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Guide: "les différentes techniques d'impression 3D"

L'impression 3D c'est bien, mais encore faut-il savoir de quoi on parle ! Aujourd'hui, petit comparatif entre les différentes techniques d'impression 3D !

 

 

L'impression 3D, qu'est-ce que c'est ?

L'impression 3D ou "impression tridimensionnelle" sont les termes courants utilisés pour parler des procédés de fabrication additive. Initialement, en raison de leurs défauts originels, ces procédés ont été développés pour le prototypage rapide, mais sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de pièces fonctionnelles. L'impression tridimensionnelle permet de produire un objet réel : un opérateur dessine l'objet sur un écran en utilisant un outil de conception assistée par ordinateur (CAO). Le fichier 3D ainsi obtenu est envoyé vers un logiciel spécifique qui le découpe en tranches et l'envoie à l'imprimante qui dépose ou solidifie de la matière couche par couche jusqu'à obtenir la pièce finale. Le principe est donc assez proche de celui d'une imprimante 2D classique : les buses utilisées, qui déposent de la matière, sont d'ailleurs identiques à celles des imprimantes de bureau. C'est l'empilement de ces couches qui crée un volume.

Selon le procédé, une panoplie de matériaux peut être utilisée : le plastique (ABS), la cire, le métal, le plâtre, les céramiques et bien d'autres encore.

L'application de l'impression 3D va de l'industrie, à la production de voitures, d'avions, de bâtiments, de biens de consommation, ou encore à la visualisation de projets, de vérification d'ergonomie pour l'architecture ou les études de design.

 

Comment ça fonctionne ?²

Il existe 3 étapes principales lors de l'impression 3D.

  1. La première se présente avant l'impression elle-même, lors de la préparation du fichier 3D de l'objet à imprimer. Ce fichier 3D peut être créé grâce au logiciel de CAO ou CAD, à un scan en 3D ou directement téléchargé à partir d'un site spécialisé. Une fois que vous avez vérifié que votre fichier 3D est prêt à être imprimé, vous pouvez alors passer à la seconde étape.
  2. La deuxième étape concerne le processus d'impression. Dans un premier temps, vous devez choisir le matériau que vous souhaitez utiliser en fonction des propriétés de l'objet. La gamme des matériaux utilisés dans la recherche et le développement de l'impression 3D est immense. Cette dernière comprend différents Plastiques, Céramiques, Résines, Métaux, Sables, Textiles, Matériaux biologiques, le Verre, différents types de nourritures et même de la poussière Lunaire! Néanmoins, l'utilisation la plus commune et accessible est l'impression de Plastique, de Résine, de Métal, de Céramique ou de Sable; qui peuvent être ensuite complétés par de nombreuses options de finition vous permettant ainsi de créer le projet que vous aviez à l'esprit. Les autres matériaux ne sont pour le moment qu'utilisés dans le cadre d'expérimentations effectuées en laboratoire de recherche.
  3. La troisième étape se situe lors des opérations de finition. Cette dernière est complexe et fait appel à des aptitudes et des matériaux précis. L'objet, une fois imprimé, ne peut être délivré ou utilisé ; il nécessite d'être poncé/sablé, vernis ou peint afin d'obtenir son aspect final.

Vous devez également prendre en considération la technique d'impression 3D que vous souhaitez utiliser en fonction du matériau sélectionné. 

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Les différentes techniques d'impression 3D

Selective Laser Sintering (SLS) – Frittage sélectif par laser

Le frittage sélectif par Laser est une technique d'impression 3D qui consiste à fabriquer et former un objet grâce à l'ajout de couches successives de poudre fondue. Ce procédé facilite notamment la création de formes imbriquées complexes. Il peut être utilisé avec du Plastique et de l'Alumide.

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Ce procédé est utilisé pour créer des objets 3D, strate par strate, à partir de poudres qui sont frittées ou fusionnées grâce à l'énergie d'un laser de forte puissance, comme un laser CO2. Grâce à la variété des matériaux pouvant être utilisés par ce procédé, une large gamme d'applications est possible. De l'aérospatial à l'électronique en passant par l'automobile, les entreprises à travers le monde utilisent SLS pour accélérer la conception, le développement et l'introduction sur le marché de nouveaux produits.

Avantages Inconvénients

 *Ne nécessite pas de séchage des pièces après fabrication, excepté pour la céramique.

 *Les pièces peuvent le plus souvent être construites sans une structure-support en plus.

 *Les pièces d'une certaine gamme de matériaux peuvent être obtenues directement.

* Les machines peuvent prendre du temps à chauffer pour atteindre la température de fabrication, et à refroidir ensuite.

* Le moulage à la cire perdue nécessite une bonne qualité de surface pour être parfaitement hermétique.

* Les pièces peuvent se déformer de façon significative.

La surface des pièces est poreuse et la finition de surface peut être grossière.

 

 

Fused Deposition Modeling (FDM) – Dépôt de fil

La technologie FDM (pour Fused Deposition Modeling) ou dépôt de fil en français permet de réaliser des impressions 3D à partir de filament de matière, bien souvent à base de plastique. Ce procédé permet de déposer du plastique fondu couche par couche via une extrudeuse qui se déplace et construit l’objet physique. Le FDM est aujourd’hui un procédé principalement utilisé pour les imprimantes dites grand public.

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Les avantages : 


Le principal avantage des impressions 3D par dépôt de fil est sa simplicité d’utilisation et son coût. La qualité des impressions reste néanmoins bien inférieure au procédé classique d’impression, tel que le frittage laser ou la stéréolithographie, mais les coûts ne sont également pas les mêmes. Les imprimantes 3D frittage laser ne sont pas accessibles à n’importe qui puisque les premiers prix dépassent les 80 000 euros alors que vous pourrez faire l’acquisition d’une machine à dépôt de fil pour beaucoup moins: de quelques centaines d’euros (comptez 400 euros) pour les machines les moins performantes jusqu’à 80 000 euros pour les plus sophistiquées. Aujourd’hui la majorité des machines à dépôt de fil se situe dans la fourchette 500 à 3000 euros pour des qualités d’impression raisonnables mais non suffisantes pour la réalisation de prototypes ou de pièces “finies”.Les avantages :

 

 

 

Stereolithography (SLA)

La stéréolithographie est une technique dite de prototypage rapide, qui permet de fabriquer des objets solides à partir d'un modèle numérique. L'objet est obtenu par superposition de tranches fines de matière. Le développement industriel de cette technique date des années 1980 et fut initiée aux États-Unis par Charles W. Hull.

Plusieurs méthodes sont fondées sur le principe de la stéréolithographie : la photopolymérisation, le laminage et le frittage laser (liste non exhaustive).

Cette technique utilise une cuve de résine photopolymère pouvant être travaillée. La plaque de construction s'abaisse par petites portions et le liquide polymère est alors exposé à la lumière. Le laser UV dessine alors une coupe transversale couche après couche. Ce procédé est répété jusqu'à l'obtention du modèle. L'objet est imprimé en 3D en retirant l'objet de la résine (de bas en haut) créant ainsi un espace pour la résine non durcie au fond du récipient. L'imprimante peut alors former la couche suivante de l'objet. Un autre procédé consiste à imprimer l'objet en 3D en le tirant vers le fond de la cuve pour laisser place au travail de la couche suivante sur le dessus.

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Avantages Incovénients
 les progrès technologiques permettent maintenant de travailler en haute résolution et de produire en moins de 24 h des objets complexes comportant des parties très fines (0,005 mm) Le principe étant de superposer des couches successives de matière; la matière présente dans les zones non solidifiées n'est pas éliminée et donc reste présente dans le modèle. S'il s'agit d'un volume hermétiquement clos, la matière est dite « piégée ». Exemple : la modélisation d'une coquille d’œuf.

 

 

Digital Light Processing (DLP) – Traitement numérique de la lumière

Un projecteur est utilisé pour travailler la résine photo-polymère. Très similaire à la technologie SLA, la seule différence est qu'une ampoule inactinique (rouge) est utilisée pour traiter la résine au lieu d'un laser UV. Les objets sont créés de la même manière que la SLA avec l'élément extrait de la résine vers le haut pour créer la couche suivante dans le fond du réservoir avec la résine non traitée ou en tirant vers le bas l'objet en cours d'impression afin de traiter la résine se trouvant dans la partie supérieure de la cuve. Sculpteo utilise la technologie du DLP pour ses impressions en Argent et en Cuivre.

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Polyjet

Identiques à la Stéréolithographie, les procédés des imprimantes 3D haut de gamme PolyJet et MultiJet utilisent une lumière UV pour traiter un photopolymère par coupes transversales. Cependant, au lieu de faire appel au balayage d'un laser pour travailler les couches successives, une tête d'impression projette de petites gouttes de photopolymère (procédé identique à une imprimante à encre classique) sur la couche précédente. La lampe UV attachée aux têtes d'impression joint alors transversalement le polymère et fixe la forme de la couche en place. La plate-forme de construction s'abaisse alors en fonction de la hauteur de couche définie et un nouveau dépôt de matériau est ainsi effectué directement sur la couche précédente.

 

La technologie PolyJet est une méthode de fabrication additive puissante qui permet d'obtenir des prototypes, des pièces et de l'outillage précis et lisses. Avec résolution de couches à 16 microns et une précision pouvant atteindre 0,1 mm, elle permet d'obtenir des parois fines et des géométries complexes dans une vaste gamme de matériaux.

Les avantages : 


* La technologie PolyJet offre des détails exceptionnels, des surfaces lisses et une grande précision.Avantages Inconvénients

* Créez des prototypes lisses et détaillés qui ressemblent au produit final.

* Réalisez avec précision des moules, des gabarits et des fixations, entre autres outils de fabrication.

* Obtenez des formes délicates, des détails précis et des géométries complexes.

* Incorporez une vaste gamme de couleurs et de matériaux dans un même modèle : une efficacité incomparable

 

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) – Frittage Laser de metal

Le frittage laser de métal (DMLS pour Direct Metal Laser Sintering) est une technique d'impression 3D de métal, développée par EOS. Cette technologie utilise un laser pour chauffer le métal et fabriquer l'objet tranche par tranche. Le frittage laser de métal est similaire au procédé de frittage sélectif par laser.

Le métal, sous forme de poudre, est porté à fusion sous l'effet du laser puis se solidifie en refroidissant, formant ainsi les différentes couches de l'objet. Par dessus chaque couche imprimée, un rouleau vient déposer une nouvelle fine couche de poudre et l'étape se répète. Cette technologie permet d'imprimer des objets à géométrie très élaborée.

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Le frittage laser de métal comprend de nombreux avantages comparé aux méthodes de fabrications plus traditionnelles : cette technologie ne nécessite pas d'outil spécifique et les éléments d'un même objet peuvent être construits avec rapidité. Le frittage laser de métal permet de produire efficacement des prototypes. Le procédé peut utiliser différents alliages et les pièces ainsi construites forment un objet fonctionnel, créé avec le même matériau que les techniques de fabrication traditionnelles.

 

 
Continuous Liquid Interface Production (CLIP) 

Cette technique fonctionne avec un bain de résine liquide dans lequel est projeté une séquence continue d'images UV générées par un projecteur de lumière numérique, à travers une fenêtre transparente aux UV perméable à l'oxygène. La zone morte créé au-dessus de la fenêtre maintient une interface liquide. Au-dessus de la zone morte, la partie durcie est extraite du bain de résine. 

 

 

Electon Beam Melting (EBM)

La Fusion par Faisceau d'Electrons ou Electron Beam Melting (EBM) utilise un faisceau d'électrons comme source d'énergie au lieu d'un laser afin d'imprimer le métal en 3D. Ce procédé a la particularité de fondre sous-vide la poudre métallique couche par couche et peut atteindre le point de fusion de toute poudre à base de métaux. Cette méthode peut produire des parties métalliques denses tout en conservant les caractéristiques du matériau employé.

 

 

 

Binder Jetting – procédé de projection de liant 

est très populaire étant donné qu'il permet d'obtenir des impressions 3D détaillées et en couleurs. Un cylindre est utilisé pour étaler une couche de poudre sur la plate-forme de construction. L'excès de poudre est alors poussé sur les côtés, assurant ainsi le remplissage du lit avec une couche compacte de poudre. Sur un axe rapide, les têtes d'impression appliquent un liant liquide et la couleur simultanément afin de créer une coupe transversale de l'objet sur la poudre.

 

 

Laminated Object Manufacturing (LOM) – laminage par dépôt sélectif

Le processus fait appel à des couches de papier adhésif (plastique ou stratifié) qui sont ensuite collées successivement grâce à un cylindre chauffé et découpées avec un laser, couche par couche et selon la forme choisie. Un autre cylindre déplace alors chaque nouvelle feuille de matériau sur la précédente  et le processus est répété jusqu'à obtenir l'objet complet.

 

Selective Deposition Lamination (SDL)

Le Laminage par dépôt sélectif (SDL : Selective Deposition Lamination) est un procédé d'impression 3D à base de papier. Ce procédé est rapide et proche de la technologie de prototypage rapide par lamination LOM (Laminated Object Manufacturing). Il consiste à découper les couches de l'objet dans des feuilles de papier (ou de plastiques ou métaux laminés) à l'aide d'un laser, à les colorer (pour l'impression multicolore) et à les empiler. Un rouleau ajoute les feuilles qui sont encollées au fur et à mesure, constituant ainsi l'objet couche par couche.

Cette technique d'impression a l'avantage d'être peu coûteuse puisqu'elle utilise du papier basique. Les modèles imprimés en 3D avec ce procédé ont des caractéristique similaires au bois, ils peuvent donc être améliorés par des procédés de finitions destinés à ce matériau.

 

²source : https://www.sculpteo.com/fr/impression-3d/technologies-dimpression-3d/

Author: Chloé
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