Types d'impression 3D

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, permet de créer des objets physiques en déposant des matériaux couche par couche sur la base d'un modèle numérique en 3D. Il existe un grand nombre de technologies et de matériaux d'impression 3D différents à choisir en fonction des exigences de l'application. Ce guide complet examine les technologies et matériaux d'impression 3D les plus courants. Impression 3D Les différents types d'impression 3D, leurs principales caractéristiques, les applications appropriées, ainsi que les avantages et les inconvénients, vous aideront à choisir la méthode d'impression 3D qui vous convient le mieux.

Aperçu des principales méthodes d'impression 3D

Voici une comparaison des technologies d'impression 3D les plus populaires et des matériaux disponibles :

Ce tableau résume les principales technologies d'impression 3D, les matériaux utilisés, leurs caractéristiques et les applications typiques. Poursuivez votre lecture pour un examen plus détaillé de chaque type d'impression 3D.

Modélisation par dépôt en fusion (FDM)

La modélisation par dépôt de matière fondue (FDM) est la technologie d'impression 3D la plus courante et la plus abordable, utilisée aussi bien par les amateurs que par les professionnels.

Comment fonctionne l'impression 3D FDM

L'impression FDM consiste à chauffer un filament thermoplastique à l'état semi-liquide et à le déposer couche par couche sur le lit d'impression. Au fur et à mesure que les couches sont déposées, elles fusionnent et se solidifient pour produire l'objet 3D final.

Composants clés d'une imprimante 3D FDM :

• Tête d'impression - extrude le plastique fondu
• Lit d'impression - fournit une base statique pour l'impression des objets.
• Filament - la matière première, fournie sous forme de bobine de fil plastique
• Système de contrôle - guide la tête d'impression pour déposer le plastique avec précision

Les matériaux de filament les plus couramment utilisés sont les suivants :

• PLA (acide polylactique) - Facile à imprimer, matériau le plus solide pour le FDM
• ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) - Plastique durable et légèrement flexible.
• PETG (Polyéthylène Téréphtalate Glycol) - Combine la résistance de l'ABS avec la clarté du PLA

Avantages de l'impression FDM

Faible coût : Les imprimantes et les matériaux sont très abordables par rapport aux autres technologies d'impression 3D. Les imprimantes pour amateurs commencent à quelques centaines de dollars.

Fonctionnement simple : Les imprimantes FDM sont faciles à installer et à utiliser. Aucun post-traitement complexe n'est nécessaire pour les impressions finies.

Choix des matériaux : Il existe de nombreux types de filaments - plastiques, composites, flexibles et même des supports dissolvables.

Limites de l'impression FDM

Résolution inférieure : La hauteur des couches est d'environ 0,1 à 0,3 mm, ce qui produit un effet de marche d'escalier sur les pentes et les courbes.

Faible liaison entre les couches : Les couches peuvent se délaminer sous l'effet d'une contrainte, car il n'y a pas de fusion chimique entre les couches.

Géométries limitées : Le procédé FDM ne permet pas de réaliser des vides ou des contre-dépouilles fermés, car un matériau de support est nécessaire.

Déformation : Les thermoplastiques tels que le PLA et l'ABS se rétractent en refroidissant, ce qui provoque des déformations dans les angles.

Fabricants d'imprimantes FDM

Parmi les principaux fabricants d'imprimantes 3D FDM, on peut citer

• MakerBot
• Ultimaker
• Recherche Prusa
• FlashForge
• Raise3D
• CraftBot

Il existe également de nombreux kits d'imprimantes 3D pour les amateurs, comme Creality et Artillery, qui offrent un excellent rapport qualité-prix.

Applications de l'impression FDM

Prototypage - Idéal pour l'itération rapide des prototypes de conception et la validation des concepts.

L'éducation - Les imprimantes 3D FDM sont populaires dans les écoles et les collèges pour l'éducation.

Outillage - Peut être utilisé pour imprimer des gabarits, des montages, des guides et d'autres outils de fabrication.

Impression amateur - Les passionnés utilisent le FDM pour créer des modèles, des accessoires de cosplay, des miniatures, des gadgets et bien d'autres choses encore.

Pièces à usage final - Peut être utilisé pour la production de pièces finales, mieux adapté pour les composants qui ne nécessitent pas une grande précision ou une finition de surface.

Impression par stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) est une forme d'impression 3D qui utilise des photopolymères qui se solidifient lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette. La SLA permet de créer des pièces très précises et lisses, ce qui la rend idéale pour les modèles détaillés, les bijoux, les aligneurs dentaires et les appareils médicaux.

Comment fonctionne l'impression SLA

L'impression SLA commence par une cuve de résine photopolymère liquide. Un faisceau laser trace le motif de chaque couche sur la surface de la résine, ce qui solidifie les zones exposées. La plate-forme de construction se soulève pour séparer la couche imprimée de la cuve et permettre à la résine fraîche de couler sous la couche suivante.

Composants clés d'une imprimante SLA :

• Laser UV - durcissement sélectif de la résine couche par couche
• Cuve de résine - contient la résine polymère liquide
• Plate-forme de construction - s'élève après l'impression de chaque couche
• Réservoir de résine - stocke et fournit la résine

Les résines SLA couramment utilisées sont les suivantes

• Photopolymères standard - Pièces précises et moyennement résistantes
• Résines durables et flexibles - Pour des pièces plus robustes
• Résines coulables - Brûlent proprement pour la coulée des métaux

Avantages de l'impression 3D SLA

Excellente précision - Peut produire des pièces très détaillées avec des surfaces lisses jusqu'à une résolution de couche de ~0,025 mm.

Excellentes propriétés mécaniques - Les objets imprimés sont isotropes et leur résistance est comparable à celle des pièces moulées par injection.

Variété de résines - Il est possible de choisir les propriétés de la résine, de rigide à flexible et même biocompatible.

Aucun support n'est nécessaire - La cuve de résine offre un support constant pendant l'impression, ce qui permet de réaliser des géométries complexes.

Limites de l'impression SLA

Volumes de construction plus faibles - Les imprimantes SLA ont généralement des tailles d'impression maximales plus petites (< 1 pied cube).

Post-traitement nécessaire - Les pièces imprimées doivent être nettoyées et durcies sous lumière UV.

Toxicité de la résine - Certains photopolymères contiennent des ingrédients dangereux et des irritants.

Coût de la résine - Les matériaux sont considérablement plus chers que le filament FDM.

Marques d'imprimantes SLA populaires

Les principaux fabricants d'imprimantes 3D SLA sont les suivants

• Formlabs
• Peopoly
• Anycubique
• Phrozen
• Créalité
• Elegoo

Nombre d'entre eux proposent des imprimantes 3D SLA pour les amateurs et les professionnels.

Applications de l'impression SLA

Bijoux - Excellent pour la fabrication de bijoux très détaillés et de patrons de maître.

Soins dentaires - Utilisé pour la fabrication de guides chirurgicaux, de modèles orthodontiques et de gouttières.

Modélisation - Modèles architecturaux, miniatures et figurines d'une grande précision.

Dispositifs médicaux - Convient pour les prothèses personnalisées, les implants et les modèles anatomiques proches de la réalité pour les chirurgiens.

Modèles de coulée - Le moulage à la cire perdue permet de produire des pièces métalliques à partir de modèles en résine SLA.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Le frittage sélectif par laser (SLS) utilise un laser pour fusionner des matériaux en poudre et produire des objets en 3D. Un large choix de poudres plastiques, métalliques, céramiques et composites peut être utilisé dans les imprimantes SLS pour créer des prototypes fonctionnels et des pièces d'utilisation finale.

Comment fonctionne l'impression 3D SLS

L'impression SLS a lieu dans une chambre remplie de poudre. Un laser fait fondre et fusionne sélectivement les grains de poudre à l'endroit voulu sur la base du modèle 3D. La plate-forme d'impression s'abaisse ensuite, permettant à une nouvelle couche de poudre d'être déposée sur le dessus. Ce cycle se répète jusqu'à ce que l'objet complet soit construit dans le lit de poudre.

Composants clés des imprimantes SLS :

• Laser CO2 - fusionne sélectivement les poudres
• Lit de poudre - stocke et fournit la matière première sous forme de poudre
• Rouleau - répand de la poudre fraîche pour chaque couche
• Lampe chauffante - préchauffe la poudre juste en dessous du point de fusion

Les matériaux SLS les plus courants sont les suivants

• Nylon (PA 12) - Plastique le plus utilisé pour les pièces solides et durables.
• Alumide - Filament composite nylon-aluminium, imite le métal
• TPU, PEBA - Matériaux flexibles pour composants en caoutchouc
• PEEK, PEKK - Thermoplastiques à haute performance, résistants à la chaleur et aux produits chimiques
• Acier inoxydable - Pour les pièces métalliques à usage final très résistantes

Avantages de l'impression SLS

Parties de la force fonctionnelle - Les propriétés quasi isotropes permettent de réaliser des prototypes fonctionnels et des pièces d'utilisation finale.

Géométries complexes - L'impression sur lit de poudre permet d'obtenir des formes autoportantes et des structures en treillis.

Choix des matériaux - La technique SLS permet de traiter divers métaux, plastiques, polymères, composites et céramiques.

Aucun support n'est nécessaire - La poudre qui l'entoure sert elle-même de support pendant l'impression.

Inconvénients de l'impression SLS

Surfaces rugueuses - L'impression à base de poudre donne une surface granuleuse qui nécessite une finition secondaire.

Grand équipement - Les imprimantes SLS sont considérablement plus volumineuses et plus lourdes que les autres technologies.

Coûts des matériaux - Les poudres sont plus chères que les filaments.

Post-traitement - La poudre non fusionnée doit être nettoyée des pièces imprimées avant utilisation.

Fabricants d'imprimantes SLS

Les principaux fabricants d'imprimantes 3D SLS sont les suivants :

• Systèmes 3D
• EOS
• Farsoon
• Prodways
• Ricoh
• Sharebot
• Sintratec

Des imprimantes SLS industrielles et de bureau sont désormais disponibles.

Applications de l'impression SLS

Prototypage fonctionnel - Utilisé pour créer des modèles de travail pour l'ajustement, l'assemblage et les tests de performance.

Outils de fabrication - Imprimer les gabarits de la ligne de production, les montages, les jauges d'inspection, etc.

Pièces à usage final - Les industries aérospatiale et automobile utilisent la technologie SLS pour fabriquer des composants finis.

Biomédical - La SLS permet de fabriquer des implants, des échafaudages et des outils médicaux sur mesure.

Architecture - Modèles réduits détaillés de bâtiments, de topographie et de terrain réalisés par impression SLS.

Technologie de fusion à jets multiples (MJF)

La fusion multijet (FMJ) est un procédé d'impression 3D sur lit de poudre mis au point par HP. Il utilise une série de têtes d'impression à jet d'encre pour déposer sélectivement des agents de fusion et de détail sur les couches de poudre. La fusion multijet permet des applications de fabrication productives et évolutives avec une excellente qualité des pièces.

Comment fonctionne l'impression 3D du CMJ

Le processus d'impression CMJ se déroule dans une chambre à lit de poudre très similaire à la SLS. Les têtes d'impression à jet d'encre déposent sélectivement un agent de fusion à l'endroit où la pièce doit se solidifier. Ce dépôt est immédiatement suivi d'un agent de finition qui améliore la définition des bords et le lissage de la surface. La poudre est ensuite recouverte et le cycle se répète jusqu'à ce que l'objet complet soit imprimé.

Composants clés des imprimantes MJF :

• Jeu de têtes d'impression à jet d'encre thermique HP
• Lit de poudre pour contenir la poudre de plastique de nylon
• Lampes IR pour préchauffer le lit de poudre
• Rouleau pour étaler les couches de poudre fraîche

Les imprimantes MJF utilisent exclusivement de la poudre de nylon PA12 disponible en différentes qualités avec des propriétés telles qu'une élasticité accrue, un rapport résistance/poids, etc.

Avantages de l'impression 3D par CMJ

Productivité élevée - Des vitesses d'impression très rapides permettent la production en masse de pièces d'utilisation finale.

Excellentes propriétés mécaniques - Les pièces égalent ou dépassent le nylon moulé par injection avec des propriétés isotropes.

Haut niveau de détail - Les tirages présentent une bonne définition des caractéristiques et un bon état de surface dès la sortie de l'imprimante.

Economies d'échelle - Les coûts de production du CMJ diminuent considérablement avec l'augmentation des volumes.

Limites de la technologie du CMJ

Matériau unique - Actuellement limité au plastique de nylon, mais des composites sont en cours de développement.

Grand équipement - Les imprimantes MJF ont un encombrement important et sont lourdes.

Post-traitement - La poudre non fusionnée doit être nettoyée des pièces imprimées avant utilisation.

Coût initial élevé - Les imprimantes 3D de type MJF de qualité industrielle ont un coût considérable.

Modèles d'imprimantes MJF

HP propose actuellement trois modèles d'imprimantes MJF :

• HP Jet Fusion 3200/4200 - Pour le prototypage et la fabrication en petite série
• HP Jet Fusion série 5200 - Optimisé pour la fabrication à grande échelle
• HP Metal Jet S100 - Pour la production en volume de pièces métalliques

Applications de l'impression 3D par CMJ

Personnalisation de masse - Idéal pour les lots de 10 à 1000 pièces identiques.

Automobile - Utilisé pour fabriquer des gabarits, des fixations, des composants de systèmes de fluides, des phares et plus encore.

Biens de consommation - Production en série de pièces à usage final pour l'électronique, la chaussure, les articles ménagers, les articles de sport, etc.

Fabrication industrielle - Imprimer l'outillage de la chaîne de production, comme les protections de convoyeurs, les dispositifs d'assemblage, les gabarits et l'équipement du sol de l'usine.

Technologie de projection de liant

L'impression 3D par jet de liant utilise un agent de liaison liquide déposé de manière sélective pour assembler des particules de poudre. Elle permet l'impression rapide et abordable de grands composants métalliques ou de moules en sable à usage industriel.

Comment fonctionne l'impression à jet d'encre

Le processus de projection de liant étale une fine couche de poudre sur la plate-forme de construction. Une tête d'impression à jet d'encre distribue des gouttelettes de liquide liant dans les zones qui doivent se solidifier. Le liant lie les grains de poudre entre eux et forme l'objet solide couche par couche.

Principaux composants d'une imprimante à jet d'encre :

• Tête d'impression - dépôt de liquide de liaison
• Lit de poudre - contient la poudre de la matière première
• Rouleau - répand de la poudre fraîche pour chaque couche
• Four de polymérisation - polymérise les pièces vertes après l'impression

Le jet de liant peut utiliser n'importe quel matériau en poudre, y compris :

• Poudre d'acier inoxydable - le plus souvent pour les pièces métalliques finales
• Sable - Pour l'impression des moules et des noyaux
• Céramique - Produire des sculptures d'art et des articles de décoration
• Gypse - Pour l'ornementation architecturale

Avantages de l'impression à jet d'encre

Vitesse élevée - Temps d'impression très rapides, indépendamment de la complexité ou de la quantité des pièces.

Peu de déchets - La poudre non liée peut être réutilisée, ce qui permet d'économiser des matériaux.

Grandes pièces - Des volumes d'impression massifs sont possibles, jusqu'à 1 mètre cube.

Flexibilité des matériaux - Une large gamme de métaux, de sable, de céramiques et de composites peut être imprimée.

Limites de la projection de liant

Résolution inférieure - Les tirages ont une surface granuleuse en raison des limites de saturation des liquides.

Post-traitement - Le frittage est nécessaire pour obtenir une densité et des propriétés optimales pour les pièces métalliques.

Anisotrope - Les propriétés mécaniques varient en fonction de l'orientation de l'assemblage.

Précision dimensionnelle - Le rétrécissement des pièces imprimées pendant le frittage peut affecter la précision.

Principaux fabricants d'imprimantes à jet de liant

Les entreprises qui fabriquent des systèmes d'impression 3D à jet de liant sont les suivantes :

• ExOne
• Métal numérique
• DESCAM
• Voxeljet
• Bureau en métal
• GE Additive

Il existe des imprimantes à jet de reliure industrielles et des imprimantes à jet de reliure de bureau.

Utilisations de l'impression 3D à jet de liant

Fonte des métaux - Moules en sable et noyaux imprimés pour le moulage à la cire perdue d'objets métalliques complexes.

Outillage - Outillage à jet de liant léger et peu coûteux pour le moulage par injection de plastique.

Production en série - Jet de liant en acier inoxydable pour la fabrication de petits lots.

Architecture - Les artistes l'utilisent pour créer des pierres décoratives complexes, des ornements et des statues.

L'éducation - Un moyen abordable pour les écoles d'introduire l'impression 3D de métaux.

Technologie de projection de matériaux

La projection de matériau est une méthode d'impression 3D qui dépose de minuscules gouttelettes de matériau photopolymère pour construire l'objet couche par couche. Elle facilite l'impression de matériaux multiples et de géométries complexes, sans commune mesure avec les autres technologies.

Comment fonctionne la projection de matériaux

Les têtes d'impression à jet de matière déposent sélectivement le matériau photopolymère en gouttelettes d'un volume pouvant atteindre un picolitre. Les lampes UV durcissent instantanément chaque couche au fur et à mesure qu'elle est imprimée. La plate-forme de construction s'abaisse, ce qui permet d'imprimer la couche suivante. Les structures de support sont également imprimées à l'aide d'un gel amovible.

Composants clés d'une imprimante à jet de matière :

• Têtes d'impression - injecteurs piézoélectriques qui projettent des gouttelettes de matériau
• Lampes UV - durcissement instantané du matériau déposé
• Bacs à matériaux - contiennent les photopolymères liquides
• Logiciel - contrôle le mélange des matériaux

Parmi les matériaux les plus courants, on peut citer

• Résines plastiques rigides - Pour des modèles durables et détaillés
• Résines de type caoutchouc - Pièces flexibles aux propriétés élastiques
• Matériau transparent - Modèles et composants optiques clairs
• Supports en cire ou en gel - Se dissolvent après l'impression

Avantages de la projection de matériaux

Multi-matériaux - Possibilité d'imprimer différentes résines et différents dégradés sur une même pièce.

Haut niveau de détail - Finition de surface extrêmement lisse avec des couches minces de 16 à 30 microns.

Diverses propriétés des matériaux - Du plastique rigide au polypropylène simulé.

Formes complexes - Permet de réaliser des vides et des contre-dépouilles fermés en imprimant un gel de soutien.

Inconvénients de la projection de matériaux

Petite taille de construction - Limité aux modèles et pièces de petite taille, généralement inférieurs à 1 pied.

Coûts des matériaux - Les matériaux d'impression sont très coûteux par rapport aux autres procédés d'impression 3D.

Sensibilité à l'humidité - Les pièces imprimées peuvent se dégrader ou se déformer lorsqu'elles sont exposées à l'humidité.

Post-traitement - Les gels de support doivent être enlevés et les pièces doivent être durcies aux UV.

Principaux fabricants de systèmes de projection de matériaux

Les principales entreprises qui développent des imprimantes 3D à jet de matière sont les suivantes :

• Stratasys
• Systèmes 3D
• Xaar
• voxeljet
• EnvisionTEC
• DowDupont

Les imprimantes sont conçues pour une utilisation commerciale et industrielle.

Applications de la projection de matériaux

Prototypage - Excellent pour les modèles conceptuels nécessitant des propriétés multi-matériaux et des détails fins.

Fabrication - Utilisé pour produire de petites séries de pièces d'utilisation finale, convient aux géométries complexes de faible volume.

Médical - Des guides chirurgicaux, des modèles anatomiques avec des textures réalistes sont imprimés.

Soins dentaires - La projection de matériaux multiples permet de créer des prothèses et des gouttières orthodontiques réalistes.

Consommateur - Des accessoires de mode personnalisés, des étuis de téléphone, des chaussures sont imprimés en 3D.

Automobile - Fabrication de petits composants en plastique et en caoutchouc détaillés, tels que des joints.

Aérospatiale - Impression de pièces légères non structurelles aux géométries complexes.

Comment choisir la bonne technologie d'impression 3D

Avec le grand nombre de types d'impression 3D disponibles, il peut être difficile de déterminer la meilleure méthode pour une application donnée. Voici quelques critères clés pour guider le processus de sélection :

Objectif d'impression - Prototype, modèle de concept visuel, pièce d'essai fonctionnelle, production d'un produit fini ? Différentes technologies conviennent à différents objectifs.

Taille de la pièce - Les imprimantes de bureau ont de petits volumes de fabrication. Envisagez des systèmes industriels pour les composants de plus grande taille.

Géométrie des pièces - Évaluer les exigences relatives aux vides fermés, aux contre-dépouilles, à l'état de surface et à la précision dimensionnelle.

Besoins matériels - Adapter les propriétés des matériaux, telles que la solidité, la résistance à la chaleur et la flexibilité, à l'application.

Budget - Les imprimantes 3D industrielles ont des coûts d'équipement plus élevés. Il faut également tenir compte des coûts d'exploitation, comme les dépenses en matériaux.

Vitesse et débit - Certaines technologies, comme le CMJ et la projection de liant, sont beaucoup plus rapides que d'autres.

Post-traitement - Comparez la main-d'œuvre et les coûts secondaires tels que l'enlèvement des supports, la finition de la surface, la récupération des poudres.

Expertise technique - Les méthodes plus simples comme la FDM nécessitent moins de formation que la SLS ou la projection de matériaux.

En évaluant les critères ci-dessus pour une application particulière, la liste des technologies d'impression 3D appropriées peut être considérablement réduite pour choisir la méthode optimale. Le prototypage et la production de masse nécessitent des imprimantes très différentes. Demander l'avis d'un expert peut aider à faire le bon choix de technologie d'impression 3D.

Comparaison des méthodes d'impression 3D

Voici un résumé des principales différences entre les technologies d'impression 3D les plus répandues :

Ce tableau comparatif résume les caractéristiques, les capacités et les coûts associés aux technologies d'impression 3D les plus courantes. Il fournit un guide rapide des compromis entre les différentes méthodes afin d'éclairer le processus de sélection pour une application particulière.

Avantages et inconvénients des principales méthodes d'impression 3D

La compréhension des avantages et des limites inhérents à chaque procédé d'impression 3D permet de sélectionner la technologie optimale en fonction des exigences de l'application. Les avantages et les inconvénients doivent être soigneusement pesés en fonction de critères clés tels que les propriétés des pièces, la précision, le coût et la vitesse.

Options de matériaux d'impression 3D

Les imprimantes 3D utilisent toute une gamme de matériaux, des plastiques aux métaux en passant par les photopolymères personnalisés. Voici quelques-uns des matériaux les plus couramment utilisés dans les différents processus d'impression 3D :

Plastiques

• ABS - Solide, durable, légèrement flexible
• PLA - Polymère bio-dérivé résistant, à faible déformation
• Nylon - Excellente résistance, polyvalence, coût
• PETG - transparent, peu odorant, plus facile à imprimer que l'ABS
• TPU - Filament flexible pour les pièces en caoutchouc

Photopolymères

• Résines standard - Précision et bonnes propriétés mécaniques
• Résines coulables - Brûlent proprement pour la coulée des métaux
• Résines durables - Résistance aux températures élevées, robustesse
• Résine dentaire SG - Matériau biocompatible de classe 1
• Résine flexible - Propriétés élastiques similaires à celles du polypropylène

Métaux

• Acier inoxydable - Poudre métallique la plus courante pour les applications à haute résistance
• Aluminium - Des pièces légères mais solides
• Titane - Biocompatible et très résistant à la corrosion
• Alliage de nickel - Dureté et résistance à la chaleur pour l'outillage
• Métaux précieux - Argent, or, adaptés à la bijouterie

Céramique

• Alumine - Dureté élevée, résistance à la chaleur et à la corrosion
• Zircone - Très haute résistance et ténacité à la rupture
• Hydroxyapatite - Biocéramique utilisée pour les implants osseux
• Porcelaine - Pour les sculptures hautement artistiques et les objets décoratifs

Composites

• Fibre de carbone - Renforcée avec du carbone pour une très grande résistance
• Lueur dans l'obscurité - PLA avec additifs phosphorescents
• Bois et métal - Matériaux hybrides comme le bronze, le cuivre, etc.
• Magnétique - Filament infusé de poudre de fer pour les composants magnétiques

Grâce aux différents matériaux disponibles pour les différentes technologies d'impression 3D, les options peuvent être adaptées précisément aux exigences mécaniques, thermiques, électriques et esthétiques d'une application.

Finitions de surface pour l'impression 3D

L'état de surface, la texture et la précision d'une pièce imprimée en 3D dépendent de plusieurs facteurs :

• Processus d'impression 3D - FDM, SLA, SLS etc. ont des résolutions variables
• Hauteur des couches - Les couches les plus fines permettent d'obtenir une surface plus lisse.
• Orientation - Les pièces peuvent être imprimées verticalement ou en diagonale.
• Angles de trame - L'alternance de l'orientation de la trame entre les couches permet de réduire l'enchevêtrement visible.
• Post-traitement - Des méthodes telles que le ponçage, le meulage, le revêtement améliorent la finition.

Voici une comparaison des états de surface obtenus avec différentes technologies d'impression 3D :

Les surfaces les plus lisses peuvent être obtenues par SLA et par jet de matière. L'impression FDM nécessite d'optimiser la hauteur des couches, les angles de trame et la finition pour améliorer la qualité de la surface.

Lignes directrices pour la conception de l'impression 3D

Tenez compte de ces principes de conception lorsque vous modélisez des pièces pour l'impression 3D :

• Optimiser l'épaisseur de la paroi à 1,2-2 mm pour une résistance adéquate
• Inclure des filets et des arrondis pour réduire les concentrations de contraintes
• Concevoir des ajustements rapides, des charnières vivantes et des composants flexibles avec des dégagements optimaux
• Réduire autant que possible les surplombs nécessitant du matériel de soutien
• Orienter la pièce de manière optimale sur la plate-forme de construction pour réduire les supports
• Prévoir un espace libre dans les assemblages en mouvement pour les étapes de post-traitement
• Tolérances de conception en fonction des capacités de l'imprimante et du matériau
• Veiller à ce que les espaces vides fermés soient dotés de trous d'évacuation pour l'élimination des poudres dans certains processus.
• Tenir compte des changements de propriétés dus à l'orientation des couches et à la direction de la construction

Le respect des principes DfAM (Design for Additive Manufacturing) permet de créer des modèles imprimables en 3D adaptés aux capacités de la technologie et des matériaux sélectionnés.

Fournisseurs de matériel d'impression 3D

Il existe un grand nombre de vendeurs fournissant du matériel d'impression 3D professionnel :

Imprimantes 3D de bureau

• MakerBot, Ultimaker, Prusa Research, FlashForge, LulzBot, Formlabs

Imprimantes plastiques industrielles

• Stratasys, 3D Systems, EOS, EnvisionTEC, Carbon

Imprimantes 3D métal

• EOS, Renishaw, Desktop Metal, Markforged, Xact Metal

Systèmes de production en volume

• HP, Carbon, Desktop Metal, Bound Metal

Imprimantes spécialisées

• Organovo (bio-impression), Nanoscribe (micro-échelle), wholmen (grande échelle)

Kits d'impression

• Créalité, Artillerie, Tronxy, Anycubic

Services d'impression

• Materialise, Sculpteo, Protolabs, Shapeways

Lors de la recherche d'une imprimante 3D appropriée, il convient de tenir compte de la technologie de l'imprimante, du volume de construction, des matériaux, de la précision, des capacités logicielles, de la réputation du fabricant, des plans de service et des coûts d'exploitation.

Considérations sur les coûts de l'impression 3D

Les coûts de démarrage de l'impression 3D dépendent de nombreux facteurs :

Coût de l'imprimante

• Les machines FDM de bureau commencent à moins de $300
• Les imprimantes industrielles professionnelles vont de $5.000 à plus de $1.000.000

Matériaux

• 1 kg de filament PLA : $20-50
• 1 litre de résine pour SLA : $50-200
• Poudres métalliques : $100-500 par kg

Logiciel

• Outils de modélisation 3D gratuits tels que Tinkercad ou Fusion360
• Coûts des logiciels de CAO sous licence $1000 - $7000

Équipement de post-traitement

• Consommables pour imprimantes (filament, résine, buses)
• Outils de finition pour le lissage, la peinture, le revêtement
• Fours de frittage industriels pour poudres métalliques

Expertise technique

• Formation des opérateurs et courbe d'apprentissage
• Soutien professionnel en matière d'ingénierie

Tenir compte des coûts initiaux de l'équipement et des dépenses d'exploitation courantes lors de l'adoption de l'impression 3D pour les applications de production. Tirez parti des bureaux de services d'impression 3D pour éviter les dépenses d'investissement.

Choisir un bureau de services d'impression 3D

Voici quelques conseils pour choisir un prestataire de services d'impression 3D :

• Examiner la gamme des technologies d'impression prises en charge pour répondre aux besoins des applications
• Recherchez l'expertise en matière de matériaux en rapport avec vos projets
• Évaluer les capacités de construction et l'évolutivité de la production
• Évaluer les compétences de la main-d'œuvre et le soutien technique offert
• Tenir compte de la vitesse, des délais de livraison et de la localisation
• Examiner les certifications de qualité et les échantillons de pièces pour vérifier l'état de surface.
• Comparer les modèles de tarification : par pièce, remises sur volume, abonnement
• Vérifier les avis et les témoignages des clients en ligne
• Évaluer les capacités de post-traitement, de finition et de revêtement
• Discuter de la propriété, de la protection des données et de la confidentialité
• Comprendre le processus de commande, les options de téléchargement et les délais de livraison
• Envisager des services à forte valeur ajoutée tels que la conception pour l'AM, l'expertise en ingénierie, etc.

Un partenariat avec le bon bureau de services permet d'accéder à une variété de capacités d'impression 3D sans investissement majeur.

Perspectives d'avenir pour l'impression 3D

La technologie de l'impression 3D devrait continuer à progresser rapidement :

• Baisse des coûts et accessibilité des imprimantes 3D industrielles
• Développement de nouveaux matériaux élargissant les applications - composites, biomatériaux
• Finitions de surface améliorées rivalisant avec la fabrication traditionnelle
• Fabrication hybride combinant l'impression 3D avec l'usinage et d'autres processus
• Solutions automatisées de post-traitement et de finition
• Amélioration des logiciels pour la conception, la simulation et l'optimisation des processus
• Tirer parti de la projection de liants métalliques et du procédé PBF multi-laser pour la production de masse
• Amélioration de la qualité, de la précision et de la répétabilité des pièces pour la fabrication de produits finis
• Flux de travail rationalisés et inventaire numérique pour la production de pièces à la demande
• Croissance des applications spécialisées à haute valeur ajoutée dans les domaines de la médecine, de l'aérospatiale et de la défense

Ces innovations permettront d'étendre les capacités d'impression 3D au-delà du prototypage rapide et de passer à la fabrication numérique dans tous les secteurs industriels.

Conclusion

L'impression 3D est devenue une technologie de rupture dont les applications vont du prototypage à la production. Il est essentiel de comprendre les principes de fonctionnement, les capacités, les cas d'utilisation et les aspects économiques des différents processus d'impression 3D pour les adopter efficacement. Grâce aux différentes technologies et options de matériaux désormais disponibles et à la baisse des coûts, l'utilisation de l'impression 3D va s'accélérer dans diverses industries au cours de la prochaine décennie. Les entreprises doivent évaluer activement comment l'impression 3D peut améliorer leurs cycles de développement de produits, leurs chaînes d'approvisionnement et leurs opérations de fabrication pour rester compétitives. Grâce aux progrès réalisés en matière de vitesse, de précision, de répétabilité et de propriétés des pièces, l'impression 3D promet d'être un élément stratégique du futur paysage de la fabrication numérique.

en savoir plus sur les procédés d'impression 3D