Principes de fonctionnement de l'impression 3D

Publié le par djose4

Principes de fonctionnement de l'impression 3D

 

Le principe est l'application de plastique chauffé (fusion) par couches afin de former l'objet. La conception de l'objet peut durer plusieurs heures. Ensuite, il y a également une phase de refroidissement (solidification) à prendre en compte.

Il existe aussi d'autres méthodes ( http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/impression-3d-differents-procedes-a1876.html , http://www.additiverse.com/tout-savoir-sur-les-technologies-dimpression-3d/?ct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)&mc_cid=b36e27254d&mc_eid=81c73015d3)  :

- par dépôt d'un filament fondu (FDM - Fused Deposition Modeling et FFF - Fused Filament Fabrication). Il existe 4 catégories principales d'imprimantes 3D : cartésiennes, polaires, delta et avec un bras robotisé (http://www.3dnatives.com/imprimantes-3d-fdm-060620173/)

 

- par stéréolithographie (SLA - StereoLithography Apparatus) ;

 

- par le procédé DLP - Digital Light Processing (photopolymérisation).

- par frittage laser (SLS - Selective Laser Sintering, SLM - Selective Laser Melting et DMLS - Direct Metal Laser Sintering  ) ;

- par « E Beam» ou « Electronic Beam Processing» ;

- par projection de liant (Binder Jetting) ; 

- par le procédés MJ - Material Jetting, "MultiJet et PolyJet" (photopolymérisation) ;

- par le procédé de fabrication d'objet stratifié (LOM - Laminated Object Manufacturing) ; 

- par le procédé de fabrication à jet de liant (3DP, ZPRINTING) ;

- par le procédé jet d'encre métallique XJET (imprimante 3D métal) : (http://www.3dnatives.com/xjet-impression-3d-07112016/). Ce procédé a donc l'avantage de ne pas utiliser de métal en poudre donc : plus propre, plus sûr et qualité garantie.

D'autres procédés sans utilisation de poudre de métal vont également faire leur apparition (http://www.usinenouvelle.com/editorial/trois-technos-pour-imprimer-en-3d-des-metaux-sans-poudre.N465383) :

- procédé "HP Multi Jet Fusion"

- procédé DED - Direct Energy Deposition ;

 

Plus expérimental : le « frittage solaire» («solar sinter»). Ce procédé utilise l'énergie solaire pour alimenter une imprimante 3D spécifique où du sable est fritté.

Dans l'industrie notamment, les imprimantes 3D "métal" sont de plus en plus utilisées (http://www.additiverse.com/tout-ce-quil-faut-savoir-sur-les-imprimantes-3d-metal/).

L'utilistation d'une résine synthétique permettra une impression plus rapide CLIP -Continuous Liquid Interface Production ( http://www.zone-numerique.com/carbon-3d-sinspire-de-terminator-pour-revolutionner-limpression-3d.html ).

 

- procédé de "Rapid Liquid Printing" : il sera possible par exemple de réaliser en une dizaine de minutes une structure qui, par d'autres procédés plus ancients, nécessitait une cinquantaine d'heures.

Les différents filaments utisés sont l'ABS, le PLA et ses différentes variantes, le XT Copolyester, le PET, le nylon, le TPE (caoutchouc thermoplastique), le PVA, le HIPS, le filament Jelly, le filament mousse, le filament Felty ( http://www.additiverse.com/actualites/2015-01-18/comment-choisir-son-filament-pour-son-imprimante-3d ).

Beaucoup d'imprimantes tridimensionnelles utilisent un système de courroie qu'il faudra retendre au bout d'un certain temps lors d'une opération de maintenance. Mais d'autres systèmes voient le jour afin de rendre plus fiable la solidité; comme par exemple l'utilisation d'un écrou-vis ( http://www.entreprises.ouest-france.fr/article/imprimante-3d-e-crew-vis-bouscule-marche-pres-rennes-02-09-2014-157239 ).

 

Des procédés de micro-impression sont également en cours d'élaboration. Par exemple, la technologie FluidFM de la société suisse CYTOSURGE (http://www.3dnatives.com/cytosurge-impression-3d-metal-18042017/).

Les matières plastiques utilisées sont le ABS ou le PLA . Elles sont vendues sous forme de rouleaux de fils.

 

Suite au processus d'impression, il reste beaucoup de déchet et il est important de prévoir un programme de recyclage.

 

 

 

Comme ce fut le cas pour les imprimantes à jet d'encre, les imprimantes 3D vont voir leur prix baisser et leurs performances augmenter au fil du temps.

 

Effectivement, des imperfections sont actuellement visibles sur certains objets pour les modèles d'entrée de gamme (par exemple : des sortes de stries).

 

Parmi les désagréments sensuels à retenir des premiers modèles d'imprimante tridimensionnelle, il y a : la chauffe, le bruit et une légère odeur. Des scientifiques parlent également d'émissions de particules fines qui peuvent être dangereuses pour les poumons ou le cerveau ( http://www.lemondeinformatique.fr/actualites/lire-l-impression-en-3d-un-risque-pour-la-sante-54544.html ).

 

Les objets imprimés en PLA commencent à se déformer à partir de 50 °C. Ceci peut être problématique pour des objets à usage alimentaire par exemple. Pour pallier cela, des études sur la composition du PLA sont en cours.

 

Il est possible de faire des tests d'impression 3D en créant un petit cube.

 

Voici les différents paramètres qui peuvent être modifiés pour une imprimante 3D (utilisant des matières plastiques) :

- le changement de la bobine de fil ;

- le calibrage ;

- la température de jet ;

- la température de la plaque ou la base ;

- la langue utilisée ;

- les informations (version de firmware, contact pour la hotline, ...).

 

La vitesse d'impression 3D peut s'exprimer en cm3/h .

 

En juillet 2014, des modèles d'imprimantes utilisent des compartiments de pastilles plastiques ou de granules plastiques au lieu de filaments ( http://www.imprimeren3d.net/imprimante-3d-nutilise-pas-filament-11923/ ). Ceci permettra d'adapter au mieux les quantités de plastique utilisées et de vendre des consommables à bas coûts !

 

Des prototypes d'imprimantes 3D grand public utilisant le métal sont en cours de conception en fin d'année 2013 ( http://www.generation-nt.com/revolution-technologique-impression-3d-metal-grand-public-deja-vue-actualite-1822452.html , http://www.3dnatives.com/strong-print-3d-metal/).

 

Il apparraît que chaque imprimante tridimensionnelle sera spécifique à la matière utilisée (plastique, métal, céramique, caoutchouc, verre, carbone, produits alimentaires, papier, etc..), utilisera sa propre technologie et aura ses propres inconvénients (température de chauffe, déchets, particules projettées, ...).

Des imprimantes multimatériaux sont en cours de développement.

En ce qui concerne les déchets, des projets de machine à recycler sont en cours ( http://www.additiverse.com/actualites/2014-06-09/kickstarter-avec-la-strooder-fabriquez-votre-fil-pour-votre-imprimante-3d )

 

En bref, Voici les principales étapes de la réalisation d'objets 3D en utilisant la fabrication additive :
1) la modélisation: scan, tablette, écran ordinateur, infrarouges, puis logiciel de modélisation compatible avec le périphérique d'acquisition. Création d'un fichier au format OBJ de préférence afin de pouvoir retravailler le contenu du fichier par la suite;
2) Amélioration de ľobjet modélisé afin d'avoir la possibilité d'imprimer ľobjet et que le rendu de celui-ci soit optimal. (exemple: Meshmixer d'Autodesk). Export du fichier au format STL afin qu'il soit compatible avec le logiciel "slicer" qui va créer les différentes couches de l'objet qui seront imprimées avec ľimprimante tridimensionnelle compatible;
3) Impression de l'objet sur un modèle d'imprimante tridimensionnel à partir des trames envoyées par le logiciel "slicer".
 
Concernant les solutions de modélisation intégrant un logiciel pour un usage professionnel, voici la tendance en 2017 :
 
* Configuration ordinateur :
- prévoir en moyenne un minimum de 8 Go de RAM ;
- la plupart des logiciels fonctionnent sous Windows 7 (ou versions ultérieures) sinon certains peuvent fonctionner sous Mac OSX 10.7 (ou versions ultérieures) ou sous Linux ;
- une carte ou processeur graphique performant
 
* Logiciels (seul Blender est gratuit) évolutifs, qui font gagner du temps et pour un usage ciblé :
- le plus équilibré dans tous les domaines mais dont la prise en main demande un peu de temps : Blender (www.blender.org)
- le standard pour les architectes : Autocad 2015 (ou versions ultérieures www.autodesk.com);
- le standard pour la plupart des objets (non "organiques") : la "Rolls" SolidWorks qui utilise le moteur de rendu intégré "Photoview 360" (www.solidworks.fr) et le "challenger" Fusion 360 plus accessible au niveau du coût (http://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview). Comparatif Youtube des 2 logiciels : https://www.youtube.com/watch?v=ojupuyFhZJ8
- pour la production d'objets "organiques" qui nécessite donc une forme dont la géométrie est très complexe : Rhinoceros 5 (ou versions ultérieures www.rhino3d.com), 3ds Max 2016 (ou versions ultérieures www.autodesk.com) et, le must artistique, ZBrush 4R7 (ou versions ultérieures www.pixologic.com).
Les prix varient en fonction de la formule d'achat choisie : abonnement ou parfois licence perpétuelle donc à voir sur différents sites web marchands.

Petite astuce du jour : trouver le ratio adéquat pour le maillage :
Afin de ne pas générer un fichier trop volumineux inutilement, le maillage n'a pas besoin d'être important pour des impressions en FDM (ou FFF) mais il doit être plus important lorsqu'il faut imprimer en DLP ou réaliser des images de synthèse.

 

Publié dans L'Impression, 3D, High-Tech

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ysxilly 18/10/2016 09:00

Bonjour, je viens de lire votre blog qui est très intéressant, mais aussi lu un article qui date de 2014 et qui dit qu'il est impossible d'imprimer des organes de tous genre. Mais votre article ne dis pas ça, donc je voulais savoir de quand et d’où viennent vos sources.
cordialement.

djose4 18/10/2016 14:56

Bonjour ysxilly, c'est plutôt dans cet article là que je parle de bio-impression : http://changeonsdepoque.over-blog.org/article-domaines-d-applications-impression-et-imprimantes-3d-119574079.html . La bio-impression évolue en parallèle des connaissances relatives aux cellules souches donc il n'est pas impossible que d'ici quelques années pas mal d'organes pourront être imprimés. Au fil du temps je mentionne les articles relatifs aux avancées. Donc, suivant la date de rédaction de l'article, le rédacteur de celui-ci n'est pas encore au courant ^^ .
Merci pour votre intérêt. A bientôt :)