L’impression 3D : vers une démocratisation des technologies biomimétiques

L’impression 3D et la fabrication additive par liage de poudre, pourrait bien réserver un futur resplendissant au biomimétisme. Elles rendent possible la reproduction à l’échelle industrielle de structures et formes de la nature, jusque là difficiles à fabriquer.
 

Le biomimétisme s'est fortement développé dans les domaines des revêtements de surfaces, de la conception de structures ou des architectures systèmes. Les opportunités seront bientôt bien plus nombreuses. Car grâce à l'impression 3D et la manufacture additive, il devient progressivement possible de copier des structures à petites échelles (micro ou nanométriques) afin de développer de nouveaux composites aux propriétés multifonctionnelles (résistance, flexibilité, légèreté, aérodynamisme, adhérence, thermorégulation, ...). 

 

La démocratisation de l’impression 3D comme levier de production incontournable pour penser l’organisation des chaînes de production et des produits manufacturés rend à présent possible d’intégrer les prouesses de la nature dans nos processus d’innovation. En ce moment même, de nombreuses innovations bio-inspirées en cours de développement ont pour but l’amélioration de matériaux existants ou l’industrialisation de nouvelles matières et procédés grâce à l’impression 3D.


Les trois cas d’application présentés ci-après, respectivement dans les domaines médical, aéronautique/défense et de la construction sont particulièrement illustratifs du potentiel et des enjeux à relever pour l’innovation bio-inspirée.

Impression 3D et biomimétisme : révolution de la bio-ingéniérie.

La bio-ingénierie et plus spécifiquement la fabrication de prothèses à usage médical tirent pleinement profit du couplage de l’impression 3D et du biomimétisme.

 

A l’origine, celles-ci ne pouvaient être fabriquées qu’à partir de pièces pleines et par conséquent lourdes et mécaniquement plus fragiles que des os biologiques, creux et possédant un rapport masse/résistance mécanique optimal. Cependant, grâce à l’impression 3D, il est désormais possible de reproduire ces structures et même de confectionner des cartilages et ligaments artificiels, assurant une reproduction au plus proche du vivant.

 

Le sur-mesure pour chaque patient est également de mise, car l’avènement de l’impression 3D rend la personnalisation de la production à la fois peu chère et simple à mettre en oeuvre. 

Movement Control Laboratory/University of Washington

Impression 3D bio-inspirée : l’aéronautique et la défense ont un coup d’avance !

L’industrie aéronautique et de la défense, historiquement pourvoyeuses d’innovations qui ont ensuite rejailli dans le domain civil (GPS, réacteur nucléaire, …) est également aux avant-gardes sur les réflexions menées.

 

En effet, ces nouvelles technologies de production 3D ont déjà percé chez plusieurs constructeurs aéronautiques. Ainsi, Airbus fabrique depuis 2015 le plus grand composant de cabine imprimé en 3D à partir d’un alliage d’aluminium, de magnésium et de scandium en s’inspirant du développement osseux et des formes cellulaires. Pour cela, le leader mondial de la construction aéronautique s’est inspiré de l’architecture cellulaire du myxomycète (ou “blob”) et du développement osseux chez l’homme. Cette pièce d’un nouveau genre, issue de la fabrication additive, a vu sa masse réduite de 30 kg, soit près de 45%. L’économie de masse ainsi obtenue permet des gains significatifs de carburants, et participe ainsi à la réduction de l’empreinte carbone du secteur aérien.
 

Quant aux normes de sécurité drastiques qui pèsent sur les constructeurs aéronautiques, elles ne sont pas une contrainte technique majeure pour l’impression 3D. Bien que les processus de certification des pièces restent long et coûteux, certains procédés tels que la fabrication additive par déposition d’énergie permettent d’imprimer le titane pour produire des pièces qui sont plus légères que leur équivalente en aluminium. Cette caractéristique remarquable des pièces en titane imprimées en 3D pourrait les conduire à se substituer progressivement à leurs aînées en aluminium : le métal roi dans l’industrie aéronautique. Sur cette technologie certains acteurs accompagnent aujourd’hui les entreprises pour intégrer l’impression 3D dans leurs chaînes de valeur dont le groupe franco-français AddUp issu d’une joint-venture entre le fabricant de machine outils, Fives, et Michelin, ce dernier étant leader mondial en volume des pièces imprimées par fabrication additive dans le monde.

L’impression 3D bio-inspirée pour révolutionner la construction.

Dans la construction, les matériaux ont également évolué afin de permettre l’impression d’infrastructures en béton ou en métal, alors même que se prépare la révolution de la maison individuelle imprimée en une journée à peine. XtreeE et Egis ont, par exemple, récemment recréé un récif inspiré du coralligène, au moyen d’un ciment conçu pour l’occasion par LafargeHolcim, afin de régénérer les habitats marins de la région marseillaise. Cette approche valide d’ailleurs, à cet égard, la richesse des innovations inspirées des écosystèmes coralliens après que Calera aux Etats-Unis a développé un ciment générant moins de CO2 à la production en s’inspirant de la bio-minéralisation du carbone présent dans l’eau chez cet organisme vivant.

Artificial Reef par XtreeE

Impression 3D et biomimétisme : un mariage d'avenir.

En conclusion, en cette période de forte innovation technologique fruit notamment de la révolution numérique et digitale, l’impression 3D permettra de reproduire des schémas d’organisation de la matière inventés par la nature, et qui ont donné à certains matériaux organiques des propriétés multifonctionnelles remarquables (résistance, flexibilité, légèreté, aérodynamisme, adhérence, thermorégulation...) pouvant apporter des bénéfices conséquents dans le monde industriel.

 

Elle parachève ainsi l’avènement du biomimétisme comme méthode d’innovation et de conception produit. C’est aussi pour cette raison que Bioxegy accompagne aujourd’hui cette révolution en proposant son expertise en biomimétisme, son réseau et ses méthodes d’innovations, afin d’aider les entreprises à tirer profit de la bibliothèque d’innovations du vivant, pour repenser leur chaîne de valeur au travers d’une approche subtile, mais à l’évidence implacable.

Le biomimétisme apporte de la valeur ajoutée pour bien d'autres thématiques industrielles : thermorégulation et purification, NVH, tribologie,...

Pour aller plus loin :