L’impression 3d

Impression 3D : le procédé

Le monde de l’impression a fait un bond en avant considérable grâce au développement de l’impression 3D. Ce procédé représente une avancée majeure pour de nombreuses entreprises. Tous les fournisseurs et fabricants de pièces détachées peuvent désormais produire des petites séries, voire des prototypes, plus rapidement et plus facilement, ce qui permet d’accélérer et de simplifier leurs processus métier.

Définition de l’impression 3D

L’impression 3D, également appelée fabrication additive ou générative, consiste à convertir un modèle numérique en un modèle tridimensionnel. Le solide ainsi obtenu possède une forme géométriquement définie. En résumé, l’impression 3D est la création d’objets physiques à partir de fichiers numériques.

Ces données numériques sont générées par la modélisation CAO, les scanners 3D ou la modélisation 3D, mais l’imprimante 3D ne peut pas les lire directement. Cela nécessite un logiciel qui traduit la forme géométrique en langage machine, le G-code, pour l’imprimante. Ce logiciel, appelé « slicer », divise l’objet 3D en couches individuelles.

L’objet est ensuite construit (ou imprimé) couche par couche, d’où le nom de fabrication additive. Ce procédé contraste avec la fabrication soustractive, où la matière est retirée d’objets existants.

L’impression 3D est tridimensionnelle : l’objet possède une largeur, une longueur et une hauteur prédéfinies. Par conséquent, l’imprimante 3D fonctionne avec un axe vertical (axe Z) en plus des deux axes horizontaux habituels (axes X et Y).

Structure et fonctionnement d’une imprimante 3D

Dans le monde des imprimantes 3D, on distingue les imprimantes ouvertes et fermées, les appareils complets et les kits. Si la plupart sont livrés complets, les kits doivent être assemblés par l’utilisateur. Les appareils complets sont généralement plus chers que les kits, mais ils permettent de gagner du temps sur l’assemblage.

Dans le cas d’une imprimante 3D fermée, l’espace d’installation est clos. Selon l’utilisation prévue, vous pouvez choisir entre une version ouverte ou fermée.

Une imprimante 3D se compose généralement d’un plateau chauffant, d’une structure de support, d’une buse, de matériaux d’impression et éventuellement de supports. Toutefois, la construction peut légèrement varier selon la technologie utilisée.

Le fonctionnement est le suivant : le plateau chauffant et la buse sont d’abord portés à température. Le filament fondu (plastique, métal ou autre matériau) est ensuite déposé sur le plateau afin de former une première couche.

Une fois cette première couche terminée, le plateau se déplace d’une hauteur équivalente à une couche (mesurée en microns). La couche suivante est alors déposée et fusionne avec la précédente.

En cas de surplombs, des structures de support peuvent être utilisées. Elles sont réalisées dans le même matériau ou dans un matériau soluble. Le processus est répété jusqu’à l’obtention de l’objet final.

Types de procédés d’impression 3D

Les procédés les plus courants sont les suivants :

• Fusion laser sélective (SLM) / Frittage laser sélectif (SLS)
• Fusion par faisceau d’électrons (EBM)
• Dépôt de fil fondu (FDM / FFF)
• Stéréolithographie (SLA)
• Soudage laser par accumulation
• Imagerie par transfert de film (FTI)
• Traitement numérique de la lumière (DLP)
• Modélisation multijet / polyjet

Dans le procédé SLM, une poudre métallique est fusionnée par laser couche par couche. À l’inverse, le procédé SLS utilise un liant et une fusion partielle de la poudre.

• Le procédé EBM fonctionne de manière similaire, mais remplace le laser par un faisceau d’électrons.
• Le procédé FDM repose sur l’extrusion d’un filament chauffé déposé couche par couche. La surface obtenue peut nécessiter une finition.
• La stéréolithographie (SLA) utilise un bain de résine liquide durcie par un laser UV, permettant une très grande précision.
• Le soudage laser par accumulation permet d’ajouter de la matière métallique pour réparer ou fabriquer des pièces.
• Le procédé FTI repose sur l’application de films successifs durcis par la lumière. Le DLP fonctionne sur un principe proche, avec une projection lumineuse.
• La technologie PolyJet projette des gouttelettes de photopolymère durcies instantanément, offrant un niveau de détail très élevé.

Matériaux pour l’impression 3D

Plastiques

Le PLA (polylactide) est l’un des matériaux les plus utilisés. Issu de ressources renouvelables comme l’amidon de maïs, il est biodégradable, facile à imprimer et stable dimensionnellement. En revanche, il est peu résistant à la chaleur.

L’ABS est plus résistant et plus robuste, mais nécessite des températures élevées et un environnement contrôlé pour éviter les déformations.

Le PEEK est un polymère hautes performances, très résistant mécaniquement et thermiquement, utilisé dans des secteurs industriels avancés.

Le HIPS est souvent utilisé comme matériau de support car il est soluble.

Le PA (nylon) est robuste, résistant à l’usure et aux produits chimiques, mais plus difficile à imprimer.

Le PET est sûr pour un usage alimentaire, solide et flexible.

Le PETG améliore les propriétés du PET avec une meilleure résistance et une impression plus facile.

Métaux

L’aluminium est léger et utilisé dans l’aéronautique et l’automobile.

Le titane offre un excellent rapport résistance/poids et une grande résistance à la corrosion.

L’acier inoxydable est très solide, durable et adapté aux applications industrielles et alimentaires.

D’autres matériaux comme la céramique, le béton, le sable ou le verre sont également utilisés.

Histoire de l’impression 3D

L’histoire de l’impression 3D remonte au XIXe siècle.

En 1859, François Willème invente un système permettant de créer des modèles 3D à partir de photographies. En 1892, Joseph E. Blanther développe une technique de cartes en relief par superposition de couches.

En 1980, Hideo Kodama décrit un procédé de polymérisation UV. En 1984, des chercheurs français travaillent sur la stéréolithographie, mais le projet est abandonné.

C’est finalement Chuck W. Hull qui dépose le brevet et fonde l’entreprise 3D Systems. En 1988, la première imprimante 3D commerciale est lancée.

Dans les années 1990 et 2000, les technologies évoluent, permettant l’utilisation de nouveaux matériaux et l’essor de la fabrication additive, notamment en médecine.

Depuis 2010, l’impression 3D s’est démocratisée dans de nombreux secteurs : automobile, spatial, médical et industriel.

Quel avenir pour l’impression 3D ?

Il est très probable que l’impression 3D évolue vers une production de masse. Les avancées technologiques permettent déjà d’imprimer plus rapidement, avec plus de précision et une plus grande variété de matériaux.

À terme, cette technologie pourrait transformer profondément les modes de production en les rendant plus flexibles, plus locaux et plus durables.