IMPRESSION 3D

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Les principaux procédés de fabrication 3D

Les procédés de fabrication changent suivant la technique employée, mais l’objet obtenu par impression est toujours composé de fines strates de matière d’égale épaisseur qui sont déposées successivement les unes sur les autres, à la manière d’un mille-feuille.

L’impression par photopolymérisation 

La technique de photopolymérisation (SLA pour stereolithography apparatus) repose sur les propriétés qu’ont certaines résines liquides de se polymériser (devenir solides) sous l’effet de la lumière et de la chaleur.

La stéréolithographie est un procédé de fabrication fondé sur cette technique, la résine photosensible se solidifiant sous l’action d’un rayon laser ultraviolet. L’objet est imprimé sur un plateau qui est plongé dans une cuve remplie de résine liquide et qui descend progressivement suivant l’axe vertical au moyen d’un élévateur, une fois le dépôt d’une couche terminé. À chaque étape d’impression, le laser polymérise une partie de la résine à la surface de la cuve suivant le motif géométrique de la couche à réaliser.

Imprimante 3D de type SLA (stereolithography apparatus)

Dessin : Imprimante 3D de type SLA (stereolithography apparatus)

L’obtention d’un objet par ce type d’imprimante repose sur les propriétés des photopolymères, polymères qui sont capables de changer d’état sous l’effet de la lumière ou de la chaleur. Un rayon laser, orienté de façon très précise, permet, sur la surface liquide qu’il... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le procédé FTI (film transfer imaging), assez proche de la stéréolithographie, utilise un système de vidéoprojection. Les parties de la couche qui ne sont pas utiles à la construction de l’objet ne sont pas exposées à la lumière.

Le procédé MJM projette, à la manière des imprimantes à jet d’encre, de fines gouttelettes ou particules de résine qui sont photopolymérisées et collées ensemble.

Le frittage sélectif par laser

Le frittage sélectif par laser (FSL, en anglais SLS pour selective laser sintering), est également un procédé de fabrication additive permettant de créer un objet 3D couche par couche, en partant de poudres de plastique ou de métal qui sont chauffées et fusionnées (frittées) sous l’action d’un laser de forte puissance. Une imprimante FSL se compose de deux compartiments fixés sur des pistons mus au moyen de moteurs très précis. Le premier contient le matériau de base, la poudre ou les particules. C’est dans le second que sera élaboré l’objet souhaité. Au-dessus de ce second compartiment se trouve un laser (généralement un laser à CO2) ainsi qu’un système de déflexion (en X et Y) qui permet de positionner précisément le rayon lumineux du laser à l’endroit où l’on doit procéder à une fusion des particules pour une strate donnée. Les deux compartiments sont toujours agencés de sorte que la poudre soit toujours au niveau du plan de référence. Un système électromécanique avec un rouleau déplace la poudre remontée du premier compartiment vers le second afin d’y étaler une couche fine de poudre d’épaisseur constante. Le laser est ensuite actionné et déplacé là où doit se produire la fusion des particules de poudre. Lorsque la fusion de toutes les particules d’une strate est terminée, le piston du second compartiment descend d’une épaisseur de couche et le processus peut être répété. Ce procédé présente l’avantage de ne pas nécessiter l’utilisation de structure de support pour les parties de pièce en porte-à-faux puisque l’objet réalisé repose à tout instant sur la poudre non fusionnée présente dans le second compartiment.

Imprimante 3D de type FSL (frittage sélectif par laser)

Dessin : Imprimante 3D de type FSL (frittage sélectif par laser)

Le principe de cette imprimante est le suivant : un piston (en a) élève le compartiment d’alimentation, ce qui permet de placer une fine couche de poudre à hauteur du plan de référence ; un rouleau déplace ensuite, de droite à gauche (en b), cette poudre en haut du compartiment... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le dépôt de matière fondue

Les imprimantes 3D personnelles utilisent le plus souvent la technique de dépôt de filament en fusion aussi appelée « dépôt de matière fondue », ou encore FDM (fused deposition modeling). Le matériau utilisé pour réaliser la pièce est un fil solide, mais flexible, de plastique d’un à trois millimètres de diamètre, conditionné sous forme d’une bobine déroulable contenant quelques kilogrammes de matière et disponible dans une grande variété de couleurs. La technique FDM consiste à dérouler puis chauffer le fil pour le faire fondre et à acheminer le plastique fondu jusqu’à la tête chauffante d’extrusion. Cette tête, percée en son axe radial d’un conduit de 0,3 à 0,5 millimètre de diamètre et terminée par une buse d’impression, va conduire le filament de plastique fondu jusqu’au point d’extrusion souhaité. Elle est alimentée en fil de plastique par un système électromécanique composé d’un moteur pas à pas, de plusieurs engrenages, d’une vis d’entraînement et de roulements à billes. Le filament fondu est aussitôt déposé au bon emplacement sur la couche en cours de fabrication.

Imprimante 3D de type FDM (fused deposition modeling)

Dessin : Imprimante 3D de type FDM (fused deposition modeling)

Le principe de cette imprimante repose sur le dépôt de matière fondue à l’aide d’une tête d’extrusion. Celle-ci contient un élément chauffant qui fait fondre le fil plastique flexible solide conditionné sous forme de bobine. Elle se déplace dans le plan vertical (axe Z) et dans un... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Une imprimante 3D de type FDM est composée d’un plateau d’impression chauffant, pouvant se déplacer selon un axe (l’axe Y sur l’imprimante RepRap), et d’un système permettant de placer la tête d’extrusion à [...]

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Imprimante 3D de type SLA (stereolithography apparatus)

Imprimante 3D de type SLA (stereolithography apparatus)
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Imprimante 3D de type FSL (frittage sélectif par laser)

Imprimante 3D de type FSL (frittage sélectif par laser)
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Imprimante 3D de type FDM (fused deposition modeling)

Imprimante 3D de type FDM (fused deposition modeling)
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Impression 3D et mode

Impression 3D et mode
Crédits : Francis Bitonti Studio Inc.

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François PÊCHEUX, « IMPRESSION 3D », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/impression-3d/