imprimante 3D
c'est quoi imprimante 3D ?
Si pour vous l’impression 3D c’est de la science-fiction et que vous
ne savez pas ce que c’est, cette page de définition est faite pour vous.
Soyez bien attentifs.
En bref l’impression 3D est une technique de prototypage rapide issue
du MIT (Massachusetts Institute of Technology) qui permet de fabriquer
des objets tridimensionnels à l’aide d’une imprimante 3D, d’un fichier
numérique et de certains matériaux (plastique, métal, argile, résine,
gré, etc.). Le principe est donc assez proche de celui d’une imprimante
2D classique : l’impression 3D d’un objet réel se fait à partir d’un
fichier CAO en le découpant en tranches puis en déposant ou solidifiant
de la matière couche par couche. C’est l’empilement de ces couches qui
crée un volume.
Fonctionnement d’une imprimante 3D
L’impression 3D fonctionne donc selon
plusieurs procédés, qui diffèrent selon le type d’imprimante 3D
utilisée. On peut classer ces procédés dans trois grands groupes :
– Le dépôt de matière
– La solidification par la lumière
– L’agglomération par collage
– La solidification par la lumière
– L’agglomération par collage
Ces trois procédés fonctionnent selon le même principe de base, c’est
à dire superposer des couches de matières selon les coordonnées d’un
fichier 3D. La différence se situe sur la manière dont sont déposées et
traitées ses couches, ainsi que le type de matériau utilisé.
Pour la plupart des procédés employés l’utilisateur a besoin :
– d’une imprimante 3D
– de consommable (filament, poudre…)
– d’un fichier 3D (au format STL ou OBJ)
– d’un logiciel de slicing pour trancher le fichier et transmettre les indications à l’imprimante
– d’un ordinateur
– de consommable (filament, poudre…)
– d’un fichier 3D (au format STL ou OBJ)
– d’un logiciel de slicing pour trancher le fichier et transmettre les indications à l’imprimante
– d’un ordinateur
La manière d’exporter les fichiers vers l’imprimante diffère selon les marques et les modèles : câble USB, Wi-Fi ou carte SD.
1 . L’impression par dépôt de matière
La majorité des imprimantes 3D
personnelles fonctionnent selon ce principe. FDM est l’acronyme anglais
de Fused Deposition Modeling qui signifie « modelage par dépôt de
filament en fusion ». Ce procédé qui a été inventé en 1988 par la
société Stratasys, est une marque déposée. On parle aussi de FFF (Fused
Filament Fabrication) voir même de MPD (Molten Polymer Deposition) qui
sont eux des termes libres de droits. Cette technique consiste à déposer
couche par couche un filament de matière thermoplastique fondu à 200°C
(en moyenne) qui en se surperposant donne forme à l’objet. La tête
d’impression se déplace selon les coordonnées X, Y et Z (longueur,
largeur et hauteur) transmises par un fichier 3D correspondant au modèle
3D de l’objet à imprimer. Limitée pendant longtemps à des matériaux de
type plastique tels que les classiques PLA et l’ABS, l’impression 3D
voit arriver de nouveaux filaments composites à base de métal (cuivre,
bronze…) et même de bois. Plus rarement certaines machines utilisent des
cires ou des polycarbonates. Aujourd’hui l’industrie agroalimentaire et
la médecine s’emparent peu à peu de cette technique pour imprimer des
aliments et des cellules en adaptant la tête d’extrusion.
2 . La solidification par lumière
La stéréolithographie ou SLA
**La stéréolitographie est la première
technique d’impression 3D à avoir été mise en évidence. Si la paternité
de ce procédé est souvent attribuée à l’américain Charles Hull fondateur
de 3D Systems, on doit en fait cette invention à trois français (Alain
le Méhauté, Olivier de Witte et Jean Claude André) dont leurs brevets
bien que déposés 3 semaines plus tôt (16 juillet 1984), n’ont
malheureusement pas été renouvelés. Appelée aussi SLA
(Stéréolithographie Apparatus) cette technique consiste à solidifier un
liquide photosensible
par le biais d’un rayon laser ultraviolet. Les imprimantes fonctionnant
par SLA ont quatre parties principales: un réservoir qui peut être
rempli avec un liquide photopolymère, une plate-forme perforée qui est
descendue dans le réservoir, un rayonnement ultraviolet (UV ) et d’un
ordinateur commandant la plate-forme et le laser.
Tout comme la FDM, l’imprimante va dans
un premier analyser le fichier CAO, puis en fonction de la forme de
l’objet va lui ajouter des fixations temporaires pour maintenir
certaines parties qui pourraient s’affaisser. Puis le laser va commencer
par toucher et durcir instantanément la première couche de l’objet à
imprimer. Une fois que la couche initiale de l’objet a durci, la
plate-forme est abaissée, est ensuite exposée une nouvelle couche de
surface de polymère liquide. Le laser trace à nouveau une section transversale de l’objet qui colle instantanément à la pièce durcie du dessous.
**
Ce processus se répète encore et encore
jusqu’à ce que la totalité de l’objet ce soit formé et soit entièrement
immergé dans le réservoir. La plateforme va ensuite se relever pour
faire apparaitre l’objet fini en trois dimensions. Après qu’il ai été
rincé avec un solvant liquide pour le débarrasser de l’excès de résine,
l’objet est cuit dans un four à ultraviolet pour durcir la matière
plastique supplémentaire.
Les objets fabriqués selon la
stéréolithographie ont généralement une bonne qualité de finition et de
détail (0,0005 mm) on obtient des surfaces bien lisses et régulières.
Qualitativement elle fait partie des meilleurs techniques d’impression 3D
actuellement. La durée nécessaire pour créer un objet avec cette
technique dépend également de la taille de la machine utilisée. La SLA a
aussi l’avantage de pouvoir produire de grosses pièces (de plusieurs
mètres). Pour ces objets là il faudra plusieurs jours, quelques heures
pour les plus petites.
Parmi ces inconvénients, un coût plus
élevé que la FDM et un panel de matériaux et des coloris plus limité du
fait des polymères utilisés comme matière première. Les solvants et les
liquides polymères dégageant par ailleurs des vapeurs toxiques durant
l’impression, votre local devra être équipé d’une hotte aspirante pour
l’aération.
Le procédé Polyjet
Cette Technologie brevetée par la société israélo-américaine Objet
Geometries Ltd, fonctionne aussi sur le principe de
photopolymérisation. De la même manière, l’objet sera modélisé en 3D
avec un logiciel spécialisé (AutoCAD
par exemple) puis son fichier envoyé à l’imprimante. Les têtes
d’impressions vont alors déposer en goutte à goutte de la matière
photosensible sur un support de gel, selon les coordonnées transmises
par le fichier. Une fois la matière déposée, celle-ci va être exposée à
un rayon ultraviolet qui va alors la durcir instantanément. L’opération
sera répétée jusqu’à obtention de l’objet final, il ne restera alors
plus qu’à le nettoyer. Avec une précision de l’ordre de 0,005mm il est
possible de réaliser des objets avec un haut niveau de détail et des
pièces d’assemblage pouvant s’imbriquer comme des engrenages.
Objet Geometries
a par la suite affiné cette technique en mettant au point Polyjet
Matrix. Avec 96 embouts pour chacune de ses têtes d’impression, il est
possible pour l’utilisateur de combiner plusieurs matériaux différents,
souples ou plus rigides. En vous permettant de créer votre propre
composite, ce procédé vous offre la possibilité d’imprimer des d’objets
plus variés et plus complexes.
Le frittage laser
Cette technique crée par un étudiant
américain dans une université du Texas en 1980, a été développée plus
tard (2003) par la société allemande EOS.
Appelée aussi SLS (Selective Laser Sintering), il s’agit également d’un
processus d’impression par laser. Cette fois ci un faisceau laser très
puissant va fusionner une poudre (1mm d’épaisseur) à des points très
précis définis par un fichier STL que communique votre ordinateur à
votre imprimante. Les particules de poudre sous l’effet de la chaleur
vont alors fondre et finir par se fusionner entres elles. Une nouvelle
couche de poudre fine est ensuite étalée et à nouveau durcie par le
laser puis reliée à la première. Cette opération est répétée plusieurs
fois jusqu’à ce que votre pièce soit finie. Ensuite, votre partie est
soulevée de la poudre libre et l’objet est brossé puis sablé ou poncé à
la main pour les finitions.
La poudre que l’on utilise le plus souvent pour ce type d’impression
est de la polyamide. De couleur blanche ce matériau est en fait un
nylon. Il va donner à votre objet une surface poreuse qui pourra
d’ailleurs être repeint si vous souhaitez lui donner de la couleur.
D’autres composants comme de la poudre de verre, de la céramique ou du
plastique sont aussi utilisés. Souvent les fabricants utilisent un
mélange de deux sortes de poudres pour obtenir des objets plus aboutis.
Sur le même principe on retrouve aussi
le DMLS qui est l’abrégé de Direct Metal Laser Sintering. Ce procédé
permet de réaliser des objets en métal en fusionnant cette fois une
poudre de fines particules métalliques. Presque tous les métaux peuvent
être utilisés, cela va du cobalt au titane en passant par l’acier et des
alliages comme l’Inconel.
Même si sa précision d’impression est
inférieure au SLA, le frittage laser permet de fabriquer des pièces avec
un niveau de détail assez élevé (0.1mm) et à géométrie complexe. De
plus la poudre restante qui n’aura pas été passée au laser pourra être
réutilisée la fois suivante. Généralement les pièces obtenues avec ce
processus demande davantage de finitions (ponçage, peinture, vernis…)
que le SLA du fait de son rendu un peu granuleux
3 / L’agglomération de poudre par collage
La 3DP
شكراا لهده المعلومات الجيدة
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