Tpe sur les imprimantes 3D

Over time, 2D printers have improved. But recently, a new type of printer was born, the 3D printers. Thoses printers allows to print many kind of objects in three dimension using differents kind of materials, like plastic, metal or others. For example, if we want to print the eiffel tower in miniature, we would need to define his model using a special software to create 3D models of objects, like the sofware Sketchup. The printer will interpret this model by various ways depending the type of the printer.

How does a 3D printer works and what is his impact in the industries from English speaking country ? We will talk about the 3 main types of 3D printers used: the FDM, the SLA and the SLS, also about the impact of these printers in the industry.

Inventée en 1980, l’impression par FDM (qui signifie Fused Deposition Modeling) est une technique d’impression consistant à déposer une fine couche de filament d’une matière fondue, généralement à 200°C. Les couches se superposent ce qui donne sa forme à l’objet. Il y a une tête d’impression qui se déplace selon les coordonnées longueur, largeur et hauteur ordonnées via un modèle 3D. L’impression 3D était auparavant limité au plastiques tels que le PLA et l’ABS, il est désormais possible d’utiliser du métal comme du cuivre ou du bronze, plus récemment du bois. On peut aussi utiliser de la cire. On utilise la FDM dans de nombreux domaines, comme aérospatiale, l’automobile, l’architecture, le médical, la décoration ou l’art. Le FDM utilise la fusion pour imprimer.

La fusion consiste en le passage d’un élément de l’état solide à l’état liquide. Le principal facteur pour un corps pur est la température. La pression peut aussi influer sur la fusion. Il existe plusieurs méthodes de fusion, comme par exemple la fusion par arc électrique, qui utilise l’énergie des arcs électriques pour chauffer le composant, avec les fours à arc. Il y a la fusion par induction, pour laquelle le matériau est placé dans un récipient magnétique mais qui a un point de fusion supérieur à son point de Curie qui est la température à laquelle un métal magnétique perd son magnétisme. Le type de fusion la plus utilisée est le micro ondes, qui consiste à envoyer des ondes de micro ondes à une fréquence qui provoque une agitation de l’eau qui va chauffer l’élément. Par exemple, l’eau fond à 0 degrés, le mercure à -39 degrés et le fer à 1535 degré. La température de fusion d’un corps pur est exprimée en J/mol ou J/kg. La température du corps reste stable pendant la fusion. Donc le FDM passe de l’état solide à l’état liquide, puis repasse à l’état solide.

Inventée en 1984, la SLA (Stéréolithographie) consiste à solidifier un liquide photosensible avec rayon laser. Les imprimantes à SLA ont deux parties principales: un réservoir qui contient un liquide photopolymère (substance synthétique qui se transforme sous l’influence de la lumière) et un rayon UV. L’imprimante va analyser le fichier, et va ajouter des supports temporaires pour que l’élément ne casse pas pendant la fabrication. Puis le Une fois que la couche initiale de l’objet a durci, la plate-forme est abaissée, est ensuite exposée une nouvelle couche de surface de polymère liquide. Le laser trace à nouveau une section transversale de l’objet qui colle instantanément à la pièce durcie du dessous. Cette technologie est plus souvent utilisée pour le prototypage, dans tous les domaines de l’industrie grâce à sa rapidité, mais, selon la qualité de l’imprimante, il est aussi possible d’obtenir des pièces immédiatement fonctionnelles. Le SLA est également utilisé pour la réalisation de moules d’injection ou de fonderie.

Le rayonnement ultraviolet, qui n’est pas visible à l’œil nu, est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde plus faible que celle de la lumière visible, mais plus longue que les rayons X. Il ne peut être observé qu’indirectement, soit par fluorescence, soit à l’aide de détecteurs spécialisés. Il y a 3 types d’UV : les UV-A, de 400 à 315 nm qui représentent environ 95% des UV, responsables du bronzage. Il y a les UV-B de 315 à 280 nm, ils sont dangereux pour les yeux, responsables des coups de soleil et peuvent provoquer le cancer. Présents en faible quantité à cause de l’atmosphère et de l’ozone. Il y a les UV-C de 280 à 100 nm, et sont très nocifs, présents uniquement dans l’espace car détruit par l’ozone de l’atmosphère. Les UV ont une forte énergie car celle-ci augmente si la longueur d’onde est faible. La technique utilisée pour la SLA est la photo polymérisation. Un photopolymère est une substance synthétique qui subit une transformation moléculaire sous l’action de la lumière, souvent ultraviolette, donc comme celle de la SLA qui permet une modification de ses caractéristiques.

Le frittage sélectif par laser (aussi appelé SLS) est une technique d’impression 3D créée en 1980. Elle est utilisée pour créer des objets 3D, couche par couche en utilisant des éléments photopolymères. Les prototypes SLS sont fabriqués à partir de poudre de matériaux qui est frittée, ce qui veut dire chauffés et fusionnés, par un laser. Le procédé commence par un fichier 3D qui est découpé en sections 2D. Un rouleau étale alors la poudre en une couche uniforme sur toute la zone d’impression. Le laser trace alors la section 2D sur la surface de la poudre, la frittant ainsi. L’imprimante est constituée de piston pour rajouter et fritter la poudre. Le piston de fabrication fritte couche par couche après le piston d’approvisionnement qui rajoute ensuite une couche. La poudre que l’on utilise le plus souvent est de la polyamide, ce matériau est un nylon. L’objet aura alors une surface poreuse qui pourra changer de couleur car de base il est blanc. De la poudre de verre, de la céramique ou du plastique sont aussi utilisables. Deux sortes de poudres sont plus généralement utilisés pour obtenir des objets plus aboutis. Le SLS est très stable pendant la fabrication. En conséquence, le SLS est utilisé dans l’industrie du design mais également dans l’automobile, l’aéronautique et la médecine car les composants sont bio-compatibles. La poudre non utilisée lors de la production est alors réutilisable.

Un laser est

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