Au cours de la dernière décennie, l'impression 3D a captivé l'imagination du grand public, ingénieurs et visionnaires de l'environnement. Il a été salué à la fois comme une révolution dans la fabrication et une opportunité d'amélioration spectaculaire de l'environnement.

L'impression 3D a deux attributs clés qui amènent les passionnés à la qualifier de technologie « verte ». D'abord, de nombreux systèmes d'impression 3D génèrent très peu de déchets, contrairement aux techniques de fabrication conventionnelles telles que le moulage par injection, fonderie, estampage et découpe. Seconde, Imprimantes 3D dans les maisons, les magasins et les centres communautaires peuvent utiliser des conceptions numériques pour fabriquer des produits sur place, réduire le besoin de transporter les produits jusqu'aux utilisateurs finaux.

Cependant, l'analyse quantitative de la performance environnementale de l'impression 3D est limitée. Une grande partie se concentre uniquement sur l'énergie utilisée pendant la production, plutôt que d'inclure les impacts de la production de matières premières, l'utilisation du produit lui-même, ou la gestion des déchets. Pour combler cette lacune, nous avons organisé un numéro spécial du Journal of Industrial Ecology de l'Université de Yale. Nous avons constaté que l'enthousiasme suscité par les possibilités d'améliorations environnementales spectaculaires doit être modéré par une compréhension de la technologie, comment il serait mis en œuvre, et son état actuel de développement.

Principalement pour l'industrie

La plupart des consommateurs qui ont vu des imprimantes 3D les connaissent comme étant petites, machines carrées similaires aux imprimantes à jet d'encre. Ces systèmes peuvent fabriquer des produits simples tels que des butées de porte, ouvre-bouteilles et poignées de sacs à provisions, généralement à partir d'un seul matériau.

En effet, l'impression 3D est une famille de technologies utilisées principalement dans l'industrie, où cela s'appelle la fabrication additive. Ces systèmes produisent des objets, sur la base d'informations numériques, en ajoutant des couches successives de matériaux. Ces articles sont ensuite transformés et assemblés en produits tels que des composants de moteurs à réaction, prothèses auditives, implants médicaux et de nombreux types de pièces complexes pour équipements industriels. La fabrication additive est ainsi un complément aux procédés de fabrication conventionnels, pas un substitut pour eux.

L'industrie utilise la fabrication additive depuis plusieurs décennies pour créer des prototypes à utiliser dans la conception de produits et la planification de la production. Maintenant, les technologies sont de plus en plus sophistiquées, et sont utilisés pour fabriquer des pièces et des produits d'utilisation finale.

La fabrication additive est particulièrement utile pour fabriquer des pièces sur mesure et de petits lots d'objets complexes à moindre coût que la fabrication classique, ce qui nécessite souvent une préparation longue et coûteuse des équipements de production.

indésirable à la demande ?

Notre examen des recherches émergentes indique que la fabrication additive n'est pas automatiquement bonne pour l'environnement. Les pièces produites de cette manière nécessitent souvent un traitement supplémentaire pour leur donner les dimensions ou l'apparence correctes. Cela peut consommer des ressources ou générer d'autres impacts environnementaux.

Une grande partie des recherches que nous avons examinées suggèrent que des considérations apparemment banales, comme la configuration des équipements de fabrication additive, la configuration opérationnelle, et les choix concernant les détails du traitement - par exemple, l'épaisseur des couches ajoutées – ont un impact important sur la performance environnementale globale. Les scientifiques commencent également à étudier l'exposition aux émissions de minuscules particules de plastique et les risques pour la sécurité lors de l'utilisation de machines de fabrication additive.

Surtout, la fabrication additive n'est pas un processus intrinsèquement sans gaspillage. Par exemple, certaines technologies nécessitent l'utilisation de structures de support temporaires pendant la production pour empêcher les objets de se déformer ou de s'effondrer pendant leur formation. Ces supports ne peuvent pas toujours être retraités en matières premières. Il est également important d'examiner si les plastiques, les métaux ou les mélanges de matériaux utilisés dans les pièces fabriquées par fabrication additive peuvent être recyclés.

Une autre préoccupation est que la production à la demande et la personnalisation sans fin pourraient entraîner une augmentation spectaculaire des produits de consommation jetables, ou "crapjects, " comme certains commentateurs s'y réfèrent. Produire des chaussures, des bijoux fantaisie ou des articles ménagers aux couleurs ou aux designs variés à la demande pourraient amener la "mode rapide" à un tout autre niveau.

Réaliser les avantages environnementaux

À la fois, décentralisé, la production sur mesure est une opportunité environnementale intrigante. Il naît d'une vision de produire des objets dans des usines locales, ou même à la maison, et faire juste le produit spécifique qui est désiré, plutôt que de faire un lot entier dans un endroit éloigné, puis l'expédition et l'entreposage des articles en grandes quantités.

Actuellement, cependant, la plupart des produits qui pourraient être fabriqués de cette manière doivent être suffisamment simples pour être produits sur des imprimantes 3D d'entrée de gamme, généralement à partir d'un seul matériau. Plus important, le traitement des matières premières pour la fabrication additive peut consommer plus d'énergie que la fabrication avec une technologie de fabrication conventionnelle et l'expédition du produit final aux utilisateurs finaux.

La fabrication de pièces détachées par fabrication additive a un réel potentiel pour prolonger la durée de vie des produits, bien qu'il puisse aussi vieillir, moins d'équipements écoénergétiques utilisés plus longtemps. Pour en faire une option courante, certaines pièces devront être spécifiquement conçues pour être produites par fabrication additive.

Ici, bien que, les questions de propriété intellectuelle pourraient poser des défis majeurs. Les utilisateurs d'imprimantes 3D peuvent ne pas avoir le droit légal de produire des pièces et des produits à partir de conceptions créées par les producteurs d'origine. Et ces producteurs peuvent ne pas trouver dans leur intérêt économique d'autoriser l'utilisation du dessin ou modèle. Les utilisateurs d'imprimantes 3D peuvent vouloir fabriquer des pièces de rechange pour, dire, une vieille voiture, mais le constructeur automobile peut ne pas vouloir partager les conceptions de ces pièces.

La fabrication additive a de puissantes capacités pour produire des objets avec des formes et des espaces internes très compliqués - par exemple, pièces spécialisées pour avions qui peuvent réduire le poids, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre. De nombreux chercheurs pensent que la capacité de fabriquer des pièces aussi compliquées, et des gains d'efficacité énergétique qui en résultent, peuvent offrir les plus grands avantages environnementaux de la fabrication additive.

Opportunités à venir

La fabrication additive est très efficace pour produire un petit nombre de pièces ou de produits spécialisés. Ses atouts environnementaux potentiels résident aujourd'hui dans la fabrication de pièces détachées à la demande, et en particulier dans la création de pièces spécialisées qui réduisent la consommation d'énergie des produits lors de leur utilisation. D'autres gains peuvent être réalisés à mesure que les technologies continuent de progresser.

Malgré les affirmations faites sur les avantages environnementaux de cette technologie, il est important de réaliser que ces systèmes n'ont pas été conçus dans un souci d'efficacité environnementale. Bien que certaines applications d'impression 3D puissent ne pas être souhaitables pour l'environnement, il existe de nombreuses possibilités d'amélioration qui n'ont pas encore été exploitées. La première étape est davantage de recherches sur les impacts environnementaux de la production de matériaux utilisés dans l'impression 3D, comment les produits 3D sont utilisés, et les déchets qu'ils génèrent.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.