Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D — techniquement la "fabrication additive" — construit un objet physique en ajoutant de la matière couche par couche à partir d'un modèle CAO numérique, l'inverse des méthodes soustractives comme le fraisage ou le tournage qui retirent de la matière. Le type le plus courant, le FDM, fait fondre un filament thermoplastique et le dépose couche par couche.

L'impression 3D relève aussi de la "fabrication numérique" : la fabrication d'objets physiques à l'aide d'outils commandés par ordinateur. La fabrication numérique nécessite un modèle CAO de la pièce à fabriquer et une machine CNC. Son opposé, la fabrication soustractive, retire de la matière à l'aide de machines comme les tours et les fraiseuses.

Histoire

L'origine de l'impression 3D remonte aux années 1980, lorsque le Dr Kodama, de l'Institut municipal de recherche industrielle de Nagoya, a conçu une technique pour fabriquer un objet couche par couche. Par la suite, le fondateur de 3D Systems, Chuck Hull, a déposé le premier brevet commercial en 1984 pour une technique appelée "stéréolithographie", aujourd'hui appelée SLA. Cette technique consiste à créer un objet couche par couche en durcissant une résine photosensible à l'aide d'un faisceau de lumière dirigé.

Stéréolithographie (SLA)

Deux ans plus tard, le professeur Carl Deckard, de l'Université du Texas, a déposé un brevet pour le frittage sélectif par laser, ou SLS, qui fusionne une poudre plastique à l'aide d'un laser pour former les différentes couches de la pièce. À la même époque, Scott Crump, fondateur du groupe Stratasys, a développé l'une des premières imprimantes 3D à filament fondu. Cette technique a été appelée FDM et est actuellement la plus utilisée au monde.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)

La fabrication additive a continué à se développer et, depuis les années 1990, de nouvelles techniques de fabrication sont apparues, comme le moulage par injection de liant et le PolyJet. Dans les années 2000 est apparue la dernière nouveauté de la fabrication additive : l'impression 3D de pièces métalliques, qui serait une modification du SLS déjà connu mais en remplaçant le plastique par du métal, et la fusion par faisceau d'électrons, très semblable à la précédente mais qui remplace le laser par un faisceau d'électrons, fondant ainsi le métal de manière plus contrôlée.

FDM vs FFF

Comme mentionné précédemment, ce type de technologie de fabrication additive dépose un matériau thermoplastique couche par couche pour fabriquer un objet. Ce travail repose principalement sur cette technologie car c'est la plus simple et donc la plus répandue au monde.
Il existe plusieurs types de machines au sein de cette technologie ; la différence fondamentale entre elles est le système de coordonnées qu'elles utilisent. Nous pouvons les classer ainsi :

Cartésiennes

Le système de coordonnées le plus utilisé du marché. Il utilise 3 axes orthogonaux pour le mouvement.

Imprimante 3D cartésienne MKS3 de Prusa

Delta

Une imprimante Delta repose sur des coordonnées cylindriques pour son mouvement, nécessitant la synchronisation d'au moins deux moteurs pour produire une ligne droite. La pièce en cours de construction reste statique tout au long du processus de fabrication.

Imprimante 3D Delta d'Anycubic

Polaires

Les polaires, comme leur nom l'indique, utilisent des coordonnées polaires pour le positionnement. La différence par rapport aux imprimantes delta est que la pièce peut tourner sur son axe vertical.

Imprimante 3D polaire de Polar 3D

Bras robotisés

Bras robotisés, à l'extrémité desquels la tête est montée et qui peuvent donc avoir plusieurs degrés de liberté.

Imprimante 3D à bras robotisé

Imprimantes 3D hybrides

Imprimantes hybrides, capables d'accueillir différentes têtes d'impression pour la fabrication aussi bien additive que soustractive. Ces machines sortiraient de cette classification fondamentale, car leur système de coordonnées peut être l'un quelconque des précédents.

Imprimante 3D hybride de Snapmaker

Au sein de cette classification, il existe un nombre infini d'imprimantes 3D aux caractéristiques et capacités différentes.

Une autre classification se ferait selon le système d'extrusion, qui peut être bowden ou direct. Le système bowden a l'extrudeur et le hotend séparés par un tube PTFE ; tandis que dans le système direct, les deux parties sont réunies et le tube PTFE n'est pas nécessaire.

Système d'extrusion de l'impression 3D

Les deux systèmes d'extrusion peuvent avoir la capacité d'imprimer avec un ou plusieurs matériaux à la fois ; c'est ce qu'on appelle la multi-extrusion. Il en existe deux types : ceux qui partagent le même hotend et ceux qui ont différents extrudeurs, un pour chaque matériau.

Diamond Hotend de RepRap

Double extrusion de Geetech

Parmi celles qui partagent le hotend, on trouve la multi-extrusion proposée par le fabricant Prusa3d, qui dispose d'un sélecteur de matériau et d'un seul hotend. Ce système ralentit beaucoup le processus d'impression, en plus d'ajouter une complication supplémentaire au moment de la calibration, car une calibration très minutieuse est nécessaire pour qu'il fonctionne correctement.

MMU 2.0 de Prusa

À son tour, au sein de la multi-extrusion indépendante, on trouve un système appelé IDEX. Il a la particularité que ses extrudeurs se déplacent de manière indépendante sur un axe, normalement l'axe X, obtenant une plus grande précision et une plus grande capacité à combiner différents matériaux. De plus, il a la capacité de dupliquer la pièce construite dans la même impression grâce à l'indépendance des deux extrudeurs.

Imprimante 3D IDEX (Epsilon) de BCN3D

Pour terminer avec la multi-extrusion, il convient de mentionner que le fabricant britannique e3d a lancé le "toolchanger", une imprimante 3D capable de changer automatiquement sa tête comme s'il s'agissait d'un système d'usinage CNC industriel, permettant d'imprimer différents matériaux et même de changer les paramètres d'impression.

Toolchanger de e3d

Questions fréquentes

Qu'est-ce que l'impression 3D en termes simples ?

L'impression 3D est une façon de fabriquer un objet solide en le construisant en fines couches à partir d'un modèle numérique, plutôt qu'en le coupant ou en le moulant. Comme la matière est ajoutée plutôt que retirée, on parle aussi de fabrication additive.

Quelle est la différence entre FDM et FFF ?

Ils décrivent le même procédé : faire fondre un filament thermoplastique et le déposer couche par couche. FDM (Fused Deposition Modelling) est le terme déposé par Stratasys, tandis que FFF (Fused Filament Fabrication) est le nom libre de marque largement utilisé dans l'univers de l'open source et des imprimantes grand public.

Quels sont les principaux types d'impression 3D ?

Le plus courant est le FDM/FFF, qui fait fondre du filament. La SLA durcit une résine photopolymère liquide avec de la lumière, et la SLS fusionne de la poudre avec un laser. Il existe aussi des procédés métalliques comme la SLS métal et la fusion par faisceau d'électrons. Le FDM est le plus répandu car c'est le plus simple et le plus abordable.

Avec quelle technologie d'impression 3D un débutant devrait-il commencer ?

Le FDM est le point de départ habituel : les machines et les matériaux sont abordables, faciles à manipuler et bien documentés. Une bonne étape suivante consiste à choisir une première imprimante et à apprendre quel filament convient à votre projet.

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À propos de l'auteur
Sergio Peciña est ingénieur électrique et électronique diplômé et ingénieur en conception technique chez Eolas Prints, avec plus de 10 ans d'expérience en impression 3D. Il a fondé les espaces maker de l'Université de La Rioja et de l'IDIVAL à Santander. Tous les filaments d'Eolas Prints sont fabriqués dans ses ateliers de Cantabrie, en Espagne, selon les normes ISO 9001 et ISO 14001.

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