L’utilité des imprimantes 3D ne cesse de se développer, étendant leur application à l’aéronautique, la médecine, la construction ou encore l’alimentation. Comprendre comment fonctionne une imprimante 3D requiert d’aborder les différentes méthodes, matériaux utilisés et les applications auxquelles elles correspondent.
Les différents procédés d’impression 3D
Plusieurs procédés ont été inventés pour répondre aux besoins diversifiés de l’impression 3D. Certains sont basés sur la fusion ou l’agglutination de matériaux en poudre tandis que d’autres reposent sur la solidification sélective de résines liquides.
Filament : FDM (Fused Deposition Modeling) et FFF (Fused Filament Fabrication)
Le procédé le plus répandu est celui de la technologie FDM ou FFF, qui utilise un filament plastique déroulé depuis une bobine. Le filament est d’abord fondu par une buse chauffée puis déposé couche par couche afin de créer l’objet désiré. Il existe plusieurs types de filaments tels que le PLA, l’ABS et le PETG pour convenir à différentes applications et propriétés.
Poudre polymère : SLS (Selective Laser Sintering)
Le procédé SLS utilise des lasers à haute énergie pour fusionner les particules de poudre polymère ou métallique sélectivement afin de créer un objet. Ce procédé permet de réaliser des pièces complexes avec des structures internes, tels que des engrenages, et n’a pas besoin de supports externes durant l’impression.
Résine : SLA (StereoLithography Apparatus) et DLP (Digital Light Processing)
Les procédés SLA et DLP sont basés sur le principe de solidification de résines liquides photopolymères sous l’action d’une source lumineuse. Le procédé SLA utilise une plateforme qui se déplace verticalement dans une cuve remplie de résine alors qu’un laser traîne la surface pour solidifier chaque couche successivement. La technologie DLP est similaire, mais fait appel à un projecteur UV pour exposer toute la couche d’un coup plutôt qu’un laser.
Le processus d’impression en 3D
Avant de commencer l’impression proprement dite, il faut passer par plusieurs étapes préalables :
Modélisation 3D
L’objet à imprimer doit être modélisé en trois dimensions à l’aide de logiciels spécialisés tels que Blender, AutoCAD ou Fusion 360. Cette modélisation donne naissance à un fichier informatique généralement au format STL, OBJ ou 3MF.
Fatelage (slicing)
Le fichier 3D est importé dans un logiciel de fatelage qui découpe l’objet en fines couches horizontales. Cette étape est nécessaire car l’imprimante 3D travaille en ajoutant les couches successives de matière pour construire l’objet. Le logiciel produit un fichier G-code adapté à la technologie d’impression choisie et aux paramètres de l’imprimante.
L’impression proprement dite
Au cours de cette phase, la machine met en œuvre le procédé particulier lié à la technologie d’impression utilisée et ajoute progressivement des couches de matière pour créer l’objet souhaité.
Les paramètres d’impression
De nombreux réglages peuvent être ajustés en fonction des caractéristiques souhaitées pour la pièce imprimée et du type de matériau utilisé :
- la température de la buse ou du plateau chauffant pour l’impression FDM,
- la vitesse et précision d’impression selon le niveau de détail souhaité,
- la hauteur des couches qui va influer sur la durée et la qualité de l’impression,
- ajustements spécifiques à certains matériaux, tels que les résines photosensibles,
Pour optimiser la qualité de la pièce imprimée, il est recommandable de procéder à quelques tests au préalables et ainsi de pouvoir affiner les réglages en conséquence.
Post-traitement
Après l’impression, le support externe doit parfois être enlevé si la pièce nécessitait une structure de soutien pendant le processus d’impression. Dans certains cas, les objets imprimés requièrent une finition supplémentaire telle que le ponçage ou un traitement de surface tel que la peinture.
Les applications et matériaux de l’impression 3D
L’utilisation de l’impression 3D s’étend dans divers domaines grâce à la grande variété de matériaux qui peuvent être employés :
Plastiques
Les plastiques sont les matériaux les plus couramment utilisés en raison de leur faible coût et facilité d’utilisation. Les filaments PLA et ABS offrent des propriétés différentes (biodégradable, résistant aux chocs) qui permettent d’adapter l’objet imprimé au besoin.
Métaux
Le procédé SLS autorise également l’impression en 3D de métaux comme le titane, l’acier inoxydable et l’aluminium qui ont une large plage d’applications dans l’industrie, l’aérospatiale et la médecine pour n’en citer que quelques-unes.
Céramiques et composites
Certaines imprimantes 3D peuvent travailler avec des céramiques ou des composites incluant des fibres de carbone afin d’améliorer les qualités mécaniques et esthétiques des pièces produites.
Biomatériaux et alimentaires
Des recherches sont actuellement menées sur l’utilisation de bio-matériaux tels que le collagène et les cellules souches pour la création de tissus organiques, ainsi que sur des matériaux alimentaires comestibles comme le chocolat ou la pectine.
En somme, l’impression 3D est une technologie en pleine expansion au potentiel illimité. Ainsi, comprendre comment fonctionne une imprimante 3D, maîtriser les différents procédés et les matériaux qui y sont liés contribue à étendre ses usages dans des domaines toujours plus variés et innovants.
