L’ impression 3D est un type de fabrication additive qui permet de fabriquer des objets physiques à partir de modèles 3D informatiques. L’ impression 3D construit l’objet physique en ajoutant des couches minces de matériel les unes au-dessus des autres à la manière d’une imprimante 2D (à plat) qui serait dotée d’un axe Z en hauteur et dont l’encre serait remplacée par du matériel à déposer.

Il ne s’agit pas d’une technologie nouvelle, en fait l’épuisement des brevets a permis de rendre la technologie beaucoup plus abordable et accessible. Autrefois connue sous le terme de prototypage rapide, elle est maintenant devenue pertinente dans bien d’autres domaines.

Plusieurs analystes y voient une troisième révolution industrielle. Barack Obama, a indiqué sa volonté, lors de son discours sur l’état de l’Union en février 2013, pour que les États-Unis investissent dans la création de centres d’impression 3D pour dynamiser l’innovation et créer des emplois. Il s’agit d’un procédé entièrement automatisé qui a de très faibles coûts de main-d’œuvre et qui pourrait ramener la production manufacturière vers les pays développés.

L’accessibilité de la technologie, le faible coût et la numérisation des modèles laissent penser que le matériel est le nouveau logiciel (hardware is the new software). Le passage au numérique risque de projeter l’industrie matérielle dans le même ordre de changement qui a transformé l’information: journaux, photo, musique, livres, films. D’un autre côté pour certaines firmes il s’agit aussi d’une opportunité de fabriquer les prototypes et nouveaux projets dans la confidentialité de leur locaux.

idea3d 3d print engrenage_150Comment ça fonctionne

Contrairement à l’usinage où la matière est enlevée autour de la forme à obtenir, dans ce cas la matière est ajouté là où elle est destinée.

Il existe des dizaines de procédés d ’impression 3D bien distincts les uns des autres. Le plus connu reste le procédé de modelage par dépôt de filament thermoplastique (fused deposition modeling, FDM) (fused filament fabrication, FFF) et c’est le sujet que nous traiterons plus en profondeur.

À la manière d’un fusil à colle chaude, le filament de plastique est chauffé à haute température afin de le ramollir et de le pousser dans un petit trou de diamètre contrôlé afin de l’extruder. L’ imprimante 3D FFF extrude et dépose un filament en fusion sur une surface plane. Le filament de thermoplastique en fusion refroidit et se solidifie avant qu’une couche supplémentaire ne soit appliquée. Le plateau de fabrication descend d’une hauteur de couche (environ 100 microns) à chaque couche et les couches sont fabriquées et empilées ainsi les unes au-dessus des autres jusqu’à ce que l’objet soit complété.

Processus :

Il faut d’abord partir d’un modèle 3D numérique. Il peut être dessiné à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), il peut être scanné en 3D ou encore téléchargé sur internet. Voir la page de ressources pour plus de détails sur les sites en question.

Le fichier CAD est alors exporté dans le format .stl (STéréoLithographie, premier procédé d’ impression 3d). C’est un format de fichier standard qui contient le minimum d’information c’est-à-dire un maillage de triangles représentant le modèle 3D à fabriquer. Un maillage très serré offrira une meilleure précision et sera également plus volumineux.

Un autre logiciel générera le parcours d’outil nécessaire à la fabrication du modèle 3D. Le logiciel va découper le modèle en tranches minces parallèles à la surface de départ. La distance entre les couches est aussi appelée résolution en Z.  Il se peut que certaines sections reposent au-dessus du vide et nécessite un support temporaire pour leur réalisation. La section nécessitant du support est alors recopiée sur les autres sections au-dessous. La simplification du passage en deux dimensions permet au logiciel de générer tout le parcours d’outils automatiquement et simplement pour l’usager. Le matériel de support est également généré automatiquement. Tous les mouvements sont enregistrés dans un fichier .gcode.

Le code G « .gcode » est un langage de programmation de commandes numérique utilisé depuis les années 50. Le code G a l’avantage d’être largement connu et d’être compatible avec un maximum de machines ce qui permet un écosystème de machines et de logiciels très varié et complémentaires.

Tout dépend des moyens de connectivité de l’imprimante 3D. Le fichier .gcode peut être placé directement sur une carte SD, si l’imprimante dispose d’un lecteur de carte SD, et d’un écran de contrôle. Il suffit de sélectionner le fichier pour commencer l’impression.

Il est possible aussi de piloter l’imprimante depuis l’ordinateur avec une connexion USB et un logiciel hôte. Celui-ci fournit une interface pour charger le fichier à imprimer et effectue un suivi de l’impression.

Suite à l’impression, le matériel de support doit être retiré manuellement avec des pinces dans le cas d’un seul extrudeur ou à l’aide d’un solvant dans le cas de support soluble.

Puis nous pourrons passer au post traitement, au besoin -> ponçage avec différents grains, polissage, peinture.

Il existe plusieurs méthodes pour améliorer la finition.

idea3d impression avantage concurrentielAvantages

Complexité des pièces

Grâce à la simplification par tranches en deux dimensions il est beaucoup plus simple de réaliser des pièces très complexes par rapport aux procédés de fabrication traditionnels par enlèvement de matière tel qu’une fraiseuse à commande numérique. Puisque la pièce n’est pas encore construite, il n’y a pas à contourner les formes de la pièce pour atteindre un creux à un endroit difficile. Il est très difficile pour un programme de détecter les meilleures orientations d’outils en 3D et les façons de contourner les pièces et il est nécessaire de recourir à l’assistance humaine qualifiée.

L’imprimante 3D en contrepartie fonctionne toujours de la même façon, comme une imprimante 2D, mais en additionnant les couches. La programmation des mouvements devient alors très simple, peu importe la complexité de la pièce. Certaines géométries ne sont possibles qu’avec ce procédé tel que des pièces captives ou des renforts intérieurs aux coquilles vides.

D’ailleurs les pièces ne sont pas obligées d’être pleines et il est plus rapide de les fabriquer partiellement remplies. L’industrie aéronautique déploie beaucoup d’effort et d’investissement pour créer des pièces dotées de renfort interne en forme de nid d’abeille. D’une façon structurelle, la coquille ou surface extérieure d’une pièce est beaucoup plus sollicitée tandis que l’intérieur ne contribue que faiblement à la rigidité de la pièce et est une source importante de poids. Paradoxalement dans le monde de l’impression 3D il est plus rapide et moins cher d’utiliser ce type de structure non seulement pour sauver de la matière, mais aussi pour sauver du temps d’impression.

Petites productions

Contrairement à d’autres procédés, l’impression 3D n’offre pas d’économie d’échelle ce qui veut dire que le coût de production par pièce est le même pour une pièce que pour 10 000. Cependant le coût de l’impression 3D reste très inférieur au coût de l’équipement d’une chaine de production (fabrication des moules, gabarits, etc). L’investissement initial d’une large production est divisé par le nombre de pièces à produire. Pour donner un ordre de grandeur, il est généralement convenu que c’est autour d’une production en série de 5000 unités que les coûts de production s’équivalent. En dessous de 5000 unités, il est préférable d’imprimer en 3D et au-dessus il est préférable de monter une chaine de fabrication.

Une occasion en or pour le lancement d’un nouveau produit sans obligation d’énormes investissements avant de tester le marché. Puisque la production peut être faite au fur et à mesure il est aussi possible de corriger et raffiner le produit en cour de route sans frais supplémentaires. L’investissement initial étant significativement réduit, les risques de pertes en cas d’invendus le sont également.

Faibles coûts de fabrication sur mesure

Puisqu’il n’est pas plus couteux de fabriquer des pièces de géométrie très complexe et qu’il n’y a pas d’investissement initial important pour la fabrication d’une pièce, l’impression 3D est tout à fait adaptée à la fabrication sur mesure.

idea3d impression 3d applicationApplications

  • Prototypage
  • Visualisation
  • Manipulation
  • Test de forme
  • Test de fonctionnalité
  • Test de méthodes d’assemblage
  • Test de marché
  • Petites productions
  • Moulage de métal
  • Architecture
  • Urbanisme
  • Outillage
  • Pièces de rechange
  • Boîtier électronique
  • Jeux
  • Mode
  • Bijoux
  • Éducation
  • Hobby
  • Drones
  • Photos
  • Modèles réduits
  • Projets personnels
  • Conservation, musées
  • Expression artistique
  • Puis d’autres, l’imagination est la seul limite !!

idea3d-materiaux-impression-3dVariété de matériaux

Le procédé FFF utilise une grande variété de filaments thermoplastiques. De nouveaux types de filaments apparaissent chaque jour sur le marché.

ABS

PLA

Nylon

PET

Flexible

HIPS

PVA

Certains matériaux ne sont pas extrudable sous leur forme naturelle. Pour bénéficier de certaines de leur propriété, ils ont été réduits en poudre pour être combiné avec un polymère qui s’imprime bien. Le résultat final possède des propriétés augmentés par rapport à un composant seul. Par exemple le PLA renforcé de fibre de carbone est plus résistant. Il est également possible de combiner de la poudre métalique* avec le PLA afin de polir les pièces imprimés en 3D pour leur donner un aspect authentiquement métalique.

  • Bronze*
  • Cuivre*
  • Bois
  • Bamboo
  • Pierre
  • Fibre de carbone
Dimensions et épaisseurs de mur minimum

Volume

Les imprimantes on des volumes differents, mais la majorité peuvent allez de 15*15*15 à 20*20*20 – on trouve des extentions qui peuvent faire passer ce volumes à 30*30*30. Les modèles nécessitant un espace plus grand peuvent être fabriqués en plusieurs parties et assemblés ensuite (colle ou vis) ce qui est une pratique courante.

Épaisseur de mur minimum

Il est possible d’interchanger les buses pour changer le diamètre d’extrusion. Les plus petits détails sont possibles avec une buse de 0.25mm de diamètre. Il faut généralement compter deux diamètres de buses pour la largeur des plus petits éléments afin qu’ils soient imprimés convenablement, donc 0.5mm. Il s’agit de l’épaisseur de mur minimum.

Résolution

Le niveau de détail de surface n’est pas directement relié à l’épaisseur de mur ou à la tolérance et il est possible de discerner des détails de 0.01mm de résolution.

Merci a Solid Utopia pour cette article source