Imprimante 3D

L'impression en trois dimensions (3D) est une technique de production visant à ajouter de la matière, contrairement à la plupart des techniques plus traditionnelles qui en enlèvent.

Malgré la pleine expansion du marché de l'impression 3D datant de seulement quelques années, elle existe pourtant depuis 1983 créé par l'américain Charles Hull.

Son arrivée sur le marché publique ainsi que dans l'industrie nous amènent à nous demander si cette technique moderne est meilleure que les techniques d'usinage traditionnelles utilisées actuellement.

Pour y répondre, nous verrons tout d'abord son principe, puis sa capacité à concurrencer les techniques actuelles. Enfin, nous déterminerons ses domaines d'applications, ainsi que les limites qu'elle peut rencontrer. Nous nous intéresseront donc plus particulièrement aux machines destinées à l'industrie qu'à celles pour particuliers.

I. Qu'est ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D (ou fabrication additive) est une technique de production qui s'oppose à la plupart des techniques conventionnelles car elle ajoute de la matière, au lieu d'en enlever. Ainsi, la conception d'un objet par fabrication additive se décompose en deux parties seulement : la conception sur ordinateur, puis l'impression.

1) La conception sur logiciel

Tout objet fabriqué par une imprimante tridimensionnelle a au préalable été créé l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), qui permet de créer plus ou moins simplement l'objet en 3 dimensions. Les logiciels de CAO les plus connus sont Solidworks, Blender, Catia et AutoCAD.

Il existe aussi la technique de l’acquisition 3D qui permet, à l’aide d’un scanner tridimensionnel, d’analyser des objets et de recueillir des informations sur leurs formes, voir leurs couleurs et leurs textures, afin de créer une copie sur un logiciel de création 3D et de pouvoir le reproduire.

Toutes ces données numériques peuvent exister sous de nombreux formats, dont le plus répandu actuellement est le .stl.

Suite à l’arrivée des imprimantes 3D s’est développé un commerce de fichier, prêts à être imprimés et qui sont vendus, donnés ou échangés sur de nombreux sites internet.

2) L'impression

Il existe plusieurs techniques d’impression 3D, chacune présentant des avantages et des inconvénients.

La principale technique et la plus utilisée, notamment par les particuliers, est l’impression par dépôt de matière fondue (FDM : Fused Deposition Modeling). L’imprimante, équipée d’une tête d’extrusion pouvant se déplacer sur les 3 axes x, y et z, dépose un fil de matière fondue (le plus souvent du plastique) sur une plate-forme qui descend progressivement à chaque nouvelle couche. Une seconde tête d’extrusion sert à créer un support afin d’augmenter les possibilités de formes.

Cette technologie est compatible avec beaucoup de plastiques, et cela permet un large choix en terme de couleurs. En adaptant l’imprimante et plus particulièrement en changeant la tête d’extrusion, d’autres matériaux s’offrent à l’utilisateur, tels certains métaux, de la céramique, des préparations à base de filaments de bois ou de pierre ou même des matières alimentaires.

Malgré son léger manque de précision pour la plupart des machines d’entrée de gamme, cette technologie présente en général un bon rapport qualité prix, et cela en fait une excellente alternative pour l’impression en petites séries. Des professionnels peuvent ainsi valider l'aspect fonctionnel comme l'aspect mécanique d'un élément avant de le produire en grandes séries. Elle est aussi très appréciée par les particuliers, car c'est la technique la plus simple et la moins coûteuse.

Le Frittage Sélectif par Laser (FSL) est une seconde technique d’impression, très différente et beaucoup moins adaptée aux particuliers, de part son prix et sa complexité.

L’impression se fait aussi couche par couche, mais à partir du matériau en poudre. Deux bacs sont disposés, le premier rempli de poudre le second servant de support. La poudre, transportée d’un contenant à l’autre à l’aide d’un bras regarnisseur et de pistons, est fusionnée puis consolidée dans le second bac grâce à la chaleur de l'interaction d'un Laser CO2 avec la matière. Ce Laser est émis à travers des lentilles et se réfléchit sur un miroir mobile, permettant le mouvement du laser.

Cette technologie rend possible la création d’objets à partir d’une grande gamme de métaux et de polymères et du fait de l’absence de réels supports, oppose très peu de contraintes de formes. De plus, les objets provenant de cette technologies présentent des résistances mécaniques et chimiques élevées et un haut niveau de précision est atteint. Cependant la finition des objets se révèle être moyenne, inférieure à celles de la plupart des autres techniques de fabrication additive.

Une troisième technique d’impression tridimensionnelle est aussi beaucoup utilisée, en particulier parce que c’est une des plus anciennes et des plus abouties : la Stéréolithographie, dont la forme la plus répandue est la Photopolymérisation. Cette technologie ressemble au FSL, de part l’utilisation de matériaux sous forme de poudres (ou de liquide dans certains cas). En effet, une cuve est remplie de photopolymères (matières dont les molécules se transforment sous l’effet de la lumière) et un rayon ultraviolet travaille le modèle de la même façon que le laser du FSL. Cette technologie offre une précision supérieure à toutes les autres actuellement, mais les matériaux sont limités. Un autre désavantage est le besoin d'un support, ce qui diminue les possibilités de formes. En effet la stéréolithographie est apparue en 1984 et commercialisé en 1986 à très petite échelle, inventé par Charles Hull, le vice-président de 3D Systems.

Il existe d’autres techniques d’impression, mais elles sont très peu utilisées et présentent souvent quelques inconvénients.

I. L'impression 3D face aux techniques d'usinages traditionnelles

1) Les différentes techniques d'usinages conventionnelles

Le moulage est une des principales techniques

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