Impression 3D

Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D est le processus de construction d'objets tridimensionnels couche par couche. Également connue sous le nom de fabrication additive, elle est l'opposée de la fabrication soustractive, qui consiste à découper ou sculpter un design fini à partir d'un bloc de matériau plus grand, comme la sculpture.

Les matériaux d'impression 3D couramment utilisés incluent les thermoplastiques tels que l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), les métaux, les résines et les céramiques.

Les logiciels de modélisation 3D rendent l'impression 3D possible. Ils permettent plus de créativité et d'expérimentation en réalisant des prototypes rapidement, facilement et à moindre coût. Parce qu'elle peut réaliser des designs détaillés et compliqués avec moins de matériau que les techniques soustractives, telles que le perçage, le soudage et le moulage par injection, l'impression 3D réduit le gaspillage de matériaux.

Une fois le design prêt, le logiciel d'impression 3D construit des couches de matériau pour former un véritable objet tridimensionnel.

Logiciel Impression 3D

Logiciel mentionnant impression 3d comme fonctionnalité ou terme.

Autodesk Fusion

DigiFabster

Ultimaker Cura

Solid Edge

Tinkercad

Shapr3D

Composants d'une imprimante 3D

Pour mieux comprendre les types d'impression 3D, certains composants importants des imprimantes 3D sont discutés ci-dessous.

• La carte contrôleur est le cœur d'une imprimante 3D car elle transmet des instructions à tous les autres composants. Elle détermine également la bonne température de fusion pour façonner l'objet à imprimer.
• Le filament est la matière première nécessaire pour imprimer des objets. C'est un plastique qui fond au lieu de brûler lorsqu'il est chauffé.
• Le cadre abrite tous les éléments électriques et mécaniques d'une imprimante 3D. Il les maintient en position et offre une surface pour imprimer des objets.
• Le plateau d'impression est l'endroit où l'objet 3D final est créé.
• La tête d'impression est le composant par lequel le filament entre, fond et prend finalement la forme de l'objet à imprimer.
• Les tiges filetées permettent à la tête de l'imprimante 3D de se déplacer vers le haut, vers le bas et en formations en zigzag.
• Les moteurs pas à pas dans une imprimante 3D aident à la construction d'un objet en plusieurs petites étapes. Ils aident également à déplacer d'autres composants comme la tête d'impression, le plateau, les tiges et les vis.
• Les courroies sont un autre composant de mouvement de l'imprimante 3D. Le moteur pas à pas est couplé aux engrenages d'entraînement via des courroies qui s'adaptent sur les engrenages et leur permettent de se déplacer en douceur avec le moteur.
• Les butées de fin de course indiquent à l'imprimante sa position et l'empêchent de dépasser les limites autorisées. Elles aident l'imprimante à maintenir son axe et à éviter les déraillements.
• L'unité d'alimentation électrique (PSU) fournit de l'énergie à tous les autres composants de l'imprimante.

Types d'impression 3D

L'organisation internationale de normalisation (ISO) classe les technologies d'impression tridimensionnelle en sept catégories. Toutes les techniques d'impression 3D entrent dans l'une des catégories suivantes.

• Le jet de liant dépose une fine couche de matériau en poudre, tel que du métal, du sable polymère ou de la céramique, sur la plateforme de construction, après quoi une tête d'impression dépose des adhésifs qui lient les particules. Le jet de liant imprime des prototypes métalliques 3D, en couleur complète, et des moules en céramique à grande échelle.
• La déposition d'énergie directe utilise un laser, un faisceau d'électrons ou un arc électrique pour fusionner du fil ou de la poudre. La technique construit des couches horizontalement et les empile verticalement pour créer des pièces.
• L'extrusion de matériau, ou modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), fournit une bobine de filament à une tête d'extrusion avec une buse chauffée. La tête d'extrusion chauffe, ramollit et dépose le matériau à des positions prédéterminées pour qu'il refroidisse et crée une couche. La plateforme de construction glisse ensuite vers le bas pour passer à la couche suivante.
• Le jet de matériau dépose du matériau liquide à partir d'une ou plusieurs têtes d'impression sur une surface, au lieu d'encre sur une page. Chaque couche est durcie avant d'être empilée. Le jet de matériau nécessite des structures de support construites en matériau soluble dans l'eau qui peuvent être nettoyées après achèvement.
• La fusion sur lit de poudre (PBF) est une technique dans laquelle l'énergie thermique, telle qu'un laser ou un faisceau d'électrons, est utilisée pour fusionner sélectivement des régions d'un lit de poudre pour produire des couches, qui sont ensuite empilées pour construire un composant.
• La stratification de feuilles comprend deux technologies distinctes : la fabrication d'objets laminés (LOM) et la fabrication additive ultrasonique (UAM). La LOM utilise des couches alternées de matériau et d'adhésif pour fabriquer des produits avec un attrait visuel et esthétique, tandis que l'UAM combine des feuilles métalliques minces en utilisant le soudage par ultrasons.
• La polymérisation en cuve comprend la stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP). Ces techniques génèrent des composants couche par couche, en utilisant un laser pour durcir sélectivement la résine liquide dans une cuve. La SLA applique un laser à point unique ou une source ultraviolette (UV) pour le durcissement, mais le DLP projette une image unique de chaque couche complète sur la surface de la cuve.

Technologies d'impression 3D

Le frittage, la fusion et la stéréolithographie sont les trois principales formes de techniques d'impression 3D.

1. Le frittage est un processus qui crée des objets haute résolution en chauffant le matériau sans le faire fondre. La poudre métallique est utilisée pour le frittage laser direct de métal. Les poudres thermoplastiques sont utilisées pour le frittage laser sélectif.
2. Les méthodes de fusion d'impression 3D incluent la fusion sur lit de poudre, la fusion par faisceau d'électrons et la déposition d'énergie directe. Ces techniques utilisent des lasers, des arcs électriques ou des faisceaux d'électrons pour imprimer des objets en fusionnant des matériaux à haute température.
3. La stéréolithographie utilise la photopolymérisation pour produire des pièces. Cette méthode durcit et solidifie sélectivement une section transversale d'un objet en associant la source lumineuse appropriée au matériau.

Avantages de l'impression 3D

En comparaison avec les techniques de fabrication conventionnelles, la technologie d'impression 3D présente plusieurs avantages. Parmi ces avantages figurent ceux liés au design et au coût.

• L'impression 3D crée des pièces géométriques complexes et personnalisées qui sont simples et peu coûteuses. Elle utilise moins de matériau que les processus de production soustractifs, ce qui la rend moins chère. De plus, le coût d'une pièce est directement proportionnel au matériau, au temps et aux procédures de post-traitement, ce qui en fait un processus rentable.
• Les systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO) utilisés dans l'impression 3D rendent les modifications de produit simples et précieuses.
• Cette procédure est idéale pour les outils de prototypage car elle permet de petites séries et une production en interne, conduisant à des processus de production plus rapides qui dépendent moins des chaînes d'approvisionnement.
• L'impression 3D utilise souvent des plastiques et des métaux, mais des composants peuvent être fabriqués à partir de matériaux personnalisés. Par exemple, des matériaux avec une forte résistance à la chaleur, une étanchéité ou une solidité peuvent être utilisés pour répondre à des exigences spécifiques.
• Elle réduit considérablement les délais de livraison grâce à la production juste-à-temps (JIT) et à la production à la demande. En JIT, les produits sont livrés directement du fournisseur à l'entreprise, en contournant l'entrepôt. La fabrication à la demande consiste à fournir au client le bon produit quand il en a besoin.

Limitations de l'impression 3D

Bien que les avantages de la technologie d'impression 3D soient nombreux, les utilisateurs peuvent rencontrer certaines de ces limitations courantes.

• Certains objets imprimés en 3D, comme ceux fabriqués en métal, sont solides, mais la plupart des autres ont tendance à être fragiles. La construction couche par couche réduit la solidité de 10 à 50 % par rapport à la construction soustractive.
• Le manque d'économies d'échelle dans l'impression 3D rend les grandes séries de production plus coûteuses. De plus, l'impression 3D n'est toujours pas compétitive pour la production en grande série.
• L'exactitude des pièces imprimées est déterminée par la machine et les méthodes utilisées. Les imprimantes conventionnelles avec moins de tolérance pour la déviation peuvent produire des composants significativement différents des designs.
• La plupart des objets imprimés en 3D nécessitent un post-traitement. Cela peut inclure le ponçage ou le lissage pour obtenir une finition souhaitée, le retrait des supports pour construire les matériaux dans la forme désirée, le traitement thermique pour atteindre des qualités matérielles spécifiées, ou la finition finale.
• Alors que l'impression 3D en tant que technologie se développe, un défi majeur ralentissant son adoption est le manque de compétences et d'expertise dans le domaine.

Impression 3D vs moulage par injection vs impression résine

L'impression 3D est une méthode d'impression additive qui superpose des matériaux pour former des objets. Bien que l'impression 3D soit un processus globalement plus lent, elle est plus rapide à mettre en place et permet des modifications fréquentes du design. Elle est mieux adaptée aux designs compliqués.

Le moulage par injection utilise un moule rempli de matériau fondu qui se solidifie en refroidissant pour générer des pièces. Le processus de moulage par injection est supérieur pour la fabrication de masse avec peu de gaspillage de matériau.

L'impression 3D en résine est collectivement connue sous le nom de polymérisation en cuve. Ici, une résine photopolymère liquide est stockée dans une cuve. La plupart des imprimantes résine incluent ce qu'on appelle une cuve, un récipient avec une feuille inférieure transparente et flexible, remplie de résine photosensible qui durcit ou se solidifie lorsqu'elle est exposée à la lumière UV.

La résine permet d'obtenir des détails plus fins que n'importe quelle imprimante 3D classique, et le produit fini nécessite souvent moins de travail de post-traitement. En revanche, les plateaux de construction sont souvent plus petits, empêchant la création d'objets plus grands.

Chaque processus de production a ses propres mérites, et ils peuvent être utilisés conjointement.

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