Fonctionnement imprimante 3D : tout ce que vous devez savoir

Une imprimante 3D fonctionne selon un processus de fabrication additif. Contrairement à l’usinage traditionnel qui enlève de la matière, l’impression 3D construit un objet par l’ajout de couches successives de matière. Pour imprimer en 3D, il faut suivre plusieurs étapes essentielles :

• La conception de l’objet en CAO (conception assistée par ordinateur) avec un scanner ou un logiciel 3D.
• La transformation du modèle en fichier compatible avec la plateforme de fabrication.
• L’envoi du fichier à l’imprimante 3D, qui va fusionner ou solidifier la matière d’impression pour créer l’objet final.

Ce processus d’impression permet de fabriquer des prototypes et des pièces fonctionnelles de manière rapide et économique.

Les différentes technologies d’impression 3D

Il existe plusieurs technologies de fabrication utilisées dans l’impression 3D, chacune adaptée à des besoins spécifiques.

Impression 3D par extrusion de filament (FDM)

L’impression 3D par extrusion de filament, aussi appelée Fused Deposition Modeling (FDM), est la technologie d’impression la plus couramment utilisée pour la fabrication de pièces en petites séries et le prototypage rapide. Elle fonctionne en chauffant un filament thermoplastique, souvent du PLA, de l’ABS ou du polypropylène, jusqu’à ce qu’il atteigne son point de fusion.

Ce filament est ensuite extrudé par une buse mobile qui le dépose couche par couche sur un plateau d’impression. Chaque nouvelle couche adhère à la précédente grâce à la chaleur et au refroidissement progressif, permettant de réaliser des pièces solides et résistantes. La précision d’impression dépend notamment du diamètre de la buse et de l’épaisseur de la couche déposée, pouvant atteindre quelques microns pour les modèles haut de gamme.

Cette technique d’impression est particulièrement appréciée pour sa facilité d’utilisation, son coût réduit et sa compatibilité avec une large gamme de matériaux d’impression, incluant des polymères, des composites renforcés de fibres de carbone et même des filaments métalliques. Elle est utilisée dans des domaines variés, tels que l’aménagement du bureau d’entreprise, le domaine de l’impression industrielle et la production de pièces sur mesure.

Toutefois, cette technologie de fabrication présente certaines limites, notamment en termes de résolution et de finitions, nécessitant parfois un post-traitement pour obtenir un état de surface optimal. Elle reste néanmoins une solution idéale pour produire des prototypes, des outillages et des pièces de grand format avec un investissement initial limité.

Impression 3D par stéréolithographie (SLA)

L’impression 3D par stéréolithographie (SLA) est une technologie d’impression qui repose sur l’utilisation d’une résine photosensible durcie par un laser UV. Ce procédé permet d’obtenir des objets d’une haute résolution, avec une épaisseur de la couche très fine, allant jusqu’à quelques microns.

Le processus d’impression SLA commence par l’immersion d’une plateforme dans un bac de résine photosensible liquide. Un laser UV balaye la surface de la résine, solidifiant sélectivement les zones nécessaires à la fabrication de pièces. Une fois une couche successive solidifiée, la plateforme descend légèrement pour permettre à une nouvelle couche de résine liquide de recouvrir la surface. Ce cycle se répète jusqu’à ce que l’objet soit complètement imprimé.

L’un des principaux avantages de la technologie d’impression SLA est la précision et la finesse des détails obtenus, ce qui la rend particulièrement adaptée à des domaines tels que la bijouterie, le secteur médical, les prototypes fonctionnels et la production de moules. En raison de la nature des matériaux utilisés, les objets imprimés nécessitent souvent un post-traitement, tel que le lavage dans un solvant et une exposition à une source UV supplémentaire pour améliorer les propriétés mécaniques.

Les matériaux utilisés pour l’impression 3D

L’impression 3D permet d’utiliser une large gamme de matériaux d’impression en fonction des besoins et des applications.

• Polymères : L’ABS et le PLA sont couramment utilisés pour leur facilité d’impression. L’ABS offre une bonne résistance aux chocs et une certaine flexibilité, tandis que le PLA, biodégradable, est plus rigide et fragile. Le polypropylène et le nylon sont appréciés pour leur grande flexibilité et leur résistance chimique.
• Métaux : L’acier inoxydable est souvent utilisé pour ses propriétés mécaniques robustes et sa résistance à la corrosion. Le titane, quant à lui, est léger, extrêmement résistant et biocompatible, ce qui en fait un choix idéal pour le médical et l’aéronautique. La poudre métallique est aussi exploitée dans l’impression de production.
• Composites : Les composites à base de fibres de carbone sont prisés pour leur rigidité et leur légèreté. Ils sont utilisés dans des applications nécessitant une forte résistance mécanique sans alourdir la structure des pièces.
• Céramiques : Utilisées pour leurs excellentes propriétés thermiques et leur résistance à l’usure, les céramiques sont particulièrement adaptées aux industries de pointe comme l’aérospatiale et la médecine.
• Résines : Les résines photosensibles permettent des impressions en haute définition avec une grande précision. Elles sont idéales pour les prototypes fonctionnels, les pièces dentaires et le bijou.
• Poudres métalliques : Utilisées dans le frittage sélectif, elles permettent de produire des pièces métalliques solides et résistantes. L’alliage aluminium et la poudre de cuivre sont souvent employés pour leurs excellentes propriétés mécaniques et leur conductivité thermique.

Chaque matière d’impression possède des propriétés mécaniques spécifiques qui influencent la qualité d’impression et la résistance des pièces imprimées.

Les étapes de création d’un objet en 3D

L’impression 3D suit un processus de fabrication en plusieurs étapes :

1. Modélisation de l’objet : Tout commence par la conception numérique à l’aide d’un logiciel de CAO. Il est aussi possible d’utiliser un scanner 3D pour reproduire un objet existant. Cette phase permet de créer un modèle précis avec toutes les géométries souhaitées.
2. Préparation du fichier : Une fois le modèle terminé, il doit être converti en un format lisible par l’imprimante 3D, généralement au format STL ou OBJ. Le logiciel d’impression découpe ensuite le modèle en couches successives pour optimiser le processus d’impression.
3. Choix des paramètres d’impression : L’utilisateur sélectionne la technologie d’impression, les matériaux d’impression, ainsi que les réglages comme l’épaisseur de la couche, la vitesse d’impression, la température de la buse et le remplissage interne de l’objet.
4. Lancement de l’impression : L’imprimante 3D commence à imprimer une pièce en déposant ou en solidifiant la matière d’impression selon la technique d’impression choisie. L’objet est formé progressivement grâce à la superposition des couches successives.
5. Post-traitement et finitions : Une fois l’objet imprimé, il peut nécessiter des finitions comme le ponçage, la peinture ou l’assemblage. Pour certaines impressions 3D, notamment celles utilisant la résine photosensible ou le frittage laser, des traitements spécifiques peuvent être nécessaires pour améliorer la qualité d’impression et les propriétés mécaniques.

Cette technologie de fabrication permet une grande liberté dans la conception et l’impression de production de pièces imprimées, que ce soit pour le prototypage rapide, la fabrication de petites séries, ou des applications industrielles spécifiques.

Applications courantes de l’impression 3D

L’impression 3D est utilisée dans de nombreux secteurs professionnels pour répondre à des besoins variés en matière de prototypage rapide, de fabrication de pièces et de production de pièces fonctionnelles.

• Aéronautique : La fabrication de pièces légères et résistantes en poudre métallique permet de réduire le poids des composants tout en conservant leurs propriétés mécaniques.
• Médical et dentaire : L’impression en 3D est couramment utilisée pour produire des prototypes fonctionnels, des prothèses personnalisées et des modèles anatomiques.
• Industrie : Les TPE et PME utilisent cette technologie de fabrication pour la production de petites séries, le prototypage rapide et la fabrication d’outillages spécifiques.
• Bijouterie et fonderie : Grâce au moulage et à la cire perdue, il est possible de créer des modèles détaillés avec une haute résolution.
• Automobile : Les entreprises exploitent l’impression 3D pour produire des prototypes, fabriquer des pièces métalliques complexes et tester des maquettes.
• Architecture et design : La capacité à imprimer une pièce avec des formes complexes permet la création de maquettes détaillées et de prototypes d’éléments structurels.

Grâce à ces technologies de fabrication, il est possible de fabriquer des prototypes et des pièces métalliques à moindre coût. De plus, le leasing d’imprimantes permet aux entreprises d’acquérir ces équipements sans investissement initial important.

L’impression 3D est une véritable révolution dans le domaine de l’impression, offrant des solutions adaptées aux TPE, PME et indépendants souhaitant innover tout en maîtrisant leurs coûts.