Le Guide du débutant en 3D

Sommaire

  1. 1 - Les bases de l’impression 3D
  2. 2 - L’histoire de l’impression 3D
  3. 3 - La technologie de l'impression 3D
  4. 4 - Les différents processus de l'impression 3D
  5. 5 - Les matériaux pour l'impression 3D
  6. 6 - Avantages & Valeurs ajoutées
  7. 7 - Les applications de l'impression 3D

4 - Les différents processus de l'impression 3D

Le Dépôt de Fil Fondu (en anglais, “Fused Deposition Modeling” ou “FDM”) 

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L'impression 3D utilisant l'extrusion de matériaux thermoplastiques est le processus d’impression 3D le plus répandu et le plus reconnaissable. Le nom le plus populaire pour ce processus est Dépôt de Fil Fondu, ou “Fused Deposition Modelling” (FDM) en anglais. Cette technologie a été breveté par la société Stratasys et existe depuis le début des années 1990. La majorité des imprimantes 3D d'entrées de gamme qui sont apparues depuis 2009 utilisent ce processus. Les premières machines RepRap et toutes les évolutions ultérieures utilisent cette même méthode d'extrusion.

Ce procédé consiste à faire fondre un filament plastique (sorte de spaghetti plastique, généralement enroulée autour d’une bobine) par l'intermédiaire d'une extrudeuse chauffée puis de le déposer sur la plateforme de construction de l’imprimante 3D. Ce dépôt se fait en fonction des informations qui ont été fournies à l’imprimante 3D. Dès que la couche est complètement déposée, elle refroidit et l’imprimante recommence l’opération avec la couche supérieure.

Stratasys a développé une gamme de matériaux de qualité industrielle pour son procédé FDM. Cette technologie convient non seulement à des applications de prototypage, mais aussi à la production de produits finis. Au niveau des imprimantes 3D d’entrée de gamme, la gamme de matériaux disponible est en croissance. Les matériaux les plus courants pour les imprimantes 3D d'entrée de gamme de type FDM sont le PLA et l’ABS.

De part le besoin de venir déposer le plastique fondue sur un support, la technologie FDM admet des limites. En effet, des pièces plus complexes nécessitent des supports lorsqu’une partie de la pièce se trouve dans le vide (voir illustration ci dessous).  

Support d'impression schémas.JPG

 

Stéréolithographie

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La stéréolithographie (SL) est largement reconnue comme étant le premier procédé d'impression 3D. La technologie SL utilise comme matière première des résines photopolymères (couramment sous forme liquide) qui durcissent lorsqu’elles sont exposé à un rayonnement laser. Le principal atout de cette méthode est la précision de la pièce une fois finie. Il s'agit d'un procédé plus complexe que celui cité précédemment (FDM). La résine de photopolymère est contenue dans une cuve. Il y a dans cette cuve une plate forme mobile et au dessus de la surface de la résine se trouve un laser. Le laser fait cristalliser la résine à la surface de la cuve  selon les informations qu’il reçoit (fichier stl).  Cette couche est liée avec la précédente (cela se fait automatique lors de la cristallisation). Une fois que la couche est totalement cristallisée, la plateforme mobile descend et l’opération recommence. Cela continu jusqu’à ce que l’objet soit entièrement imprimé.

Tout comme pour l’impression par FDM, l’impression par SL nécessite des supports pour les pièces complexes. Ces support peuvent être arraché une fois que l’impression est terminée.

La stéréolithographie nécessite un post traitement. Tout d’abord, les objets doivent être nettoyés et certains doivent être durcis. Le durcissement consiste à soumettre la pièce à une lumière intense dans une machine semblable à un four pour durcir complètement la résine.

La stéréolithographie est considérée comme l'un des procédés d'impression 3D les plus précis avec une excellente finition de surface. Cependant, il y a des inconvénients comme les étapes de post-traitements nécessaires et la stabilité des matériaux au fil du temps (ils peuvent devenir plus fragiles).  

 

Traitement Numérique par la Lumière (TNL)

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Le TNL (Traitement de la Lumière Numérique) est un processus similaire à la stéréolithographie de part l’utilisation de photopolymères comme matière première. La principale différence est la source lumineuse. Le TNL utilise une source de lumière plus conventionnelle, telle qu'une lampe, avec un écran à cristaux liquides ou un dispositif miroir déformable (DDM), qui est appliquée sur toute la surface de la cuve de résine photopolymère en une seule fois. C’est plus rapide qu’une SL.

Tout comme la Stéréolithographie, Le TNL produit des pièces très précises avec une excellente résolution. Les contraintes tels que le besoin de supports d’impression ainsi que le post-traitement des pièces sont les mêmes que celle de l’impression SL. Le principal avantage de la technologie TNL par rapport à la SL est que la cuve de résine peut être beaucoup moins profonde. Cela a comme conséquences beaucoup moins de déchets de matières premières.

 

Frittage Sélectif par Laser / Fusion Sélective par Laser

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Le Frittage Sélectif par Laser et la Fusion Sélective par laser sont des termes équivalents qui font références à un procédé d'impression 3D utilisant comme technologie le laser et comme matière première des matériaux sous forme de poudre. Une fine couche de poudre est déposée sur la plateforme de construction. Un rayonnement laser fusionne cette couche en certains endroits (fonction des informations données) ce qui a pour effet de former une couche supplémentaire. La plateforme descend et l'opération recommence.

Le compartiment de construction est complètement scellée car il est nécessaire de maintenir une température précise lors du processus de fusion de la poudre. Lorsque l’impression est terminée, la poudre non fusionnée est retirée et la forme imprimé apparaît. Le principal avantage de ce procédé est qu’il n’y a pas besoin de support. En effet, la poudre non fusionnée sert de support. Cela rend cette technologie très utile lors de la fabrication de pièce complexes.

Cependant, en raison des températures élevées requises pour le Frittage Sélectif par Laser, les temps de refroidissement peuvent être considérables. De plus, la porosité des pièces une fois terminées est importante. Certaines pièces nécessitent une infiltration avec un matériau plus dense pour améliorer les caractéristique mécaniques.

Le Frittage Sélectif par Laser peut également traiter des matières plastiques et métalliques. Cependant, le frittage métallique nécessite un laser à très haute puissance et des températures supérieures. Les pièces produites avec ce procédé sont beaucoup plus résistantes qu'avec la SL ou que par TNL mais la finition de surface et la précision ne sont généralement pas aussi bonnes.

 

Jet d'encre

Il y a deux processus d'impression 3D qui utilisent une technique de jet.

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La Projection de Liant : Pour ce procédé, une fine couche de poudre (matière première) est déposé sur la plateforme. Puis, une substance est déposé ou pulvérisé sur ce lit de poudre à certains endroits de manière à rendre le lit de poudre solide. La plate forme descend et le processus recommence. Couche après couche, l’objet prend forme.

Avantages :
Tout comme le frittage sélectif, cette technologie n’a pas besoin de support car le lit de poudre fait office de support. Cette technologie permet d’utiliser une gamme de matériaux très large (plastiques, nourriture, céramique, …). De plus, il est également possible de colorer la pièce lors de l’impression grâce à l’ajout de matières (encre) au liant avant de le pulvériser.

Inconvénients :
Les pièces ne sont pas aussi solides que celle obtenues par frittage. Elles nécessitent donc un post-traitement pour assurer la durabilité.

 

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Projection de Jet de Matériaux : La matière première (à l’état liquide ou fondue) est projetée par une tête d’impression à des endroits spécifiques (cette matière première est un mélange entre un liant et un une matière support). Une fois déposée, cette couche sèche et l’opération recommence. Dans certains cas, cette couche est à base de photopolymères liquides. Cela nécessite donc un passage à une lumière UV pour durcire la couche.

Avantage :
Avec ce procédé, une seule pièce peut être composé de plusieurs matières premières. Cela permet de donner des caractéristique mécaniques et physiques différentes à une pièce en fonction des besoins. Le jet de matière est une méthode d'impression 3D très précise, produisant des pièces précises avec une finition très lisse.

 

Laminage par Dépôt Sélectif (LDS)

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Le Laminage par dépôt Sélectif (LDS) est un procédé d'impression 3D développé et fabriqué par Mcor Technologies.

Le processus d'impression 3D par LDS permet de construire des couches, à l'aide d'un papier standard. Chaque nouvelle couche est fixée à la couche précédente à l'aide d'un adhésif, qui est appliqué sélectivement en fonction des données 3D fournies à la machine. Cela signifie qu'une densité beaucoup plus élevée d'adhésif est déposée dans la zone qui va devenir la pièce et qu'une densité d'adhésif beaucoup plus faible est appliquée dans la zone environnante qui servira de support, assurant un retrait facile du support.

Une nouvelle feuille de papier est introduite dans l'imprimante 3D à partir du mécanisme d'alimentation de papier et est placée au-dessus de l'adhésif sélectivement appliqué sur la couche précédente. la plaque de construction est déplacée jusqu'à une plaque chauffante ce qui a pour effet de comprimer la nouvelle feuille sur l’ancienne. Cette pression assure une liaison parfaite entre les deux feuilles de papier. La plaque de construction revient alors à la hauteur où une lame de carbure à incandescence réglable coupe la feuille de papier pour tracer le contour de l'objet et créer les bords de la pièce. Lorsque cette séquence de coupe est terminée, l'imprimante 3D dépose la couche suivante d'adhésif et ainsi de suite jusqu'à ce que la pièce soit terminée.

 

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Avantages :
Le LDS est l'un des rares processus d'impression 3D capable de produire des pièces imprimées 3D en couleur, en utilisant une palette de couleurs CMJN. De plus, les pièces ne nécessitent aucun post traitement et sont totalement respectueuses de l’environnement.  

Inconvénients :
la production de géométries complexes est compliquée et la taille de construction est limitée à la taille de la charge d'alimentation (taille du papier).

 

Fusion de Faisceau d’Électrons (FFE)

La technique d'impression 3D par fusion de faisceau d'électrons est un procédé exclusif développé par la société suédoise Arcam. Ce procédé d'impression métallique est très similaire au procédé de Frittage Laser Direct de Métal (FLDM) de part la présence d’un lit de poudre métallique. La principale différence vient de la source de chaleur qui, comme son nom l'indique, est un faisceau d'électrons plutôt qu’un laser.

Avantages :
La FFE permet de créer des pièces épaisses, et ce, dans une variété d’alliages métalliques. La précision de cette méthode ainsi que l’éventail de matières premières disponible permettent d’appliquer cette technologie aux besoins médicaux (Implants, etc). D’autres secteurs de hautes technologies s'intéressent également à cette méthode d’impression comme l'aérospatiale et l'automobile.

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