Bien choisir son procédé d’impression 3D

5 février 2021 Par 0 Commentaire

On les promet clé de voûte de la 4ème révolution industrielle. Elles peuvent désormais sauver des vies et changer les modes de consommation alimentaires. Des immeubles voient le jour sous leur impulsion à une vitesse vertigineuse. Leurs champs d’actions se multiplient. Vous aurez reconnu …. les imprimantes 3D ! Mais comment marche une imprimante tridimensionnelle ? Depuis quand existent-elles ? Et quel procédé est adapté aux différents besoins ?

Qui est le père de l’impression 3D ?

Cocorico ! Ou presque … En 1984, les français Jean-Claude André et Olivier de Witte déposent le premier brevet d’impression 3D. Mais ils doutent de l’avenir de leur invention et abandonnent le projet ! C’est l’américain Charles W. Hull qui déposera son propre brevet 3 semaines plus tard, présentant le principe de la stéréolithographie. Véritable pionnier de la fabrication additive, il fonde alors l’entreprise américaine 3D systems, toujours attractive en 2021. Il commercialise la première imprimante 3D nommée SLA-1 en 1987 dans le but de tester le design produit avant commercialisation. L’aventure est lancée.

Comment fonctionne une imprimante 3D traditionnelle ?

Une imprimante 2D classique fonctionne via un axe XY. La donnée Z correspondant à la profondeur est ajoutée dans le cas des imprimantes 3D. L’impression sur cet axe XYZ  est ordonné à l’imprimante depuis un fichier le plus souvent au format stéréolithographique .stl ou .obj.

S’il est possible d’imprimer en 3D gros œuvre, maquettes ou séries d’objets, le principe prédominant est celui de la superposition et ce indépendamment du champ d’application. La matière est appliquée via une série de couches additionnées.

Il existe 3 principaux procédés différents : 

  • L’imprimante 3D de type FDM®

L’impression 3D ou fabrication additive fonctionne principalement selon le principe de dépôt de filaments fondus  (Fused deposition modeling FDM®). Leur superposition à l’aide d’un jet en provenance d’une “buse” crée un objet 3D.

On parle de bobines fixées à l’imprimante et non plus de cartouches. L’encre est remplacée par des thermoplastiques tels que le PLA et l’ABS. Ces polymères deviennent mous et malléables une fois chauffés par la tête d’extrusion de l’imprimante. L’objet 3D se solidifie en refroidissant. Si le PLA est privilégié par les propriétaires d’imprimantes à domicile, l’ABS est le matériau préféré des ingénieurs de par sa résistance, sa force et sa souplesse.

Mais de nombreux autres matériaux existent tels que l’aggloméré de bois, la céramique et même … le chocolat !

Ce procédé est principalement utilisé pour les prototypes simples, la création d’objets et par les utilisateurs particuliers grâce à son excellent rapport qualité-prix.

  • L’imprimante 3D dite stéréolithographique ou SLA

L’imprimante dite stéréolithographique ou SLA est la technologie de fabrication additive originelle. Elle est logiquement aujourd’hui sollicitée par le secteur professionnel.

Pour fonctionner, elle utilise des résines liquides solidifiées appliquées par rayons laser, couche par couche, selon un procédé de photopolymérisation. 

De nombreux types de résines existent : classiques, calcinables, flexibles, tought, dentaires… Mais ce qui fait l’atout majeur de l’imprimante SLA est son niveau de résolution incomparable et sa polyvalence. Elle offre des détails subtils et une finition hors pair. C’est donc le procédé le plus adapté à la conception des prototypes et objets les plus détaillés, esthétiques, et élaborés. 

Ce sont les professionnels de l’industrie mais aussi des secteurs de la joaillerie, du modélisme ou encore de l’odontologie qui font principalement appel à ce procédé.

  • L’imprimante 3D à frittage sélectif par laser ou SLS

Le frittage sélectif par laser ou SLS solidifie pour sa part une poudre polymère grâce à un rayon laser haute puissance. Des poudres métalliques, de polyamide ou nylon, et d’alumide sont le plus souvent utilisées. 

Ce procédé est le plus prisé par les professionnels de l’industrie car il convient à la création de pièces aux structures géométriques des plus complexes. L’atout majeur du procédé SLS est la solidité des pièces imprimées, comparable au procédé de moulage traditionnel. 

L’aspect des pièces imprimées est plus rugueux et très résistant. Les produits imprimés bénéficient aussi d’une durée de vie des plus importantes. 

Ce sont donc les ingénieurs qui ont particulièrement recours au procédé d’impression 3D SLS dans le cadre du prototypage fonctionnel. 

En bref : retour sur les 3 principaux procédés de fabrication additive  avec cette vidéo créée par le bus des technologies

Sauver des vies : fonctionnement de la bio-impression

En 1999, la première vessie artificielle imprimée en 3D est implantée avec succès sur un patient aux USA par les chercheurs du Wake Forest for Regenerative Medecine Institute. 11 ans plus tard, le premier vaisseau sanguin est imprimé ! Oui mais alors : comment ça marche ?

C’est une fois encore l’impression couche par couche qui est le plus souvent utilisée pour déposer ce que l’on nomme des “bioencres”. Celles-ci créeront des structures identiques à des tissus biologiques naturels. La matière vivante est imprimée à partir de cellules souches déposées en gouttelettes. Ces gouttelettes forment des couches successives aboutissant à la création d’un organe vivant. D’autres biomatériaux de stabilisation sont ajoutés. 

Densité et résolution sont des facteurs clés pris en compte lors de la programmation. La maturation est la dernière étape permettant aux cellules d’interagir pour le plus grand rétablissement du futur patient. 

Principe des imprimantes alimentaires 

Si vous commandez chez “Food Ink”, vous serez certain de goûter à des plats entièrement conçus à partir de nourriture imprimée ! La viande in-vitro est aussi sur le point d’être démocratisée… 

C’est encore une fois la fabrication additive qui est utilisée, cette fois ci à base de plantes, utilisant les procédés de bio-impression. 

Pour conclure, on pourrait dire que prototypage, gain de temps, réduction des coûts… favorisent des applications infinies aussi bien au niveau des particuliers que des professionnels. 30 ans après le lancement des premières imprimantes 3D, les temps changent plus vite que prévu et la créativité n’a plus qu’à s’exprimer !