L'impression 3D est un processus de fabrication qui crée un objet physique à partir d'un fichier de modèle numérique. La technologie fonctionne en ajoutant couche après couche de matériau pour créer un objet complet.
Introduction à l'impression 3D
Le processus d'impression 3D a été conçu dans les années 1980 et connu à l'origine sous le nom de "prototypage rapide". Il a permis aux entreprises de développer des prototypes rapidement et avec plus de précision qu'avec d'autres méthodes. Après plus de 30 ans d'innovation, ses usages sont aujourd'hui beaucoup plus diversifiés. Les fabricants, les ingénieurs, les concepteurs, les éducateurs, les médecins et les amateurs utilisent la technologie pour une vaste gamme d'applications.
L'impression 3D est un processus de fabrication "additif" qui construit un objet en couches
Une pièce imprimée en 3D utilisée dans l'industrie automobile
Le développement d'imprimantes 3D "de bureau" plus compactes et leur coût abordable ont également rendu la technologie de plus en plus accessible au fil du temps.
Comment fonctionne l'impression 3D ?
Comme nous l'avons vu précédemment, le processus d'impression 3D consiste à accumuler couche après couche de plastique fondu pour créer un objet. Au fur et à mesure que chaque couche est définie, la couche suivante est imprimée sur le dessus et l'objet est construit. Pour réaliser une impression 3D, un fichier numérique est nécessaire qui indique à l'imprimante 3D où imprimer le matériau. Le format de fichier le plus courant pour cela est les fichiers G-code. Ce fichier contient essentiellement des "coordonnées" pour guider les mouvements de l'imprimante, à la fois horizontalement et verticalement - également appelés axes X, Y et Z.
Les imprimantes 3D peuvent imprimer ces couches à différentes épaisseurs, appelées hauteur de couche. Un peu comme les pixels sur un écran, plus de couches dans une impression donneront une "résolution" plus élevée. Cela donnera un meilleur résultat, mais prendra plus de temps à imprimer.
Impression 3D vs. fabrication additive ?
Cette addition de couches donne à l'impression 3D son autre nom : la « fabrication additive ». Vous verrez souvent les termes utilisés pour désigner le même processus de fabrication. La fabrication additive est à l'opposé des processus «soustractifs» où la matière est retirée (ou soustraite) d'un bloc plus grand pour créer l'objet final, par exemple l'usinage CNC.
Impression 3D FDM vs FFF – Explication
Une autre chose qui peut dérouter les nouveaux venus dans l'impression 3D est de voir des références aux processus FDM (modélisation par dépôt de fil fondu) et FFF (fabrication de filaments fondus). Encore une fois, ce sont essentiellement des noms différents pour la même chose, car ils font tous deux référence à un type spécifique d'imprimante 3D. Il existe différents types d'imprimantes 3D ? Oui! Mais pas besoin d'être confus - nous allons jeter un coup d'œil à ceux-ci ensuite.
Quelles sont les différentes technologies d'impression 3D ?
Les plastiques sont un type de matériau polyvalent et, par conséquent, il existe de nombreuses façons de les fabriquer. L'impression 3D ne fait pas exception, alors explorons les différentes méthodes. Les technologies les plus largement utilisées sont l'impression 3D FFF, le SLA (stéréolithographie) et le SLS (frittage laser sélectif).
Qu'est-ce que l'impression 3D FFF ?
Une imprimante FFF extrude une épaisse chaîne de matériau, communément appelée filament, à travers une buse chauffée. La buse est montée sur un système de mouvement qui la déplace autour d'une zone de construction, où le filament fondu est déposé sur une plaque de construction. Au fur et à mesure que le matériau refroidit et se solidifie, la plaque de construction descend d'une fraction de millimètre couche par couche jusqu'à ce que l'objet soit complet.
Un modèle imprimé en résine sur une imprimante SLA
Retirer une pièce imprimée en 3D SLS finie
Cette liste n'est en aucun cas exhaustive, et vous pouvez également rencontrer les éléments suivants :
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DLP (traitement à la lumière directe) – Un procédé à base de résine similaire au SLA. Au lieu d'un laser durcissant un point individuel de résine à la fois, DLP utilise la lumière pour projeter une image de la couche entière dans la résine
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Binder jetting – Un processus à base de poudre similaire au SLS, sauf que la poudre est fusionnée par un liant plutôt qu'un laser
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Material jetting – Une variante de l'impression à jet d'encre « 2D » qui peut créer des pièces 3D en déposant de la cire ou de la matière plastique puis en la durcissant avec une lumière UV
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SLM (fusion laser sélective) – L'une des quelques variantes similaires de la technologie SLS pour l'impression 3D métallique
Vous voulez comprendre les avantages et les inconvénients de chaque technologie ? Lisez notre guide détaillé comparant les processus d'impression 3D.
Quels matériaux sont utilisés dans l'impression 3D ?
Les polymères plastiques sont le matériau le plus couramment utilisé dans l'impression 3D. L'utilisation d'autres matériaux est possible. Par exemple, il existe des imprimantes 3D métalliques dédiées, mais celles-ci sont de niche par rapport aux imprimantes polymères. Et des machines surdimensionnées basées sur la technologie d'impression 3D commencent à être développées pour les matériaux de construction comme le béton. Les types d'imprimantes 3D grand public tels que FFF et SLS peuvent imprimer des mélanges de polymères et d'autres matériaux (tels que le métal, le verre ou le bois). Ceux-ci sont connus sous le nom de composites et offrent certaines des propriétés du matériau mélangé.
Dans le contexte de l'impression 3D FFF, vous pouvez voir les termes « matériau d'impression 3D » et « filament d'impression 3D » utilisés de manière interchangeable. En effet, la matière première est fournie sur des bobines de filament fin.
Dans les sections suivantes, nous examinerons plus en détail certains filaments d'impression 3D par catégorie.
Matériaux d'impression 3D de démarrage
PLA
Issu de ressources organiques renouvelables et facile à imprimer, le PLA est le filament de référence pour les débutants. Le PLA a également d'excellentes propriétés visuelles. Mais sa faible résistance à la température et le fait que les propriétés mécaniques peuvent se dégrader avec le temps signifient que le PLA est souvent négligé pour les applications fonctionnelles et mécaniques.
GEP
Un mélange bien équilibré de propriétés a permis au PETG de devenir l'un des matériaux d'impression 3D les plus largement utilisés. Il pourrait facilement être classé comme un "matériau d'ingénierie", mais c'est aussi une bonne option pour les débutants grâce à une bonne imprimabilité. Combinant une résistance aux chocs et aux produits chimiques avec de bonnes propriétés thermiques, tout en étant moins cher que de nombreux autres matériaux d'ingénierie, c'est le filament de référence pour les applications d'ingénierie pour de nombreux utilisateurs.
Ingénierie des matériaux d'impression 3D
Nylon
Possédant une résistance chimique et capable de résister à des contraintes mécaniques importantes, le nylon est une option polyvalente pour les pièces d'utilisation finale.
ABS
Offrant des propriétés mécaniques et de résistance à la chaleur supérieures par rapport au PLA, l'ABS est un matériau pour des applications plus exigeantes. Cependant, il peut être difficile d'imprimer avec, en particulier sur une imprimante 3D à cadre ouvert moins chère. Une chambre de construction fermée et une température contrôlée offrent une expérience beaucoup plus fiable.
Les prototypes visuels doivent avoir de bonnes caractéristiques esthétiques et tactiles
Les pièces d'utilisation finale ont besoin de propriétés matérielles adaptées à leur application, telles que la résistance à l'usure ou l'ignifugation
Matériaux d'impression 3D flexibles
TPU
Avec ses propriétés caoutchouteuses, le TPU peut être tordu, étiré et résister aux chocs sans problème.
PP
Semi-flexible et résistant à la fatigue, le PP (ou polypropylène comme vous le connaissez peut-être) est idéal pour les applications nécessitant une certaine flexibilité, telles que les charnières ou les conteneurs de liquides.
Matériaux d'impression 3D spécialisés
Matériaux composites
Ces filaments combinent un polymère avec des fibres d'un autre matériau pour donner des propriétés améliorées. Il existe deux catégories principales. Les composites techniques comprenant des fibres de verre, de carbone ou de métal offrent des propriétés mécaniques améliorées telles que la résistance et la rigidité. Et pour des propriétés visuelles uniques, il existe des options composites comme les filaments de céramique ou de bois pour l'impression 3D, ou même la lueur dans le noir. (Remarque : les fibres des filaments composites peuvent provoquer une abrasion, vérifiez donc que votre imprimante est compatible avant d'en utiliser une). Bien qu'ils chevauchent parfois les catégories ci-dessus, il existe de nombreux autres filaments d'impression 3D spécialisés à découvrir sur le marché, tels que les matériaux antistatiques ou ignifuges.
Matériel de soutien
Tout d'abord, expliquons rapidement de quoi il s'agit. Chaque nouvelle couche d'une impression 3D nécessite la couche en dessous pour la supporter. Des problèmes surviennent lorsque la conception d'une impression nécessite un surplomb ou un élément suspendu dans les airs. Ainsi, ces matériaux le "soutiennent" littéralement pendant le processus d'impression et sont retirés après. Les supports peuvent être imprimés avec le même matériau que le reste de l'impression, mais leur retrait peut affecter sa qualité de surface et sa précision dimensionnelle. Pour éviter cela, des supports spécialisés ont été développés.
Matériau de support soluble
Les matériaux de support solubles sont solubles, il n'y a donc aucun risque d'endommager votre pièce lors du retrait manuel. Le matériau de support PVA se dissout dans l'eau, tandis que HIPS nécessite le solvant d-limonène.
Échappée
Quelque part entre les options mentionnées jusqu'à présent, un matériau comme Breakaway est un matériau de support distinct qui est supprimé manuellement. Cela rend le processus plus rapide que d'attendre qu'il se dissolve, tout en conservant la précision dimensionnelle de la pièce.
Une pièce imprimée en 3D avec un matériau de support (à gauche) et après le retrait du matériau de support (à droite).
