A) DÉFINITION

 

L'impression 3D est la création d'objets en 3 Dimensions, grâce à une technique de fabrication dite additive, qui procède par ajout de matière, contrairement aux techniques procédant par retrait de matière comme l'usinage. L'impression 3D permet de concevoir des objets usuels, des pièces détachées ou encore des prototypes destinés aux essais.

 

Ce procédé est réalisé à l'aide d'une imprimante 3D, d'un fichier numérique, de logiciels et de certains matériaux (métal, plastique, céramique, résine).

 

B) COMMENT FONCTIONNE L'IMPRIMANTE 3D ?

 

L’impression 3D fonctionne selon plusieurs techniques, qui diffèrent selon le type d’imprimante 3D utilisée. On peut les classer selon trois grands groupes :

 

– Le dépôt de matière

– La solidification par la lumière

– L’agglomération par collage

 

Quelle que soit la méthode utilisée, l'imprimante 3D fonctionne selon le même principe de base ; elle assemble les matériaux couche après couche à la manière d’un mille-feuille. Grossièrement, l’objet en 3D est un assemblage de couches, comme si on empilait des feuilles les unes sur les autres. La différence entre les façonnages utilisés se situe sur la manière dont sont déposées et traitées ces 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)

– d’un logiciel de slicing

– d’un ordinateur

 

Chacune des méthodes implique des qualités propres qui jouent sur la durée nécessaire à l’obtention de l’objet mais aussi la taille limite des objets .

 

 

 

La manière d’exporter les fichiers vers l’imprimante diffère selon les marques et les modèles : câble USB, Wi-Fi ou carte SD.

 

C) LA CONCEPTION DE L' OBJET 3D

 

Pour imprimer un objet en 3D, sauf rares exceptions, avoir un fichier 3D (modèle virtuel de la pièce et le logiciel, l’outil qui permet de le modéliser) est une obligation.

 

Ce fichier peut être créé grâce à  :

 

→ Un scanner 3D, qui scanne l'objet en 3D puis le numérise sur ordinateur. Cette technique est notamment utilisée dans le domaine des films d'animation, des jeux vidéos et des « reverse engineering ».

 

→ des sites spécialisés, où l'on peut télécharger des fichiers déjà existants au lieu de les modéliser soit même.

 

 

 

 

Par la suite, l'utilisateur devra exporter son fichier au format STL, quelle que soit la méthode de conception utilisée.

 

Inventé par 3D Systems, une entreprise spécialisée, ce format sert à transmettre la géométrie de surface de l'objet. Le fichier qui est exporté se présente sous la forme d’un maillage composé de plusieurs triangles déterminant le volume de votre objet dans l’espace. Il faut veiller à ce que ce maillage soit bien fermé pour que celui-ci soit considéré comme solide. De plus sa qualité est importante car elle joue sur le résultat final de l'impression.

 

Pour préparer ce fichier, avant l'impression, un dernier logiciel est nécessaire, il s'agit d'un logiciel dit de "slicing".

 

Ce dernier permet de découper en plusieurs tranches (slice = tranches en anglais) le fichier STL, chacune d’entre elles représentant une portion du modèle à imprimer. C’est également à ce moment qu’est calculée la densité de l'objet, c'est-à-dire la quantité de matière nécessaire pour le remplir, ainsi que l’épaisseur de sa surface externe.

 

 

 

D) LES DIFFÉRENTES TECHNIQUES D'IMPRESSION 3D

 

 

1) Le dépôt de filament fondu

 

 

Plus connue sous l'acronyme FDM (Fused Deposition Modeling), cette méthode a vu le jour il y a une trentaine d'années grâce à S. Scott Crump, chercheur et co-fondateur de Stratasys Ltd.

Il s'agit du procédé utilisé par une écrasante majorité d'imprimantes 3D dites personnelles. Son principe de fonctionnement est simple : un matériau, souvent présenté sous forme de bobine, passe à travers une buse d'extrusion chauffée entre 170 et 260°C. Il fond et se dépose sur un support par couches. Une fois la première couche terminée, le plateau d'impression descend pour recevoir la seconde et ainsi de suite.

 

 

 Comparée aux autres procédés, la FDM présente des :




Avantages :

 

→ un prix très abordable

→ une utilisation de thermoplastique de couleurs très variées

 

Inconvénients :

→ un procédé lent

→ seulement des thermoplastiques (plastique PLA , ABS, ...)

→ moins de précision

→ les objets réalisés sont fragiles

 

2) La stéréolithographie (SLA)

 

Il s'agit de la première technologie d'impression 3D, apparue en 1986 et mise au point par 3D Systems.

 

Ici, le procédé utilise un laser ultra-violet et un bac de photopolymère liquide. Le laser frappe le liquide qui se solidifie sous l'effet des ultra-violets couche par couche.

 

 

 

 

Avantages :

 

→ très peu de déchets

 

→ poudre non fusionnée peut être réutilisée

 

Inconvénients :

 

→ il est difficile d'obtenir une poudre aux grains homogènes

 

→ Les réglages doivent être précis

 

 

 

 

 

c) Le frittage laser (SLS)

 

Le procédé Selective Laser Sintering  utilise un laser. La différence avec la stéréolithographie se situe au niveau du matériau, qui est sous forme de poudre de plastique, de céramique, de verre ou de métal.

Le laser entre en action pour solidifier la première couche, puis l'opération se répète pour chaque couche. Une fois le processus terminé, on retire l'objet puis on le débarrasse des restes de poudre non fusionnée.

 

 

Les avantages et les inconvénients ne diffèrent pas par rapport à ceux de la stéréolithographie. 

 

 

 

 

 

4) Le procédé PolyJet

 

Le procédé dit PolyJet s'appuie sur la photopolymérisation, tout comme la stéréolithographie. Ici, des jets de matériau sont projetés sur le support d'impression. Ceux-ci correspondent là encore aux couches définies par le logiciel d'impression. Après chaque jet, le polymère est solidifié grâce à un rayon UV.

 

 

 

Avantages :

 

→ Pas de post-traitement (ponçage, rinçage)

 

Inconvénients :

 

Aucun répertorié 

 

 

 

5) Le procédé DLP

 

 

 

Le procédé DLP s'appuie sur la même technologie que celle qui est embarquée dans bon nombre de vidéoprojecteurs.

 

Le principe est similaire à la stéréolithographie, dans le sens où la lumière est utilisée pour solidifier un polymère liquide. Une puce composée d'une matrice de miroirs orientables — parfois plusieurs millions — réfléchit une lumière UV et projette une sorte d'image correspondant à la forme de la couche à imprimer. Cette lumière vient donc frapper le polymère qui se trouve dans un bac pour le solidifier. Le traitement se fait couche par couche, comme dans le cas de la stéréolithographie.

 

 

Avantages :

 

→ rapide

 

→ Seul un déplacement vertical de la plate-forme est nécessaire.

 

Inconvénients :

 

Aucun répertorié