Tintin et le Lac aux requins, cela ne vous dit rien ? Nous allons vous rafraîchir la mémoire. Dans cet épisode, le professeur Tournesol invente un incroyable engin, une photocopieuse tridimensionnelle immédiatement convoitée pour la fabrication de faux et la duplication d’œuvres d’art.
L’idée en effet, ne relevait à l’origine que du domaine de la science-fiction, et pourtant, une dizaine d’années plus tard, on voit l’apparition des premiers brevets d’imprimantes 3d. Encore éloignée du grand public, cette nouvelle technologie florissante attise tout de suite la curiosité des industries qui la convoitent pour le prototypage. C’est alors qu’on assiste à l’émergence de différentes techniques d’impression. Leurs objectifs ? Devenir plus précises et toujours plus rapide.
Quels seraient donc la différence entre la fabrication additive, la stéréolithographie ou encore l’agglomération par collage ? Sur quel principe repose chacune de ces techniques et quel genre de matériel utilisent-t-elles ?
La création d’objets en 3D par dépôt de matière
Pour l’impression 3D par dépôt de matière, tout commence en 1988, lorsque Scott et Lisa Crump ont créé Stratasys et ont développé le procédé Fused Deposition Modeling ou dépôt de matière fondue. Les ingénieurs du Massachussetts Institute of Technology se penchent alors sur l’idée et mettent au point, cinq ans plus tard, une imprimante 3D sur le principe du 3DP.
L’impression par dépôt de matière reste aujourd’hui la méthode la plus basique. Tout commence par la conception de l’objet à partir d’un logiciel de CAO qui donnera un fichier 3D virtuel. Une fois configurée, l’impression est alors lancée.
Celle-ci repose alors sur trois éléments essentiels : un plateau d’impression qui servira de support pour la pièce. On retrouve ensuite la bobine de filament, qui sera le matériau qui constituera l’objet. Parmi ces matériaux on retrouvera notamment l’acide polyactique ou PLA, ainsi que l’Acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Enfin, la tête d’extrusion, entraînera le filament fondu et déposera la matière de manière précise couche par couche sur le plateau.
Pour faire de l’impression 3D par dépôt de matière, il faut avant tout porter la température de la machine à des valeurs de près de 200°, permettant la fusion de la matière et son dépôt au niveau des zones désirées. Ainsi, une fois la machine chauffée, un filament d’environ 2 mm de diamètre, est extrudé sur la plateforme à travers une buse se déplaçant sur un plan en 3 dimensions. La plateforme descend d’un niveau à chaque nouvelle couche appliquée, jusqu’à l’impression complète de l’objet.
Cette technique marque donc un nouveau départ dans le monde de la fabrication de pièces, qui reposait jusque-là sur le principe d’usinage : enlever de la matière de façon à donner à une pièce brute la forme et les dimensions voulues pour l’objet final.
La stéréolithographie, une technique de solidification par lumière
La première technique d’impression 3D reste pourtant la stéréolithographie. Inventée par Charles Hull en 1984, ce procédé utilise des polymères liquides qui se solidifient à la lumière. Un bac de résine liquide est solidifié par le passage d’un laser UV couche après couche selon la forme souhaitée. Elle permet d’obtenir une surface d’impression parmi les plus qualitatives des technologies d’impression existantes, cependant, elles offrent un volume de production relativement restreint en comparaison à d’autres technologies d’impression.
Pour les appareils d’SLA, on retrouvera un bac de résine, accompagné d’une plate-forme mobile suivant l’axe Z ainsi qu’un système de raclage sur l’axe X. Le laser à rayons UV sera associé à une optique de focalisation et un miroir galvanométrique.
Le faisceau laser balaie alors la surface de la résine liquide et permet d’imprimer selon le modèle 3D numérique fourni à l’imprimante. Une fois la première couche de matériau solidifiée, la plate-forme descend d’un niveau, correspondant à l’épaisseur d’une couche d’impression, et une nouvelle section est alors solidifiée.
Le procédé d’agglomération par collage
Développé en 1993, ce procédé est également une technologie de fabrication additive, tout comme le frittage laser. La poudre, utilisée comme matériau de base, est fusionnée selon des techniques variées. La poudre permet d’imprimer de nombreux matériaux : verre, céramique, plastique, métal. La poudre de plastique est répartie de façon uniforme sur une plate-forme tout comme les imprimantes à jet d’encre, qui déposent l’encre sur le papier. La tête de l’imprimante va alors venir, grâce à un agent liant, lier les particules de plastique entre elles pour les solidifier selon le modèle numérique qui lui a été transmis.
Une fois la couche terminée, la plate-forme descend d’une distance paramétrée égale aux autres couches. Ce processus est donc répété autant de fois qu’il y a de couches. Le produit final est alors chauffé pour finaliser la solidification. La poudre qui entoure l’objet final peut être ensuite récupéré durant le nettoyage et être réutilisé. La vitesse d’impression est très rapide mais la finition est plus rugueuse qu’avec les autres types d’impression.
Ainsi, les applications potentielles des imprimantes 3d intéressent désormais de multiples secteurs d’activités comme l’aéronautique l’automobile, ou encore le domaine médical, c’est pourquoi on assiste à l’essor du service d’impression 3D professionnel tel que celui proposé par https://www.usinage-impression3d.fr/, permettant aujourd’hui grâce à ces divers techniques, l’usinage numérique, tout comme les impressions par dépôt de matière.