Comment fonctionne une imprimante 3D ?

L’impression 3D fait partie de la famille de la fabrication additive et utilise des méthodes similaires à une imprimante à jet d’encre traditionnelle, mais en 3D. Il faut une combinaison de logiciels haut de gamme, de matériaux en poudre et d’outils de précision pour créer un objet tridimensionnel à partir de zéro. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des principales étapes suivies par les imprimantes 3D pour donner vie à des idées.

Logiciel de modélisation 3D

La première étape de tout processus d’impression 3D est la modélisation 3D. Pour maximiser la précision (et parce que les imprimantes 3D ne peuvent pas deviner comme par magie ce que vous voulez imprimer), tous les objets doivent être conçus dans un logiciel de modélisation 3D. Certaines conceptions sont trop complexes et détaillées pour les méthodes de fabrication traditionnelles. C’est là qu’intervient ce logiciel de CAO. La modélisation permet aux imprimeurs de personnaliser leur produit jusque dans les moindres détails. La capacité du logiciel de modélisation 3D à permettre des conceptions de précision est la raison pour laquelle l’impression 3D est saluée comme un véritable changeur de jeu dans de nombreuses industries. Ce logiciel de modélisation est particulièrement important pour une industrie, comme la dentisterie, où les laboratoires utilisent un logiciel tridimensionnel pour concevoir des aligneurs de dents qui s’adaptent précisément à l’individu. C’est également vital pour l’industrie spatiale, où ils utilisent le logiciel pour concevoir certains desparties les plus complexes d’une fusée .

Trancher le modèle

Une fois qu’un modèle est créé, il est temps de le « trancher ». Étant donné que les imprimantes 3D ne peuvent pas conceptualiser le concept de trois dimensions, comme les humains, les ingénieurs doivent découper le modèle en couches pour que l’imprimante crée le produit final. Le logiciel de découpe prend des numérisations de chaque couche d’un modèle et indique à l’imprimante comment se déplacer afin de recréer cette couche. Les trancheuses indiquent également aux imprimantes 3D où « remplir » un modèle. Ce remplissage donne à un objet imprimé en 3D des treillis et des colonnes internes qui aident à façonner et à renforcer l’objet. Une fois le modèle tranché, il est envoyé à l’imprimante 3D pour le processus d’impression proprement dit.

Le processus d’impression 3D

Lorsque la modélisation et le découpage d’un objet 3D sont terminés, c’est au tour de l’imprimante 3D de prendre enfin le relais. L’imprimante agit généralement de la même manière qu’une imprimante à jet d’encre traditionnelle dans le processus d’impression 3D directe, où une buse se déplace d’avant en arrière tout en distribuant une couche de cire ou de polymère de type plastique, en attendant que cette couche sèche, puis en ajoutant le niveau suivant. Il ajoute essentiellement des centaines ou des milliers d’impressions 2D les unes sur les autres pour créer un objet en trois dimensions.

Matériaux d’impression 3D

Il existe une variété de matériaux différents qu’une imprimante utilise pour recréer un objet au mieux de ses capacités. Voici quelques exemples:

Acrylonitrile butadiène styrène (ABS) : Matière plastique facile à façonner et difficile à casser. Le même matériau dont sont faits les LEGO.
Filaments de fibre de carbone : La fibre de carbone est utilisée pour créer des objets qui doivent être solides, mais aussi extrêmement légers.
Filaments conducteurs : Ces matériaux imprimables sont encore au stade expérimental et peuvent être utilisés pour imprimer des circuits électriques sans avoir besoin de fils. C’est un matériau utile pour la technologie portable.
Filaments flexibles : Les filaments flexibles produisent des impressions qui sont pliables, mais résistantes. Ces matériaux peuvent être utilisés pour imprimer n’importe quoi, des montres-bracelets aux coques de téléphone.
Filament métallique : Les filaments métalliques sont faits de métaux finement broyés et de colle polymère. Ils peuvent venir en acier, laiton, bronze et cuivre afin d’obtenir le véritable aspect et la sensation d’un objet métallique.
Filament de bois : Ces filaments contiennent de la poudre de bois finement broyée mélangée à de la colle polymère. Ceux-ci sont évidemment utilisés pour imprimer des objets d’aspect bois et peuvent ressembler à un bois plus clair ou plus foncé selon la température de l’imprimante.

Le processus d’impression 3D prend de quelques heures pour des impressions vraiment simples, comme une boîte ou une balle, à des semaines pour des projets détaillés beaucoup plus importants, comme une maison grandeur nature. Découvrez comment choisir une imprimante 3d ici.

Techniques d’impression 3D

Il existe également différents types d’impression 3D en fonction de la taille, des détails et de la portée d’un projet. Chaque type d’imprimante différent variera légèrement sur la façon dont un objet est imprimé.

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est probablement la forme d’impression 3D la plus largement utilisée. C’est incroyablement utile pour fabriquer des prototypes et des modèles en plastique.
La technologie de stéréolithographie (SLA) est un type d’impression de prototypage rapide qui convient le mieux à l’impression de détails complexes. L’imprimante utilise un laser ultraviolet pour fabriquer les objets en quelques heures.
Le traitement numérique de la lumière (DLP) est l’une des plus anciennes formes d’impression 3D. DLP utilise des lampes pour produire des impressions à des vitesses plus élevées que l’impression SLA car les couches sèchent en quelques secondes.
La production continue d’interface liquide (CLIP) fait partie des processus les plus rapides qui utilisent la photopolymérisation en cuve. Le processus CLIP utilise la technologie Digital Light Synthesis pour projeter une séquence d’images UV sur une section transversale d’une pièce imprimée en 3D, résultant en un processus de durcissement contrôlé avec précision. La pièce est ensuite cuite dans un bain thermal ou un four, provoquant plusieurs réactions chimiques qui permettent à la pièce de durcir.
Le jet de matériau applique des gouttelettes de matériau à travers une buse de petit diamètre couche par couche pour construire une plate-forme, qui devient durcie par la lumière UV.
Le jet de liant utilise un matériau de base en poudre appliqué uniformément avec un liant liquide, qui est appliqué à travers des buses à jet pour agir comme un adhésif pour les particules de poudre.
La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) (également connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF)) fonctionne en déroulant un filament en plastique à partir d’une bobine et s’écoule à travers une buse chauffée dans les directions horizontale et verticale, formant l’objet immédiatement lorsque le matériau fondu durcit.
Une forme de fusion sur lit de poudre, le frittage sélectif par laser (SLS) fusionne de petites particules de poudre à l’aide d’un laser haute puissance pour créer une forme tridimensionnelle. Le laser balaye chaque couche sur un lit de poudre et les fusionne sélectivement, puis abaisse le lit de poudre d’une épaisseur et répète le processus jusqu’à son achèvement.
Une autre forme de fusion sur lit de poudre, la fusion multi-jets (MJF) utilise un bras de balayage pour déposer la poudre et un bras équipé d’un jet d’encre pour appliquer le liant de manière sélective sur le dessus. Ensuite, un agent de détail est appliqué autour de l’agent de détail pour plus de précision. Enfin, l’énergie thermique est appliquée pour provoquer une réaction chimique. Le frittage laser direct de métal (DMLS) utilise également ce même processus, mais spécifiquement avec de la poudre métallique.
La stratification de feuilles lie le matériau en feuilles par une force externe et les soude ensemble par soudage par ultrasons en couches. Les feuilles sont ensuite fraisées dans une machine CNC pour former la forme de l’objet.
Le dépôt d’énergie dirigée est courant dans l’industrie métallurgique et fonctionne par un appareil d’impression 3D fixé à un bras robotique multiaxe avec une buse pour appliquer la poudre métallique. La poudre est appliquée sur une surface et une source d’énergie, qui fait ensuite fondre le matériau pour former un objet solide.

Exemples d’impression 3D

L’impression 3D a imprégné presque tous les secteurs et a offert des solutions innovantes aux défis du monde entier. Voici quelques exemples sympas de la façon dont l’impression 3D change l’avenir :

Nourriture imprimée en 3D

Les aliments imprimés en 3D semblent sortir des Jetsons ou trop beaux pour être vrais. En fait, s’il peut être réduit en purée, il peut être imprimé en toute sécurité. Comme dans un spectacle de science-fiction, les imprimantes 3D superposent de vrais ingrédients en purée, comme du poulet et des carottes, afin de recréer les aliments que nous connaissons et aimons. Les aliments imprimés en 3D peuvent être consommés sans danger tant que l’imprimante est complètement nettoyée et fonctionne correctement. Vous voudrez peut-être commander votre repas à l’avance. Les imprimantes 3D alimentaires sont encore relativement lentes. Par exemple, un morceau de chocolat détaillé prend environ 15 à 20 minutes à imprimer. Malgré tout, nous avons vu des imprimeurs fabriquer de tout, des hamburgers aux pizzas et même des maisons en pain d’épice, en utilisant cette technologie époustouflante.

Présentation de l’impression 3D

Alors que les hôpitaux sont envahis par des patients atteints de COVID-19 et que l’offre mondiale d’équipements de protection individuelle (EPI) et de dispositifs médicaux diminue, le monde s’est tourné vers la technologie pour résoudre la pénurie. En fait, de nombreux établissements de santé se sont tournés vers l’impression 3D pour fournir à leur personnel les équipements de protection indispensables, ainsi que les pièces pour réparer leurs ventilateurs. De grandes entreprises, des startups et même des lycéens équipés d’imprimantes 3D sont intervenus et ont répondu à l’appel. Grâce à l’impression 3D, des millions d’EPI et de pièces de ventilateurs ont été expédiés aux hôpitaux en première ligne de ce combat meurtrier. Et ce n’est vraiment que le début de ce dont l’impression 3D est capable.

Que sont les imprimantes 3D ? En bref, les imprimantes 3D utilisent la conception assistée par ordinateur (CAO) pour créer des objets 3D à partir d’une variété de matériaux, comme du plastique fondu ou des poudres. Non, ils ne sont pas comme ces boîtes magiques dans les émissions de science-fiction. Au lieu de cela, les imprimantes, qui agissent un peu de la même manière que les imprimantes à jet d’encre 2D traditionnelles, utilisent une méthode de superposition pour créer l’objet souhaité. Ils travaillent à partir de zéro et s’empilent couche après couche jusqu’à ce que l’objet ressemble exactement à ce qu’il a été imaginé.

Ces imprimantes ont une flexibilité extrême dans ce qui peut être imprimé. Ils peuvent utiliser des plastiques pour imprimer des matériaux rigides, comme des lunettes de soleil. Ils peuvent également créer des objets souples, comme des étuis de téléphone ou des poignées de vélo, à l’aide d’une poudre hybride caoutchouc/plastique. Certaines imprimantes 3D ont même la capacité d’imprimer avec de la fibre de carbone et des poudres métalliques pour des produits industriels extrêmement résistants.

Pourquoi les imprimantes 3D sont-elles importantes pour l’avenir ? Comme expliqué ci-dessus, les imprimantes 3D sont incroyablement flexibles ; non seulement dans les matériaux qu’ils utilisent, mais aussi avec ce qu’ils peuvent imprimer. De plus, ils sont incroyablement précis et rapides, ce qui en fait un outil prometteur pour l’avenir de la fabrication. Aujourd’hui, de nombreuses imprimantes 3D sont utilisées pour ce qu’on appelle le prototypage rapide . Des entreprises du monde entier utilisent désormais des imprimantes 3D pour créer leurs prototypes en quelques heures, au lieu de perdre des mois de temps et potentiellement des millions de dollars en recherche et développement. En fait, certaines entreprises affirment que les imprimantes 3D rendent le processus de prototypage 10 fois plus rapide et cinq fois moins cher que les processus de R&D normaux.

Les imprimantes 3D peuvent jouer un rôle dans pratiquement presque tous les secteurs. Ils ne sont pas seulement utilisés pour le prototypage. De nombreuses imprimantes 3D sont chargées d’imprimer des produits finis. Dans les soins de santé , les imprimantes 3D sont utilisées pour créer des pièces pour réparer les ventilateurs cassés pour l’épidémie de COVID-19. L’industrie de la construction utilise actuellement cette méthode d’impression futuriste pour imprimer des maisons complètes . Des écoles du monde entier utilisent des imprimantes 3D pour apporter un apprentissage pratique en classe en imprimant des os de dinosaures en trois dimensions et des pièces de robotique. La flexibilité et l’adaptabilité de la technologie d’impression 3D en font un changeur de jeu instantané pour n’importe quelle industrie.

Utilisations de l’impression 3D/Que pouvez-vous imprimer en 3D ?

Prototypage rapide et fabrication rapide

L’impression 3D offre aux entreprises une méthode à faible risque, peu coûteuse et rapide pour produire des prototypes qui leur permettent de tester l’efficacité d’un nouveau produit et d’accélérer le développement sans avoir besoin de modèles coûteux ou d’outils propriétaires.

Poussant un peu plus loin, les entreprises de nombreux secteurs utiliseront également l’impression 3D pour une fabrication rapide, ce qui leur permettra de réduire les coûts lors de la production de petits lots ou de petites séries de fabrication personnalisée.

Pièces fonctionnelles

L’impression 3D est devenue plus fonctionnelle et précise au fil du temps, permettant la création et l’acquisition de pièces exclusives ou inaccessibles afin qu’un produit puisse être fabriqué dans les délais. De plus, les machines et les appareils s’usent avec le temps et peuvent nécessiter une réparation rapide, pour laquelle l’impression 3D offre une solution facilement accessible.

Outils

Comme les pièces fonctionnelles, les outils s’usent également avec le temps et peuvent devenir inaccessibles, obsolètes ou coûteux à remplacer. L’impression 3D permet de produire et de remplacer facilement des outils pour de multiples applications avec une durabilité et une réutilisabilité élevées.

Des modèles

Bien que l’impression 3D ne puisse pas remplacer toutes les formes de fabrication, elle présente une solution peu coûteuse pour produire des modèles permettant de visualiser des concepts en 3D. Des visualisations de produits de consommation aux modèles architecturaux, modèles médicaux et outils pédagogiques. Alors que les coûts d’impression 3D baissent et continuent de devenir plus accessibles, l’impression 3D ouvre de nouvelles portes pour les applications de modélisation.