Qu’est-ce que l’impression 3D ? Découvre le monde des couches !

Tu apprendras ici de manière claire ce qu’est l’impression 3D, ce qui constitue une imprimante 3D et quelles personnalités ont (ou ont) joué un rôle dans le développement de cette technologie.

Bonne découverte !

Qu’est-ce que l’impression 3D ?

Dans la littérature, l’impression 3D est classée parmi les procédés de fabrication par moulage primaire. Cela signifie qu’à partir d’une matière informe, on fabrique un corps solide qui possède une forme géométriquement définie. L’impression 3D consiste à créer des objets physiques à partir de fichiers numériques. Cette « base numérique » peut être générée de plusieurs manières : [su_startseite3ddaten] Les données ainsi générées ne peuvent pas être lues et imprimées en 3D par l’imprimante 3D. Pour cela, il faut un logiciel qui « traduit » la forme géométrique dans le langage machine de l’imprimante 3D (dans ce qu’on appelle le code G). Ce logiciel s’appelle Slicer. Un slicer comme Cura d’Ultimaker commence par découper un objet 3D en tranches individuelles 2D. Elle calcule ensuite la trajectoire de la tête d’impression 3D (Print Head) sur la base de paramètres prédéfinis. L'[img]impression 3D[/img] permet ensuite de créer un corps solide en appliquant des couches de matériau à partir du fichier numérique. C’est pourquoi on parle de fabrication additive – on ajoute quelque chose avec ce procédé. Le principe d’application varie selon la technologie utilisée.

Comment est construite une imprimante 3D ?

Les imprimantes 3D ne se distinguent pas seulement les unes des autres par leur technologie. Même au sein d’une même technologie, il existe différents modes de construction. Mais en principe, ils se ressemblent tous. Le montage d’une imprimante 3D Fused Deposition Modeling (FDM) avec deux busesNozzle) est présenté ci-dessous.

Tu es à la recherche d’une imprimante 3D ? Dans ce cas, consulte les pages d’information suivantes :

• Acheter une imprimante 3D en kit – A quoi faut-il faire attention ?
• Acheter une imprimante 3D (imprimante prête à l'emploi)

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Dans le cas de l’imprimante 3D illustrée ci-dessus, les étapes sont les suivantes :

• Chauffage du lit chauffant et de la ou des buses
• Le lit d’impression ou de chauffe remonte vers la tête d’impression
• Le filament fondu est déposé sur le lit chauffant jusqu’à ce que la première couche soit terminée.
• Le lit chauffant descend ensuite d’une hauteur de couche (mesurée en micromètres).
• La couche de filaments suivante est appliquée sur la précédente et fusionnée avec elle
• Aux endroits où il y a un surplomb, on peut utiliser soit une structure de soutien du même matériau, soit, comme dans l’illustration, un matériau différent. Idéalement, ce matériau peut être dissous dans l’eau ou dans une autre solution (voir filament PVA et filament HIPS).
• Répéter la dernière étape jusqu’à ce que l’objet à imprimer soit terminé.

Qui est l’inventeur de l’impression 3D ?

Les premiers précurseurs de l’impression 3D et de la numérisation 3D remontent au 19e siècle. En 1859, le sculpteur et photographe français François Willème invente un appareil qui lui permet de créer un modèle 3D à l’aide de plusieurs caméras. Sur cette base, il peut ensuite réaliser des copies de l’objet « scanné » de différentes tailles.

En 1892, l’Autrichien Joseph E. Blanther dépose un brevet pour la fabrication de cartes géographiques en relief. Pour ce faire, des plaques de cire sont d’abord laminées. Ensuite, tu découpes la forme souhaitée dans les plaques de cire et tu les colles les unes sur les autres. Une carte en 3D est ainsi créée couche par couche.

On ne peut pas vraiment parler d’inventeur lorsqu’il s’agit de l’impression 3D. De nombreuses idées sont basées sur d’anciens développements et, finalement, seuls les noms des inventeurs qui ont pu célébrer le succès commercial de leurs produits sont dans le domaine public. threedom tient cependant à mentionner tous les noms, car chacun mérite sa place dans notre histoire.

Pour en savoir plus : Histoire et développement de l’impression 3D

Hideo Kodama (ALS)

En 1980, l’inventeur japonais Hideo Kodama dépose un brevet dans lequel il décrit comment un matériau photopolymère durcit sous l’effet de la lumière UV, ce qui permet de créer un modèle couche par couche. C’est aussi le principe de la stéréolithographie. Le manque de moyens financiers l'empêche de payer les étapes suivantes du dépôt de brevet, ce qui fait qu’il n’est aujourd’hui connu que de quelques personnes dans le milieu.

Alain le Méhauté, Olivier de Witte et Jean-Claude André (ALS)

En 1984, trois scientifiques français , Alain le Méhauté, Olivier de Witte et Jean-Claude André, déposent un brevet trois semaines avant l’Américain Chuck Hull pour un procédé dans lequel un liquide est durci à l’aide d’une source de lumière. Les trois appellent ce procédé la stéréolithographie. Le premier objet imprimé des trois inventeurs est un escalier en colimaçon. L’institut de recherche par l’intermédiaire duquel ils déposent le brevet ne reconnaît pas le potentiel de leur invention et stoppe le financement du projet de développement d’un appareil prêt à être commercialisé.

Chuck W. Hull (SLA)

L’Américain Chuck W. Hull dépose également un brevet similaire en 1984. Il avait auparavant étudié le comportement des photopolymères sous la lumière UV et avait trouvé la meilleure combinaison entre l’intensité lumineuse, la durée d’exposition et le photopolymère au cours de longues séries d’essais. En 1986, il fonde, sur la base de son brevet, l’entreprise 3D Systems, encore connue et active aujourd’hui.

Carl R. Deckard (SLS)

Carl S. Deckard est étudiant à l’université du Texas lorsqu’il a l’idée de pouvoir fabriquer des objets sans moules. L’université reconnaît le potentiel du marché et le soutient. Il peut ainsi s’occuper de l’optimisation de la technologie pendant ses études et la thèse de doctorat qui suit. Il dépose le brevet pour le frittage sélectif par laser (SLS) en 1987. Pendant des décennies, l’Université du Texas a généré de bons revenus en accordant des licences d’utilisation du procédé à d’autres entreprises.

Steven Scott Crump (FDM)

En fait, Steven Scott Crump souhaite simplement fabriquer une grenouille-jouet pour sa fille et teste pour cela un matériau qu’il a lui-même mélangé à de la cire et du plastique dans un pistolet à colle chaude. Ces essais l’amènent à associer le pistolet à colle à un appareillage qui possède des axes XYZ. Ainsi, il peut désormais fabriquer des grenouilles plus belles qu’à la main. En 1989, il dépose un brevet pour le Fused Deposition Modeling (FDM) et lance en 1992 la première imprimante FDM entièrement fonctionnelle. Avec sa femme Lisa, il fonde l’entreprise Stratasys, dont il est toujours membre du conseil d’administration.

Quels sont les procédés d’impression 3D disponibles ?

Afin de ne pas enfreindre les brevets d’autres entreprises, de nombreuses sociétés ont développé au fil du temps de nouveaux procédés d’impression 3D. Ces procédés permettent certains modes de fonctionnement ou ne sont adaptés qu’à certains usages et matériaux.

Modélisation par dépôt de matière en fusion (Fused Deposition Modeling – FDM)

Le Fused Deposition Modeling (FDM) consiste à faire fondre du plastique sous forme de fil (appelé filament) dans l’Hotend de l’imprimante 3D et à l’appliquer couche par couche sur le lit d’impression. C’est ainsi que l’objet d’impression 3D souhaité est créé de manière additive.

Stéréolithographie (SLA)

Dans la stéréolithographie (SLA), la résine liquide (également appelée résine) contenue dans un récipient sert de matériau de départ. La résine est éclairée à l’aide d’un laser et durcit à ces endroits.

Traitement numérique de la lumière (DLP)

Le Digital Light Processing (DLP) utilise la lumière pour durcir la résine liquide. Contrairement au procédé SLA (source lumineuse=laser), un projecteur ou un écran LCD sert de source lumineuse dans le cas de la DLP.

Fusion sélective au laser (SLM)

Dans le cas de la fusion sélective au laser (SLM), le matériau de départ est constitué de poudre métallique. Cette poudre est fondue à l’aide d’un laser puissant et crée l’objet d’impression 3D souhaité.

Frittage sélectif au laser (SLS)

Le frittage sélectif par laser (SLS) diffère en principe peu de la fusion laser. Cependant, une source de chaleur est utilisée pour chauffer l’intérieur de l’imprimante SLS, y compris le matériau et l’espace de construction. Ensuite, un laser fait fondre de la poudre de plastique couche par couche pour obtenir l’objet imprimé en 3D.

Binder Jetting

Dans le cas de Binder Jetting le matériau de base en poudre est collé dans l’espace de construction à l’aide d’un adhésif, le liant. L’objet souhaité est ainsi créé couche par couche.

Jetting de matériaux

Dans le cas du jetting de matériaux, les photopolymères servent de matériau de base. Le matériau est chauffé et introduit dans la tête d’impression. Celle-ci fonctionne de la même manière qu’une imprimante à jet d’encre de bureau ou domestique. Le matériau chauffé est pulvérisé en fines gouttelettes et appliqué par couches successives.

Fusion par faisceau d’électrons (EBM)

La fusion par faisceau d’électrons (EBM) nécessite un matériau conducteur sous forme de poudre comme matière première. Cette poudre métallique est bombardée et fondue par un faisceau d’électrons de haute énergie. Chaque couche précédente fond avec la nouvelle, créant ainsi un corps solide.

Quels matériaux peuvent être imprimés avec une imprimante 3D ?

Pour l’impression 3D, le choix du matériau dépend également du procédé d’impression 3D utilisé. Alors que certains peuvent imprimer une large gamme de matériaux, d’autres procédés sont très affectés. Il existe également des imprimantes 3D – similaires aux imprimantes à jet d’encre et laser disponibles aujourd’hui – qui ne peuvent traiter que le matériau du fabricant concerné. La plupart du temps, la mise en œuvre de l’impression 3D se fait également à l’aide d’une puce. Le type de matériau et la quantité de matériau y sont par exemple enregistrés.

Nous décrivons déjà de nombreux matériaux avec leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que divers conseils sur les réglages de l’imprimante. En outre, nous te montrons comment le matériau décrit est utilisé dans l’impression 3D (et dans la vie quotidienne sans l’impression 3D).

Avantages de l’impression 3D

• Moins de déchets
• Pas de frais d’outillage
• Grande vitesse de traitement
• Produits personnalisés – « Taille de lot 1
• Conceptions complexes

Tu trouveras une version détaillée des avantages et des inconvénients de l’impression 3D dans l’article  » Impression 3D : avantages et inconvénients« .

Inconvénients de l’impression 3D

• Coûts élevés pour les grandes quantités
• Choix limité de matériaux et de couleurs
• Précision
• Stabilité limitée

Domaines d’application de l’impression 3D

Une réponse courte à la question « Où l’impression 3D est-elle utilisée ? » serait « presque partout ». Je ne veux pas que ce soit aussi simple.

Actuellement, les imprimantes 3D sont utilisées dans les domaines ou secteurs suivants :

Architecture et impression 3D

Auparavant, la création de modèles à l’échelle en architecture était un processus long et fastidieux. C’est pourquoi ces modèles ont été construits à la main, jusque dans les moindres détails. Que se passait-il si le client souhaitait encore apporter des modifications ? Nous ne voulons même pas l’imaginer maintenant. Aujourd’hui, les grands cabinets d’architectes et les architectes indépendants peuvent créer des modèles rapidement et facilement grâce à l’impression 3D. Pour cela, vous n’avez besoin que des données CAO et, même en cas de modifications, vous pouvez produire de nouveaux modèles plus rapidement qu’avec la méthode traditionnelle. Selon le procédé d’impression 3D, il est également possible de communiquer différentes couleurs de façade, etc.

La fabrication additive dans l’industrie automobile

Alors que d’autres secteurs découvrent à peine l’impression 3D, l’industrie automobile fait partie des « early adopters » de cette technologie. Par exemple, les prototypes et les pièces préfabriquées ont été utilisés relativement tôt dans le sport automobile. Aujourd’hui, les composants sont fabriqués à partir de plusieurs pièces individuelles par impression 3D afin de réduire le poids et donc, au final, les coûts de carburant. Le constructeur automobile allemand Porsche utilise également l’impression 3D pour fabriquer des pièces de rechange pour des voitures de collection. Ils réduisent ainsi leurs coûts de stockage et ne produisent qu’à la demande.

Pour en savoir plus : Programme Porsche Classic

Utilisation de l’impression 3D dans l’aéronautique et l’aérospatiale

À l’instar de l’industrie automobile, les entreprises du secteur aérospatial ont rapidement commencé à utiliser l’impression 3D dans la fabrication de prototypes et de pièces finies. Ma société spatiale préférée, SpaceX d’Elon Musk, a utilisé l’impression 3D pour fabriquer les chambres de propulsion du moteur SuperDraco. Le SuperDraco est installé sur la sonde spatiale Dragon. Cette décision a permis de réduire drastiquement le temps de traitement. Les compartiments moteur ont été imprimés en Inconel, un superalliage haute performance qui a déjà fait ses preuves à plusieurs reprises lors de tests.

Médecine & impression 3D – Une équipe de rêve ?!

Peu d’autres domaines profitent autant de l’impression 3D que la médecine. Ce domaine est immense et les possibilités sont donc presque infinies.

Un domaine possible de la médecine accéléré par l’impression 3D est la technique dentaire. Par exemple, il est aujourd’hui possible de fabriquer des attelles ou des guides chirurgicaux à l’aide d’imprimantes 3D. Les guides chirurgicaux sont utilisés pour les implants. Il est important que l’angle d’introduction du foret soit parfaitement réglé. Si une image 3D de la mâchoire est créée, le gabarit peut être construit pour s’y adapter. Le dentiste n’a alors « plus qu’à » manier la fraise. En outre, la technologie est telle qu’elle permet désormais de fabriquer des couronnes. Il convient également de mentionner les aides auditives, qui sont de plus en plus petites et de plus en plus performantes. Ceux-ci sont également depuis longtemps le résultat de l’impression 3D. Adaptées à chaque oreille, les aides auditives peuvent non seulement être ajustées avec précision, mais aussi être de toutes les couleurs possibles. Cela peut augmenter l’acceptation, en particulier chez les enfants, s’ils ont des aides auditives de leur couleur préférée.

Conception de produits avec la fabrication additive

Les concepteurs de produits utilisent l’impression 3D pour imprimer des produits tests qu’ils présentent ensuite à un groupe test de clients potentiels. Ainsi, un fabricant de salles de bains en céramique utilise BigRep pour créer plusieurs variantes de design d’une baignoire. Celles-ci sont ensuite montrées à différents groupes. Les variantes les plus populaires vont plus loin, ce qui permet d’optimiser un design et de l’adapter aux besoins du groupe cible, sans avoir recours à des outils coûteux.

L’impression 3D dans l’ingénierie mécanique – Comment les imprimantes 3D y sont-elles utilisées ?

L’impression 3D réduit les coûts. Comme pour la conception de produits, les ingénieurs peuvent concevoir et imprimer en 3D différentes solutions à un problème. Grâce au retour haptique et aussi à l’observation des mouvements des pièces mécaniques, de nombreux problèmes peuvent être identifiés et éliminés bien avant la production des produits finis.

Modélisme – Un rêve devenu réalité

Les modélistes ont dû se réjouir de l’invention de l’impression 3D, ou plutôt des kits d’impression 3D abordables. Il n’existe actuellement aucune autre technologie qui permette à l’homme d’exprimer sa propre créativité comme l’impression 3D. Les modèles d’imprimantes 3D peuvent être échangés et modifiés via Internet. Aujourd’hui, on n’imprime pas seulement des « accessoires » pour le modélisme, comme par exemple des feux de signalisation, des ponts et des rampes. Daniel Norée, par exemple, a lancé le projet Open R/C en 2013, dans le cadre duquel il a créé cette voiture de Formule 1. Les données sont mises gratuitement à la disposition de tous. :arrow : Vers la page d’accueil de Daniel Informations complémentaires de threedom ::arrow : Domaines d’application de l’impression 3D

Quel est l’avenir de l’impression 3D ?

On estime que 300 000 imprimantes 3D sont vendues chaque année sur le marché grand public. Ceux qui suivent un peu le marché savent que ce nombre ne cesse d’augmenter. Les 3D Hubs prévoient un doublement de ce chiffre chaque année. C’est déjà une annonce. Pour se frayer un chemin dans la jungle des différents types d’imprimantes 3D, les blogs comme le mien sont là.