Impression 3D alimentaire imprimante 3D pour aliments une définition et un lexique complet

 

Un guide complet qui définit l'impression 3D alimentaire et présente les imprimantes 3D pour aliments.

Imprimer en 3D des aliments ne relève plus de la science-fiction depuis de nombreuses années. Et pourtant c’est un sujet qui étonne toujours beaucoup. De quoi parle-t-on précisément ? Qu’est ce qui différencie une imprimante 3D alimentaire d’une autre imprimante ? Est-ce que la 3D est disruptive pour l’alimentation ? Dans cet article, nous vous proposons de définir précisément ce que recouvre cette innovation, ses implications pour les professionnels de l’alimentation. Cet article est aussi l’occasion de construire un lexique complet des termes de l’impression 3D alimentaire. On espère que cet article vous aidera à vous y retrouver et de comparer facilement.

1. Les Définitions de l’impression 3D alimentaire

Par convention dans ce blog, nous utilisons le terme impression 3D pour parler de la technologie ou du procédé de fabrication. On utilise imprimante 3D pour décrire la machine qui effectue ces opérations. Et on parle d’Objet 3D pour parler du résultat de ce procédé de fabrication. Cette distinction n’est pas nécessaire en anglais puisqu’on parle de 3D Printing pour le procédé et 3D Print pour la réalisation.

Il y a eu (et il y a sûrement encore) de longs débats pour choisir la bonne dénomination entre impression 3D et fabrication additive. Certains estiment que le terme de fabrication fait plus sérieux, rapproche plus du monde industriel. Fabrication additive vient aussi s’opposer plus frontalement aux techniques de fabrication soustractives (comme le fraisage, la découpe…). Personnellement, nous préférons le terme d’impression 3D pour plusieurs raisons :

• il fait référence à la 3D sans qui cette technologie ne pourrait exister,
• on utilise dans plusieurs variantes des imprimantes 3D une tête d’impression qui vient déposer un matériau
• il permet au grand public de se faire une idée du champ d’action de la technologie. Parfois elle est erronée car on fait uniquement une analogie avec les imprimantes de bureau. Mais si on pense au monde de l’impression 2D qui va de l’imprimante de bureau à des mastodontes industriels occupant des hangars entiers; on est très proche de ce qui se passe pour l’impression 3D.

Après avoir discuté des différences entre la fabrication additive et l’impression 3D, je vous propose quelques définitions générales avec pour chacune un focus sur le domaine alimentaire.

Qu’est-ce que l’impression 3D ?

L’impression 3D s'appelle aussi la fabrication additive. Il s’agit d’une méthode consistant à fabriquer un objet en trois dimensions, par ajout de matière en couches successives et superposées. L’impression 3D englobe de nombreux procédés de fabrication, qui diffèrent selon les technologies ou matériaux employés. L’impression 3D de nourriture a démarré dès 2005 avec le projet Fab@Home de l’université de Cornell (nutella) et le projet d’impression de sucre Candyfab.

Qu’est-ce qu’une imprimante 3D ?

Une imprimante 3D est une machine à commande numérique qui permet de transposer dans un matériau solide un modèle 3D. L’imprimante 3D apparaît simultanément en France et aux Etats-Unis. En France, 3 chercheurs (Alain le Méhauté, Olivier de Witte et Jean Claude André) déposent en 1984 un premier brevet. La même année, aux Etats-Unis, Charles Hull dépose également un brevet, qui fonde ensuite la société 3DSystems, un des plus gros fabricants d’imprimantes 3D aujourd’hui. Les premières imprimantes 3D d’aliments sont apparues en 2006.

Quelles sont les différentes technologies d’impression 3D ?

L’impression 3D regroupe différentes méthodes et donc différentes machines, qui ne sont pas toutes pertinentes pour le domaine alimentaire.

Les principales technologies d'impression 3D

Le frittage laser sélectif (SLS) et le frittage laser direct de métal (DMLS)

Un laser fusionne de manière ciblée une poudre déposée dans un bac. Puis un râteau dépose une nouvelle couche de poudre qui est à nouveau solidifiée etc… Technologie utilisée pour les polymères et les métaux.

Le dépôt de fil

Le matériau utilisé se présente sous forme de fil solide. Il chauffe de manière à se trouver dans un état semi-fondu avant d’être déposé par une tête d’impression.

Le dépôt direct de matière

C’est un procédé apparenté au dépôt de fil sauf que le matériau se présente déjà sous une forme semi-liquide. Par conséquent, la tête d’impression vient déposer un cordon de matériau. C’est la technologie la plus couramment utilisée en impression 3D alimentaire mais aussi en céramique ou pour l’impression silicone.

La stéréolithographie

Une image de la couche se projette grâce à une lampe UV dans un bain de matériau photosensible. Cela vient solidifier la résine de façon ciblée. Il existe plein de matériaux imprimés de souples à très rigides.

Digital Light Processing ou Traitement Numérique de la Lumière (DLP)

Cette technique est très proche de stéréolithographie et utilise une lampe infrarouge à la place de la lampe UV.

La projection de liant

Un agent liant se dépose localement par une tête d’impression sur une fine couche de poudre, couche par couche, selon votre modèle 3D. Ce procédé s'utilise pour fabriquer des pièces en matériau composite, en métal et en sucre.

Le procédé Polyjet

Les têtes d’impression projettent des couches de liquide photopolymère durcissable sur un plateau d’impression. L’imprimante Foodjet ressemble à la technologie polyjet. Elle consiste à déposer des gouttes de matériau alimentaire même s’il n’y a pas d’agent de durcissement autre que la température et l’air ambiant.

Le procédé Multijet Fusion

Un agent liant est déposé sur la couche de matériau là où les particules doivent être fusionnées. Ensuite, un second agent liquide spécial est déposé juste avant le passage d’une lampe infrarouge qui vient fusionner et créer des pièces détaillées, de haute qualité.

La technologie EBM

Elle s'utilise dans l’impression métal : elle utilise un faisceau d’électrons contrôlés par ordinateur et un environnement très vide, pour fondre la poudre de métal. Par rapport au DMLS, la différence réside dans la source d’énergie utilisée.

Le procédé LOM

Considérée comme une technique de fabrication semi-additive en raison de son processus en deux étapes. Les feuilles de matériau sont collées entre elles puis un laser vient découper à la forme choisie avant qu’une nouvelle feuille de matériau soit collée etc.. Quand le matériau utilisé est du papier on parle alors de Le Laminage par Dépôt Sélectif ou en anglais Selective Deposition Lamination

Quelle est la plus grande usine d’impression 3D ?

En termes de nombre de pièces, la plus grosse usine productrice est Align Technology qui produit un demi-million de gouttières dentaires par jour. Mais il existe de nombreuses usines d’impression 3D métal ou polymère ou généralistes sur tous les continents. A ce jour, aucune usine dédiée uniquement à l’impression 3D alimentaire n’a été lancée.

Les objets 3D sont ils durables ?

Si les premiers matériaux utilisés en impression 3D étaient des résines plus destinées à des rendus ou des maquettes, ce n’est plus du tout le cas aujourd’hui ! Par exemple, des pièces imprimées en 3D sont utilisées dans les moteurs des avions d’Airbus ou de Boeing. Tous les jours, on utilise des objets 3D imprimés dans le secteur médical, dans l’industrie manufacturière comme n’importe quelle autre pièce de production ! Les technologies de fabrication additive ne viennent pas modifier les propriétés du matériau de base. Dans certains procédés d’impression 3D métal les propriétés mécaniques des objets 3D imprimés sont même supérieures à celles des pièces forgées.  

Quelles sont les spécificités de l’impression 3D alimentaire ?

Les imprimantes 3D alimentaires fonctionnent grosso modo comme les imprimantes à dépôt de fil personnelles et sont apparues très vite dans les labos universitaires et les fablab. Elles impriment de la nourriture véritable, contenue généralement dans des seringues. Certaines imprimantes fonctionnent également par dépôt de liant. Imprimer de la nourriture pose de nombreuses problématiques. Tout d'abord au niveau de la texture du matériau en entrée. Ensuite l'autre gros problème est la tenue de l’objet 3D imprimé. Imprimer des aliments nécessite également de respecter les normes d’hygiène et de sécurité alimentaire. Cela a un fort impact sur la construction des machines !

Imprimer de la nourriture : est ce possible ? pour quoi faire ?

Il est temps de lever tout de suite une ambiguïté : les imprimantes 3D ne sont pas là pour remplacer les cuisiniers et les pâtissiers ! Comme dans les autres secteurs où l’impression 3D connaît des applications productives, cela vient en complémentarité des autres techniques de fabrication. Parmi les grands avantages de l’impression 3D on peut citer :

• la réduction de la perte de matériau,
• le sur-mesure et la personnalisation,
• la capacité à produire des designs complexes,
• le gain de temps...

2. Le lexique de l’impression 3D et de la fabrication numérique pour l’alimentaire

Vous retrouverez ici les principaux termes utilisés dans la fabrication numérique et l’impression 3D alimentaire, en tout cas ceux que nous utilisons au quotidien. Nous avons essayé d’être le plus exhaustif mais il nous manque sûrement des entrées, n’hésitez pas à nous écrire pour le compléter !

Le lexique étant déjà très volumineux (100 entrées), nous avons décidé de le séparer de cet article, il se trouve sur cette page.

En conclusion, l'impression 3D alimentaire a beaucoup à voir avec le monde de l'impression 3D et beaucoup de contraintes à intégrer en provenance de la production alimentaire. Les imprimantes 3D d'aliments sont apparues il y a bientôt 15 ans. Et pourtant nous sommes loin de voir des imprimantes dans les restaurants du monde entier. Dans les prochains articles, nous allons nous pencher sur les matériaux et les défis à relever pour l'impression 3D alimentaire.