Analyse technico-commerciale des imprimantes 3D en janvier 2014

Analyse technico-commerciale de l’impression 3D en janvier 2014

Bonjour, l’on prétend que 2014 sera l’année de l’impression 3D. Je ne vais pas jouer les Cassandres mais il y a encore loin de la coupe aux lèvres.

J’ai effectué un petit test grâce à un modèle simple : la Prinrbot « simple », modèle en kit vendu depuis les USA à 299$+ 80.96$ de port + 90 euros de TVA et de frais de douane pour la Belgique.

Imprimante Printrbot en pièces détachées

Ce modèle se vend tout monté pour 399$, les frais en proportions mais, comme je le soupçonnais, faire le montage soi-même est un vrai plus pour la suite et l’expérience.

Combien coûte une « bonne » imprimante 3D ?

D’abord, le concept de bonne est actuellement difficile à définir sauf par les rumeurs du web tant elles sont encore peu répandues, ensuite, pour un modèle avec une finition correction et tout en main, il faut compter une base de 1000 euros et cela peut atteindre 20.000 euros.

Actuellement, la majorité des imprimantes s’orientent vers le dépôt de fil (FDM) qui consiste à déposer en couche un fil fondu par un pistolet chauffant, il existe encore la stéréolithographie (SLA) qui consiste en la polymérisation progressive d’un liquide de plastique par un laser, cette technique est très précise et rapide mais industrielle car très lourde[1] ou alors la fameuse technique à poudre de plastique également fusionnée grâce à un laser. Ces deux dernières techniques sont très au point et précises mais avec des dimensions et complexité de machine importante.

Imprimante 3D Printrbot montée

L’article portera donc essentiellement sur les imprimantes tout-public et semi-professionnelles. Il existe déjà là une différence importante entre celles qui peuvent utiliser l’ABS et le PLA ou l’un ou l’autre. La nuance est importante car l’ABS (Acrylonitrile butadiène styrène) est un polymère synthétique là où le PLA Polylactic acid ou acide polyactique ) (est un recyclé voire un produit de fermentation à base d’amidon.[2] Le PLA se travaille vers les 200°C et mollit dès 50°C tandis que l’ABS se travaille vers 230°C et mollit vers 90°C, il est plus cassant et avec des retraits plus importants.

La Printrbot choisie n’utilise originellement que le PLA et il aura fallu près de 6 heures pour achever son montage et près de 4 heures pour réussir à la calibrer, la documentation n’existe qu’en anglais et est un peu incomplète d’autant que l’on ne comprend souvent le concept décrit qu’une fois qu’on essaie l’imprimante. l’ABS est utilisable moyennant le rajout d’un plancher chauffant (en option).

Au total cependant les résultats sont surprenants et les consommables relativement abordables comparé aux imprimantes à jet d’encre et laser, il faut compter de 20 à 40 euros du kilo de matière d’impression. Défaut, cela se vend généralement que par 1 à 2 kilos et par couleur. Cependant, la partie d’impression appelé extrudeuse ne produit qu’un seule couleur à la fois et il y a 4 têtes dans le meilleur des cas (en 2013), une seule pour l’imprimante analysée.

Á noter aussi que l’ABS demande une plaque chauffante de base (hotbed) pour éviter le décollement en cours d’impression, moins le PLA.

Il existe également déjà des imprimantes FDM utilisant du chocolat, de la cire, du caoutchouc, … Tout ce qui est fusible en réalité est possible.

Globalement, les objets demandent de quelques décimètres d’un fil de 1.75 mm à 3 mm de diamètre jusqu’à plusieurs mètres. Un mètre de fil représente de l’ordre de 2.5 cm³ de matière, heureusement, la technologie permet déjà l’impression de sujet creux ou avec une structuration lacunaire économisant la matière et le temps. La puissance électrique nécessaire tourne autour de 125 watts par mètre de fil utilisé.

Exemples d’impressions 3D

Le sapin (ABS): 1 heure 20, le flocon de neige (PLA) 25 minutes, le dauphin (PLA) 5 heures, … Tous sont en 0.1 mm (100 microns) de d’épaisseur de résolution.

Voici quelques exemples de réalisation avec leur … temps …

En estimation grossière, avec 40-50% de remplissage, on peut compter 1 mètre jusque 3 mètres de fil par heure de travail en épaisseur 1.75 mm et selon le type de volume de l’objet.

Car c’est là que se situe le bémol de cette technologie, le temps, jusqu’à cette donnée, tout va très bien et l’on arrive même à des prix de commercialisation tout à fait raisonnables. Il est également amusant de voir que l’on cite souvent des précisions en microns, mais par centaines donc des dixièmes de mm, c’est un peu un appât commercial.

0,1 mm se perçoit encore à la vue et au toucher et 0,3 mm est souvent une épaisseur d’impression réaliste car la tête a forcément une vitesse de déplacement limitée. Elle va pourtant plutôt vite mais à 30-200 mm/seconde, quand il y a parfois plus de 900 strates à imprimer, avec le remplissage, les heures s’empilent alors vite.

Ce qui fait que finalement imprimer dans un cube de 10 cm d’arête ou de 20 cm perd son sens. À 0.1 mm sur un objet d’une vingtaine de cm de haut et une vitesse de 150 mm/seconde, on prend facilement 8 heures de temps.

La petite Printrbot ne permet dans la pratique qu’une impression dans un cube 8-9 cm et permet une vitesse de 30 à 90 mm/seconde, l’utilisation de son volume en majorité prendra effectivement de l’ordre de 8 heures de temps.

Le débit est donc faible dans ces techniques à fil mais les autres sont plus chers et volumineux, demandant des centres de copies professionnels.

Et la fiabilité ?

Ironiquement, l’impression 3D en FDM ne fait pas dans la révolution, c’est la base de l’imprimante standard plus l’axe Z pour la hauteur combiné avec un moteur pour injecteur le fil en automatique dans un pistolet à colle modifié doté d’un thermostat.

C’est donc robuste mais assez éprouvant pour le matériel à cause du nombre de mouvements importants et de manière rapide (il faut souvent lester ou attacher l’imprimante pour qu’elle ne voyage pas lentement sur la table) mais il y a une contradiction flagrante aussi: il faut être capable de décoller la pièce à l’issue de l’impression tout en évitant également qu’elle se détache durant l’impression. C’est loin d’être aisé à gérer au début.

Les incidents principaux :

Thermographie d’une imprimante 3D Printrbot

Bobine de fil pas homogène en diamètre et qui pose problème dans l’extrudeur (surtout si c’est trop gros).
Impureté dans le fil et qui peut boucher la buse d’extrusion.
Décollement de la pièce en cours d’impression ce qui provoque sa ruine.
Endommager la pièce lors de son décollement.
Dysfonctionnement ou décollement du thermostat qui peut créer une surchauffe menant à des petites explosions de plastique voire à faire fondre des éléments de support ou de contrôle de l’imprimante.
Lanière ou corde d’entraînement qui se brisent, glissent, … rendant inutile votre impression en cours.
Plus encore les problèmes de moteur ou électronique mais plus rares, généralement constatés au départ

Globalement donc, le problème de vitesse d’impression pose la question de la rentabilité plus que tout le reste. L’autre souci étant qu’il est quasiment impossible de reprendre une impression interrompue par un incident, généralement un problème en cours d’impression signifie une pièce perdue, à la limite, seul le rechargement délicat par un nouveau fil est possible mais avec du doigté.

Immobiliser une machine de 2000 euros pour imprimer une statuette de 15 cm sur une journée de travail, voire deux si on la laisse travailler seule ce qui n’est pas toujours conseillé, demandera par statuette de l’ordre de 2.5 kWh, 50 mètres de fil (à peu près 3-5 euros de matière) équivaudrait à un prix de vente prohibitif.

Bien entendu, on peut aussi se cantonner à des objets plus petits et plus rentables mais l’équivalent d’un simple sous-verre demande quand même de 8 à 30 minutes par objet.

Il est donc possible de rembourser les frais d’acquisition de l’impression 3D mais le bénéfice reste encore difficile car il faut encore compter la conversion de fichier, les essais, …

C’est donc, actuellement, un produit d’appel ou de promotion mais pas, professionnellement parlant, un produit de rentabilité sauf pour des prototypes ou si l’on a des besoins personnels de créations de logos, boîtiers, circuits, …

Oui mais, et l’accélération matérielle?

En effet, il est possible de configurer les moteurs pour imprimer beaucoup plus vite et, là, c’est la qualité de la pièce 3D à imprimer qui va parler aussi ainsi que la qualité du software d’impression. Je n’ai malheureusement eu accès qu’à des programme Open Source et il faut bien réaliser que les systèmes sont encore simples et que l’on s’aperçoit très vite que la vitesse d’impression dépend du type de pièce à imprimer mais peut varier selon les étapes. Des programmes élaborés permettront dans le futur de moduler les vitesses aujourd’hui ont peut moduler automatique selon le type d’action et la finesse mais pas selon les étapes. Le problème principal tient à la fois à précision et à ne pas décoller la pièce en cours d’impression en la cognant trop (à cause des retraits de refroidissement qui peuvent faire remonter les bords) ou à force de la secouer. Manuellement, on peut déjà faire varier la vitesse et le débit de l’extrudeur en cours d’impression, c’est déjà appréciable mais très manuel.

Même avec l’effondrement des prix des imprimantes, tant que le problème de temps d’impression et une vitesse automatisable de manière analytique ne seront pas résolu, difficile de faire mieux.

Mais et les copyrights ?

Thermographie du tracé d’une imprimante 3D Printrbot

Il existe désormais sur le web une kyrielles d’objets 3D en licence dite « Creative Commons », il n’est donc pas nécessaire de savoir soi-même utiliser un programme de conception 3D mais même si ces ouvrages sont disponibles en version C.C., ils peuvent représenter des objets soumis à Copyright, il y a là un aspect légal assez flou et chaque pays a un peu sa législation ou des usages selon les désirs et la puissance du détenteur des droits. Il est admis des copies personnelles mais il est difficile d’estimer juridiquement les conséquences de faire imprimer ces objets par un imprimeur pour son usage personnel d’autant que si certains cas sont évidents vu la notoriété, d’autres le seraient beaucoup moins.[3] Le monde de la BD est assez riche de ces contrastes, n’essayez pas de reproduire le moindre buste de Tintin mais des auteurs vivants ou des éditeurs n’y verront pas toujours tant d’inconvénients, il y a longtemps eu une forme de licence globale officieuse sur les figurines ne dépassant pas 5 exemplaires mais ça, c’était avant l’impression 3D.[4] [5]

Le problème actuel est que la majorité des imprimantes FDM actuelles sont issues des communautés de hacker et pas de l’industrie alors que si l’industrie générique reprend la main, il serait simple de créer des bibliothèques d’objets 3D sans téléchargement, où l’imprimante se connecte simplement via un compte et streame les modèles sans sauvegarde, payant ainsi automatiquement le copyright à l’auteur. Car c’est là le second problème du développement des imprimantes 3D, désormais le public sera libéré de plus en plus des impositions commerciales et pourra disposer de plus en plus de biens de consommations personnalisables et reprenant des créations libres ou piratées.

Les exemples ci-dessus ont tous été trouvés sur des sites de partages avec la mention « libre » or ils représentent des objets soumis à Copyright. L’impression de ces éléments est généralement « autorisée » aux particuliers, sans vente mais, ironiquement, c’est la diffusion des modèles qui n’est pas légale. Tout dépend aussi de la législation nationale et seuls certains pays sont « disciplinables ».

Les créatifs ont déjà souffert de tout temps car personne n’accepte de rémunérer de plein gré ou presque le travail d’un créatif ou d’un inventeur. Demain, une invention pourra être copiée en quelques minutes à travers le monde entier d’autant que les premier scanners 3D performants ont également vu le jour en 2013 avec déjà une précision de l’ordre du mm. Nous risquons donc d’avoir une aggravation dans la créativité, déjà entamée par l’industrie qui, dans la majorité des cas, extorque les créations à vil prix et dans d’autres cas, les intermédiaires de perception des droits se servant généreusement avec des redistributions assez aléatoires aux ayant-droits.

D’un côté, l’impression 3D est une opportunité pour les inventeurs et les créatifs à travailler directement sur le monde entier, avec un minimum d’intermédiaires comme avec le Kindle d’Amazon tout en amenant à des perceptions des taxes et impôts directs (donc diminution des fraudes aussi) et une accélération de la commercialisation des objets. La situation n’est donc pas nécessairement noire mais source d’opportunité.

Mais toutes ces questions semblent plus relever de l’hystérie que d’une problématique actuelle, la technologie ne permet pas de reproduction à l’identique avec du FDM d’une part et d’autre part le débit est encore si faible que les royalties perdues ne valent même pas les frais d’un seul bureau d’avocat ce serait par contre l’opportunité au droit d’être pour une fois en harmonie avec son temps en élaborant enfin une licence globale qui profiterait à tout le monde tout en simplifiant la situation.

En effet, si j’imprimais des modèles protégés, je ne saurais même pas à qui verser les quelques dizaines de centime de copyright par objet … (et pourtant je suis inscrit à la SABAM, en Belgique, société des auteurs-compositeurs et collectrice de droits internationaux sauf exceptions tels Walt Disney).

Oui, mais, justement, je peux créer moi-même les modèles, non ?

C’est exact, il existe même une série de programmes gratuits comme « Blender », « SketchUp » de Google, « 3D builder » de Microsft, … À nouveau, le temps sera un paramètre : celui de l’apprentissage du logiciel puis de la création des modèles dépendant aussi de leur complexité et de leur thème : on modèle beaucoup plus vite des formes simples ou des bâtiments que des personnages ou des bustes. Mais, là, vous serez propriétaires de vos modèles et donc serez peut-être amené à désormais gérer le Copyright, pour votre compte.

Si vous recherchez une imprimante 3D, je conseille le site http://www.3dnatives.com/3D-compare qui permet un large choix de comparaisons.

Utilisations principales actuelles des imprimantes 3D à FDM :[6]