Le principe de l’impression 3D
L'impression
Comment fonctionne l’impression 3D ? La base est relativement simple. Après la modélisation d’un objet en 3D sur l’ordinateur (ou la récupération d’une création déjà réalisée), l’impression va se lancer.
Avec la technologie FDM (Fused Deposition Modeling ou dépôt de matière fondue), l’objet est imprimé en fines couches successives pour un rendu précis et détaillé. Plus les couches seront fines, plus l’impression sera détaillée et précise. L’épaisseur de la couche varie généralement de 0,05 à 0,3 mm pour le grand public, mais peut atteindre une finesse de 30 nm dans la recherche, par exemple.
Le véritable avantage de cette technique repose sur l’économie de matière employée si tant est que votre modèle présente peu ou pas de supports, ce que nous décrivons juste après. L’objet étant imprimé précisément, il y a peu de perte de matière première, peu de « chute ». Cela représente un véritable plus (pour les industriels comme pour les particuliers).
Pour l’impression de structures particulières, une procédure préalable s’avère nécessaire. Comme on peut le voir sur la photo ci-contre, des supports sont imprimés en même temps que l’objet pour soutenir et maintenir les parties imprimées dans le vide.
Or le filament ne peut se déposer dans le vide, notamment si ces surfaces sont courbes. Il est en revanche possible d’imprimer sans support des parties rectilignes, également appelées « ponts ». La ventilation placée sur la buse refroidi alors le filament qui est étiré dans dans le vide d’un point A à un point B, sans support.
Il existe également des filaments solubles pouvant servir pour les supports, ce qui rend leur retrait beaucoup plus aisé, un simple séjour dans l’eau les dissolvant. Un système réservé aux imprimantes capables d'imprimer plusieurs matériaux à la volée.
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Méthodes d'impression
dépôt de fil FDM (Fused Deposition Modeling)
Il existe beaucoup de méthodes différentes d’impression 3D. La plus répandue dans le commerce est la méthode dite du « dépôt de fil FDM (Fused Deposition Modeling) ».
Comme son nom l’indique, cette technique repose sur un dépôt de filament qui s’effectue en couches successives très fines. Chauffé à haute température, ce filament, le plus souvent en « acide polylactique » ou PLA, va atteindre son point de fusion et sera déposé par une buse sur le plateau de l’imprimante 3D. Le diamètre de ce filament varie selon le diamètre de la buse et permet d’obtenir un objet plus ou moins détaillé (avec une qualité d’impression variable en somme). Plus le diamètre est faible, plus l’objet sera de qualité mais mettra du temps à s’imprimer.
Ainsi, ce filament très fin sort de la buse et vient se placer sur ceux déjà déposés. Les deux filaments fusionnent entre eux, ce qui donne au final un objet en un seul bloc. Cette technique d’impression 3D est déposée par l’entreprise Stratasys, qui l’a inventée.
Stéréolithographie (SLA, stereolithograph apparatus)
La stéréolithographie (SLA, stereolithograph apparatus) est également répandue et commune. Le principe général est identique à la méthode FDM, si ce n’est l’utilisation d’ultra-violets dans un liquide plastique monomère. Entre chaque couche de résine déposée, une lampe ultra-violette, masquée par un écran LCD dessinant la forme de la couche à imprimer, va flasher la résine pour la traiter. La conséquence est un durcissement de la résine qui sera alors prête à accueillir la seconde couche et ainsi de suite. Son proche cousin est le DLP (Digital Light Processing ou Traitement Numérique de la Lumière) qui utilise non pas les UV mais une ampoule inactinique (comme dans les labos photo argentiques en résumé).
SLS (Selective Laser Sintering) ou « Frittage Sélectif Laser »
Très proche de la stéréolithographie, la SLS (Selective Laser Sintering) ou « Frittage Sélectif Laser » est une technique utilisée dans les imprimantes 3D de grande taille (destinées aux industries). Au lieu de résine, la matière employée est une poudre. Entre chaque couche, un laser solidifie la poudre appliquée et la fixe aux couches précédentes par frittage (la poudre chauffe sans entrer en fusion et se soude à la couche inférieure). Une fois les premières couches soudées par ce procédé, une nouvelle couche de poudre est étalée et le processus continue jusqu’à ce que la pièce soit achevée.
Pour les impressions les plus précises (bijouterie, médecine), c’est parfois le choix de la technologie Polyjet ou Multijet qui est fait. Comme pour la stéréolithographie, c’est un polymère liquide qui est utilisé et solidifié par une lumière UV. La différence est ici dans la façon de solidifier les couches, Polyjet et Multijet faisant appel à la projection de gouttelettes de photopolymère.
Mentionnons enfin la récente technologie CLIP (Continuous Liquid Interface Production) qui fonctionne avec un bain de résine dans lequel est projetée la forme de l’objet à imprimer, durcie par des UV.
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Le consommable
Comme vu précédemment, le consommable nécessaire à l’impression est en fait un filament chauffé jusqu’à son point de fusion. Ainsi, il faut oublier les cartouches d’encre traditionnelles et se tourner vers des bobines de filaments pour alimenter son imprimante 3D.
Elles peuvent être de différentes matières, avec chacune leurs caractéristiques et comportements :
- le PLA, à base d’amidon de maïs ou de betteraves, facile à utiliser et biodégradable mais très cassant et sensible aux déformations. Bon pour le prototypage ou les figurines par exemple
- l’ABS, un polymère thermoplastique, qui a d’excellentes propriétés mécaniques et résiste bien à la chaleur. Il peut être utilisé pour réaliser des supports de téléphone dans la voiture par exemple. Il est toutefois difficile à imprimer, un plateau chauffant à 100° est alors largement recommandé obligatoire pour éviter le warping. Autre point négatif, il dégage des vapeurs toxiques (privilégier donc une imprimante fermée ou protégée dans un caisson).
- PET et PETG sont des entre-deux, des plastiques polyester qui autorisent le contact alimentaire et sont également robustes, sans être compliqués à imprimer.
- le TPU, très malléable et qui permet donc d’imprimer des pièces « souples ». Très résistant mais également très sensible à la chaleur.
Il en existe d’autres et l’éventail des matières ne cesse de s’agrandir. L’impression sur filament de métal est ainsi en plein essor et il existe aussi des impressions 3D avec de la céramique ou des matériaux organiques (bois, cire, matière alimentaire…).
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