Quels sont les différents types d'impression 3D ?

Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, est une technologie qui permet de construire des objets tridimensionnels en accumulant progressivement de la matière couche par couche.

Contrairement aux procédés de fabrication soustractifs traditionnels (comme la découpe) ou à la fabrication de matériaux uniformes (comme le moulage et le forgeage), l'impression 3D part d'un modèle numérique et utilise des équipements de précision pilotés par ordinateur pour donner à la matière la forme et la taille souhaitées. Ce procédé élimine le besoin de moules ou d'outillage, ce qui accroît considérablement la liberté de conception et la flexibilité de fabrication, permettant ainsi la réalisation de structures complexes, la production personnalisée et la production en petites séries.

Types d'impression 3D

1. Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)

La FDM est une méthode de chauffage, de fusion et de formage de divers matériaux de filament thermofusibles (tels que la cire, l'ABS et le nylon).

Le procédé consiste à faire fondre un matériau filamentaire à bas point de fusion grâce à la tête d'extrusion d'un élément chauffant. Le matériau est ensuite extrudé à travers une buse qui épouse précisément les contours de chaque pièce, déposant et solidifiant ainsi le matériau thermoplastique fondu pour obtenir des formes précises.

Ce processus se déroule couche par couche, créant finalement un modèle ou une pièce solide.

Avantages

1. Non toxique, bien que certains filaments, comme l'ABS, puissent dégager des fumées toxiques. De manière générale, ce procédé est respectueux de l'environnement.
2. Une grande variété de supports d'impression couleur sont disponibles, abordables et présentent des taux d'utilisation élevés.
3. Coûts d'équipement faibles à modérés.
4. Coûts de post-traitement faibles à modérés (élimination des supports et traitement de surface).
5. Idéal pour les éléments de taille moyenne.
6. Les composants présentent une porosité pratiquement nulle.
7. Ce matériau présente une grande stabilité structurelle, une résistance chimique, une étanchéité à l'eau et une résistance aux variations de température élevées. 8. Comparé à d'autres technologies d'impression de bureau, son volume d'impression est relativement important : 600 × 600 × 500 mm.

Inconvénients

1. Les options de conception sont limitées. Il est impossible de réaliser des parois minces, des angles vifs et des arêtes sur des plans verticaux.
2. Les modèles imprimés sont plus fragiles dans le sens de construction vertical car la méthode de fabrication additive des couches entraîne une anisotropie des propriétés des matériaux.
3. Peu précis, avec des tolérances allant de 0,10 à 0,25 mm.
4. La résistance à la traction est d'environ deux tiers celle des versions moulées par injection du même matériau.
5. Difficulté à contrôler la température de la chambre de fabrication, ce qui est pourtant essentiel pour des résultats optimaux.
6. Problèmes de « décalage » dans les plans de construction verticaux.

2. Stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) utilise une technologie appelée photopolymérisation, une méthode d'impression 3D, pour produire des objets tridimensionnels.

Il s'agissait de l'une des premières méthodes de fabrication additive et elle est encore utilisée aujourd'hui.

La stéréolithographie (SLA) est couramment utilisée dans les industries nécessitant des prototypes haute résolution, des modèles détaillés, la joaillerie, les applications dentaires et d'autres domaines où la précision et la finesse des détails sont essentielles.

Avantages

1. Maturité : Il s’agit de la technologie de prototypage rapide la plus ancienne, pratique et éprouvée en Chine. 2. Vitesse de traitement : Les prototypes peuvent être créés directement à partir de modèles numériques CAO, ce qui permet des vitesses de traitement rapides et des cycles de production courts.
2. Structures complexes : Elle peut traiter des prototypes et des moules aux formes complexes ou difficiles à réaliser par les méthodes traditionnelles.
3. Visualisation : Elle rend les modèles numériques CAO intuitifs et réduit les coûts de correction des erreurs.
4. Coût du système : Les systèmes SLA sont coûteux à construire, à exploiter et à entretenir.
5. Environnement de travail : L'environnement de travail impose des exigences strictes, telles qu'une température et une humidité contrôlées.
6. Performances des pièces moulées : Les pièces moulées sont principalement fabriquées en résine, qui possède une résistance, une rigidité et une résistance à la chaleur limitées, ce qui les rend inadaptées au stockage à long terme.

3. Frittage laser sélectif (SLS)

Le SLS utilise des faisceaux laser à haute énergie contrôlés avec précision pour scanner et fritter des matériaux en poudre couche par couche, permettant ainsi la construction précise de solides tridimensionnels complexes.

Les avantages de la technologie SLS résident dans sa large gamme de matériaux compatibles (métaux, céramiques et polymères, par exemple), sa grande précision de moulage et ses puissantes capacités de traitement des structures complexes. C'est pourquoi la technologie SLS est largement utilisée dans des secteurs de pointe comme l'aérospatiale et l'automobile. Cependant, les équipements SLS présentent également l'inconvénient d'un coût plus élevé et d'une plus grande complexité technique.

Avantages

1. Choix des matériaux : Une grande variété de matériaux peuvent être utilisés, notamment des poudres métalliques et des poudres céramiques.
2. Résistance de la pièce : Cette pièce présente une résistance élevée, ce qui la rend adaptée à la fabrication de pièces de haute précision et de haute résistance.
3. Utilisation des matériaux : Utilisation élevée des matériaux, la poudre non frittée peut être réutilisée, éliminant ainsi les déchets.
4. Sans support : aucune structure de support n'est requise, ce qui simplifie le processus d'impression.

Inconvénients

1. Structure lâche : La structure du prototype est lâche, poreuse et présente des contraintes internes, ce qui la rend instable pendant la production.
2. Post-traitement : Le post-traitement des pièces en céramique et en métal est difficile.
3. Préchauffage et refroidissement : Des processus de préchauffage et de refroidissement sont nécessaires, ce qui augmente le temps d’impression.
4. Pollution environnementale : Le processus de moulage peut générer des gaz toxiques et des poussières, des mesures de protection de l'environnement sont donc nécessaires.

4. Impression multi-buses

La technologie d'impression multi-buses utilise plusieurs buses pour imprimer des matériaux simultanément ou alternativement lors du processus d'impression 3D. Cette technologie permet d'améliorer considérablement la vitesse et l'efficacité d'impression, tout en autorisant l'impression de matériaux mixtes. Elle offre des avantages significatifs pour la fabrication de structures complexes, de composants multi-matériaux et l'impression 3D couleur.

Avantages

1. Qualité d'impression : Des produits imprimés de haute qualité permettent la production de pièces haute définition.
2. Impression multi-matériaux : Prend en charge l'impression dans une variété de matériaux, notamment l'argile, la pâte à modeler, la céramique, l'ABS, le PLA et bien plus encore.
3. Structure de support : Structure de support unique à base de cire pour un retrait facile et rapide.

Inconvénients

1. Structure complexe : La structure complexe des multiples buses accroît la difficulté de la maintenance de l'équipement.
2. Difficulté de maintenance : La maintenance est difficile et nécessite des compétences et des outils spécialisés.
3. Prix ​​des consommables : Les consommables sont en situation de monopole et sont plus chers.
4. Vitesse d'impression : Relativement lente, ce qui entraîne des temps d'impression plus longs.

5. Binder Jettin

La technologie de projection de liant consiste à pulvériser un liant sur un matériau en poudre à travers une buse, ce qui provoque la solidification du matériau en poudre et sa mise en forme.

Cette technologie offre des avantages tels qu'une utilisation optimale des matériaux, un faible coût et la possibilité d'imprimer des structures complexes de grande taille. Cependant, sa précision et sa vitesse d'impression peuvent être limitées par les propriétés du jet de liant et du matériau en poudre.

Avantages

1. Utilisation des matériaux : Un taux d'utilisation élevé des matériaux permet le tri et la réutilisation des matériaux excédentaires.
2. Efficacité de formage : L’efficacité de formage dépend du nombre de buses d’impression. Plus le nombre de buses est élevé, plus l’efficacité de formage est importante.
3. Aucun support requis : aucune conception de support spéciale n’est nécessaire. Les matériaux en poudre autoportants permettent le formage répété de plusieurs pièces.

Inconvénients

1. Choix des matériaux : Bien que théoriquement applicable à une large gamme de matériaux, le choix des matériaux métalliques disponibles est limité en pratique.
2. Procédé de déliantage et de frittage : Le procédé de déliantage et de frittage est un aspect clé du contrôle qualité, mais représente également un défi majeur.
3. Dimensions des pièces : La fabrication de pièces de taille moyenne et grande est impossible, et leurs dimensions sont limitées. 4. Performances après dégraissage : La densité du matériau après dégraissage est faible, ce qui entraîne de mauvaises performances, notamment une faible limite d’élasticité.