion) et fondent l"une des sociétés pionnières dans l"impression 3D, Sratasys pour commercialiser des machines utilisant ce procédé. Aujourd"hui, cette société domine le marché des imprimantes 3D. En 1993, le MIT (Massachusetts Institute of Technology) divulgue un nouveau procédé defabrication additive, la 3DP (the three dimensional printing). Ce procédé repose sur la
projection de glu sur une surface de poudre formant ainsi progressivement l"objet. En 1995,le MIT concède une licence d"exploitation de ce procédé à la société Z Corporation,
spécialisée dans le développement d"imprimantes 3D à destination de l"industrie.Le terme impression 3D apparaît pour la première fois en 1996, date à laquelle sont
commercialisées sous le nom d"imprimantes 3D les machines Actua 2100 de 3D System et Z402 de Z Corporation destinées au prototypage rapide. L"expiration en 2006 des brevets protégeant la technologie a favorisé la naissance du projet RepRap, projet d"imprimante 3D réplicable open source telle que l"imprimante makerbot replication. Il s"agit d"une imprimante 3D capable d"imprimer ses propres composants et doncde s"auto-reproduire. En effet, pilotée par un logiciel libre, cette imprimante permet de
fabriquer des pièces en matière plastique, qui une fois assemblées, donneront naissance à
une nouvelle imprimante 3D. En 2007, naissait aux Pays Bas la société Shapeways proposant le premier service en ligne d"impression 3D destiné aux particuliers.5 http://sérialmakers.com/content/uploads/2013/06/tendances-impression-3D.jpg
5 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
5En 2009, c"est en France qu"est créée la société Sculpteo, plate-forme proposant la
possibilité d"imprimer un objet à partir d"un modèle créé par l"utilisateur ou choisi dans un
catalogue de modèles numériques. Depuis 2010, des étudiants du MIT travaillent sur l"impression 3D de nourriture à travers le projet Cornocopia, une usine individuelle qui permet de stocker les ingrédients et de cuisiner des petits plats 6.Le projet RepRap donne un nouvel élan à l"impression 3D en 2012, date à laquelle apparaît
sur le marché la première imprimante 3D personnelle, la cube de la société 3D System, le coût de production de ces imprimantes, de plus en plus efficaces, devenant de plus en plus accessible (environ 300 dollars). L"impression 3D n"est donc pas une nouvelle technologie. Ce qui est nouveau, c"est l"accès du grand public à cette technologie en raison de l"apparition sur le marché d"imprimantes depetite taille et vendues à des prix abordables. L"impression 3D connaît par ailleurs une
grande médiatisation des prouesses réalisées dans le domaine médical grâce à son
utilisation.Les espoirs fondés sur l"impression 3D suscitent un intérêt croissant des acteurs politiques
pour cette nouvelle technologie. Les Etats-Unis ont investi la somme de trente millions dedollars pour la création d"un centre dédié à l"impression 3D, the Additive Manufacturing
Innovation Institute. La Grande Bretagne a fait de même en y investissant à son tour quinze millions d"euros. 2) Une technologie de rupture avec les techniques traditionnelles de fabrication Les techniques traditionnelles de fabricationPour fabriquer un objet, les industriels doivent généralement combiner différents procédés
de fabrication que sont l"usinage, le moulage et le soudage, pour obtenir le résultat
recherché. L"usinage est une famille de procédés consistant à obtenir une forme par soustraction de lamatière. Il s"agit de sculpter un bloc de matière par perçage ou grattage jusqu"à l"obtention
de la forme souhaitée. Ce procédé présente un inconvénient majeur puisqu"environ 80% de
la matière première est gaspillée. Par ailleurs, il présente des limites car il ne permet pas
d"obtenir les formes qui nécessitent de creuser à l"intérieur du bloc de matière. Dans ce cas,
les industriels ont recours au moulage. Le moulage est un procédé qui permet d"obtenir des formes plus ou moins complexes en coulant du métal en fusion dans un moule ayant la forme recherchée. A priori ce procédén"induit pas de gaspillage de matière première. Toutefois, une fois démoulée, la forme finale
de l"objet n"est obtenue qu"après une opération d"usinage afin de rendre l"objet fonctionnel. Ensuite ces pièces fabriquées par usinage et/ou moulage seront assemblées entre elles pardifférents procédés (soudage par exemple) pour obtenir le produit final. L"impression 3D
permet d"éviter de passer par ces différentes étapes et de fabriquer des objets en une seule
opération.6 http://drim-isen.blogspot.fr/2011/10/une-imprimante-culinaire-3D.html
6 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
6 La technologie de l"impression 3D L"impression 3D recouvre différentes techniques de fabrication additive (la stéréo-lithographie, la modélisation par fusion de matière, le frittage sélectif au laser, la technologie
polyjet...). Ces différentes techniques se distinguent les unes des autres selon la manière dont la matière est déposée. Pour chacune de ces techniques, le vide qui donne la forme de l"objet est créé par l"absence de dépôt de matière. Le processus de fabricationLa première étape consiste à créer un modèle numérique grâce à un logiciel de CAO. Ce
modèle numérique est ensuite envoyé vers une imprimante 3D dotée d"un logiciel qui va le découper en fines tranches et déposer successivement des couches de matière correspondant à ce nombre de tranches.Ce modèle numérique peut être aussi obtenu en numérisant un objet physique à l"aide d"un
scanner 3D. Il est même possible de créer ce fichier numérique grâce à un Smartphone. En
effet, une équipe de chercheurs allemands a mis au point une technique permettant de transformer ces appareils téléphoniques en scanners 3D très performants. Les matériaux utilisésDans l"industrie, il existe une grande diversité dans les matériaux utilisés. Selon l"objet
fabriqué et le procédé retenu, les matériaux peuvent être du plastique, de la poudre minérale
ou de polyamide, de la résine, de la cire, des métaux, voire même des cellules humaines pour la fabrication d"organes du corps humain7. Des étudiants néerlandais travaillent
actuellement sur un projet nommé SkinPrint dont l"objectif est de fabriquer une peau artificielle pour notamment soigner les grands brûlés 8. Actuellement, les imprimantes grand public n"utilisent qu"un type de matériau, le plastique. L"impression 3D est une technologie innovante qui a fait l"objet d"un nombre important de demandes de brevets, notamment aux Etats-Unis. Pour connaître la cartographie desbrevets reposant sur cette technologie, le lecteur est invité à consulter une étude réalisée par
l"Intellectual Property Office et accessible à l"adresse suivante : www.ipo.gov.uk/informatics-3D-printing.pdf
B. UNE EXTENSION PERMANENTE DES DOMAINES D"APPLICATION1) Les applications actuelles
Selon le cabinet McKinsey, le prototypage rapide est l"usage le plus évident de l"impression 3D9. Le prototypage rapide a pour objectif de fabriquer un modèle physique ou une maquette
dans un délai très court et avec un minimum d"outillage. L"impression 3D a donc été
développée pour l"industrie de pointe dans le but d"accélérer les phases de conception et de
tests. Le prototypage rapide représente actuellement un taux de 70% du marché de l"imprimante 3D. L"impression 3D a vu cependant son champ d"application s"étendre en permanence. Lesindustries automobile et aéronautique ont adopté cette technologie depuis une quinzaine
d"année pour la fabrication de pièces de haute technologie. Citons l"exemple de la fabrication par impression 3D des boîtes de vitesses des voitures de formule 1 ou encore des turbines de réacteurs d"avion.7 http://www.genengnews.com/insight-and-intelligence/patentability-of-3D-printed-organs/77900129
8 http://www.lesechos.fr/tech-medias/hightech/0203389331558-cinq-inventions-qui-peuvent-changer-le-monde-65495.php
9 McKinsey France - Industrie 2.0 - jouer la rupture pour une renaissance de l"industrie française
7 / L"impression 3D / INPI / Direction des études / F. Ghilassene
7 Certaines entreprises comme le fabricant de jouets Mattel10 (depuis 1992), possèdent leur
propre atelier d"impression 3D. D"autres font appel à des sociétés spécialisées dans le
prototypage rapide. Créée en 1993, la société Crésilas réalise des prototypes pour de
nombreux groupes parmi lesquels il est possible de citer Renault ou Ferrari.Si la fabrication par impression 3D de prothèses orthopédiques (hanches, genoux) est
courante depuis une quinzaine d"années, certaines applications fortement médiatisées ces derniers mois constituent un exploit scientifique et suscitent de grands espoirs dans ledomaine médical. Ainsi en février 2014, une équipe de chirurgiens de l"hôpital pour enfants
de Louiseville sauve le coeur d"un bébé grâce à l"impression 3D. Ce n"est évidemment pas le
coeur de l"enfant qui a été fabriqué par impression 3D. Des chercheurs de l"université de
Louiseville ont fourni aux chirurgiens une réplique du coeur de l"enfant fabriquée grâce à
l"impression 3D. Avec une taille une fois et demi supérieure à la taille réelle, cette réplique a
servi de modèle lors de l"intervention chirurgicale dont elle a facilité l"exécution. Cette
opération est par ailleurs une bonne illustration de collaboration entre chercheurs et praticiens. Dans le domaine de la santé, l"imprimante 3D n"est donc pas systématiquement utilisée pourfabriquer un organe destiné à être implanté dans le corps humain. Ses applications existent
aussi de manière indirecte. Cette technologie sert en effet de guide pour les chirurgiens lors de certaines interventions complexes. Une équipe de chirurgiens d"un hôpital britanniques"est ainsi appuyée sur la reproduction en 3D de la tête d"un patient, obtenue par
l"impression 3D, afin de lui reconstituer le visage, défiguré suite à un accident de moto. Actuellement les applications dans le secteur médical sont nombreuses, allant de lafabrication de prothèses, d"implants dentaires, voire crâniens jusqu"à la transplantation
faciale. D"autres applications sont attendues aussi bien dans le secteur médical qu"ailleurs. 2) Les applications en perspectiveParmi les applications les plus attendues dans le secteur médical, figurent la fabrication
d"organes ou le bio-printing. Les espoirs portent sur la fabrication par impression 3D d"organes vitaux (rein, coeur...) à partir des cellules souches du patient. Cette perspective offre la possibilité de contourner deux difficultés : la carence de dons d"organes et le rejet des organes implantés. Une expérience menée par des chercheurs de l"université de Cambridge sur des rats permet de penser qu"il sera possible à moyen terme de redonner la vue aux déficients visuels et aux aveugles. Des chercheurs de l"université de Cambridge ont en effet fabriqué par impression3D des cellules nerveuses de la rétine qui ont redonné la vue aux rats ayant reçu ces
cellules. Dans l"immédiat, cette expérience n"a été testée que sur les rats mais donne déjà
un grand espoir à plusieurs millions de personnes souffrant de cécité 11. Le secteur aéronautique fonde également beaucoup d"espoir sur l"impression 3D. L"agence spatiale européenne a décidé d"investir la somme de 20 millions d"euros pour la recherchesur l"impression 3D. L"objectif à long terme de l"agence est d"accélérer la conquête de
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