Au début des années 2010, l’impression 3D a véritablement fait son entrée dans la conscience du grand public pour la première fois. Son engouement a atteint un tel niveau que l’on pensait que cette technologie serait bientôt comme les PC ou le micro-ondes – présente dans chaque foyer du monde développé.
Bien que l’impression 3D n’ait pas tout à fait atteint ce niveau de popularité, elle continue d’innover, ce qui l’amène vers de nouveaux publics et de nouvelles applications. L’époque où la fabrication additive n’était qu’une technologie de prototypage est révolue : elle est désormais utilisée dans des secteurs allant de l’automobile à la fabrication de dispositifs médicaux.
Grâce à des initiatives telles que le mouvement RepRap – qui visait à créer une imprimante 3D capable de se répliquer elle-même –, les machines de bureau deviennent également de plus en plus accessibles. Depuis que l’équipe à l’origine du projet a développé la Fused Filament Fabrication (FFF), une alternative open source au procédé FDM de Stratasys, la technologie d’extrusion est devenue bien moins coûteuse.
Pour moins de deux cents dollars, il est désormais possible d’acheter des machines capables de créer des modèles haute résolution qui coûtaient autrefois plusieurs fois plus cher. Dans le cadre de cette « course vers le bas », certains repoussent également les limites de l’impression 3D en développant des systèmes aux cadences si élevées qu’ils peuvent même concurrencer les méthodes de fabrication traditionnelles.
Tout cela semble passionnant, mais vous vous demandez peut-être ce qu’est exactement l’impression 3D. Eh bien, il n’est pas trop tard pour en apprendre davantage sur cette technologie, son fonctionnement et ses domaines d’utilisation. Poursuivez votre lecture pour une brève introduction à l’impression 3D et découvrir comment vous lancer.
Comment fonctionne l’impression 3D
Avant de nous plonger trop profondément dans le monde de l’impression 3D, commençons par les bases : de quoi s’agit-il et comment fonctionne-t-elle ? Selon l’organisme international de normalisation ASTM International, il existe sept types différents de cette technologie : l’extrusion de matériau, la photopolymérisation en cuve, la projection de matière, le jet de liant, le laminage de feuilles, le dépôt d’énergie dirigée et la fusion sur lit de poudre.
Afin de rester simple, cet article se concentrera sur les deux premiers, car ce sont les imprimantes 3D les plus couramment utilisées (et les plus faciles à se procurer) du marché.
Également appelés FFF (ou FDM s’ils sont fabriqués par Stratasys), les systèmes d’extrusion peuvent différer par leur configuration selon le fabricant, mais ils fonctionnent tous globalement de la même manière. Généralement, le procédé d’extrusion consiste à faire passer un matériau par une buse chauffée, qui le fait fondre et le dépose couche par couche suivant des formes prédéterminées.
En comparaison, la polymérisation en cuve (souvent appelée impression 3D résine) est légèrement plus complexe. Au cœur de cette technologie se trouve un procédé appelé stéréolithographie ou « SLA », mais qu’est-ce que la SLA ? Durant le procédé, une cuve de résine est progressivement exposée à un laser UV qui durcit le matériau selon les motifs souhaités. Il en résulte un objet entièrement « polymérisé », sans les lignes de couches visibles sur les impressions FFF.
Cette finition de surface plus lisse est également visible sur les impressions créées au moyen des technologies qui ont succédé à la SLA : la SLA masquée (MSLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP). Comme en SLA classique, la MSLA durcit la résine par UV, mais au lieu d’employer un laser pour tracer les couches, elle s’appuie sur une source lumineuse plus grande, masquée par un écran LCD afin que seules certaines zones de la zone de fabrication soient polymérisées.
Le DLP fonctionne également de façon similaire à la SLA : une plateforme de fabrication est progressivement abaissée dans un réservoir de résine, et les pièces y sont construites couche par couche par le durcissement continu du matériau. La seule véritable différence entre le DLP et la SLA réside dans la source lumineuse. Les machines DLP sont équipées d’un projecteur numérique qui projette une image sur la plateforme de fabrication, ce qui polymérise des couches entières simultanément.
Cela apporte des avantages évidents en matière de vitesse et, étant donné que l’impression 3D résine présente déjà un avantage de qualité de surface sur l’extrusion, une question se pose : pourquoi choisir cette dernière ? Les systèmes FFF tendent à être moins chers et plus faciles à entretenir. Ils ne nécessitent pas non plus de gants pour manipuler les matériaux ni le même niveau de ventilation lors du travail dans des espaces clos.
En outre, comme elles sont plus répandues, les machines d’extrusion offrent généralement un éventail plus large de matériaux, tant en termes de couleurs que de propriétés telles que la résistance et la flexibilité. Examinons maintenant les principales différences entre les matériaux d’alimentation résine et extrusion.
Qu’est-ce qu’un matériau d’impression 3D
Les matériaux destinés à l’extrusion peuvent se présenter sous de nombreuses formes. Le plus souvent, ils sont vendus sous forme de filaments, des bobines de thermoplastique long et étroit qui peuvent être automatiquement alimentées dans l’extrudeur d’une machine.
Les filaments les plus utilisés sont fabriqués en ABS ou en PLA, mais, à mesure que la technologie a progressé, il est devenu possible d’imprimer des objets à partir d’autres plastiques comme le PETG et même de métaux tels que l’acier. Cela a à son tour permis à l’impression 3D par extrusion de s’étendre à des secteurs dans lesquels les pièces doivent être plus résistantes, tant en matière de solidité que de résistance aux éléments.
De plus en plus, les matériaux d’impression 3D par extrusion adoptent également d’autres formats. Des entreprises comme Titan Robotics, par exemple, ont développé des machines empruntant certains aspects au moulage par injection, en ce qu’elles reposent plutôt sur une matière première sous forme de granulés. Ces systèmes possèdent des buses plus grandes que celles des machines FDM traditionnelles, ce qui les rend plus rapides à imprimer. Leur recours à un matériau largement utilisé les rend également moins coûteux à exploiter, mais ils sont souvent beaucoup plus volumineux.
À l’inverse, les utilisateurs de l’impression 3D résine disposent de beaucoup moins d’options. Toutes les résines sont composées de photopolymères imprégnés de photoinitiateurs qui leur permettent d’être polymérisées par des lasers UV.
L’article original cite ici l’ABS, le PLA, le PETG, le nylon et le polycarbonate comme matériaux les plus courants, et évoque des efforts visant à élargir cette palette. Note de la rédaction : cette liste de thermoplastiques ne décrit pas correctement la composition chimique des résines photopolymères ; les formulations documentées par Liqcreate reposent notamment sur des acrylates ou des époxydes. Des développeurs de matériaux tels que Liqcreate, par exemple, ont récemment lancé des résines élastomères offrant des applications potentielles de qualité industrielle.
À quoi sert l’impression 3D
Lorsque l’impression 3D par extrusion et résine a été introduite pour la première fois, elle était principalement utilisée comme outil de prototypage. Bien que ces technologies aient considérablement évolué depuis, leur efficacité continue dans ce domaine ne fait aucun doute ; alors, à quoi sert aujourd’hui l’impression 3D ?
Elle sert principalement encore au prototypage rapide. Si les fabricants devaient itérer sur leurs produits en usinant des prototypes à chaque modification de conception, cela serait chronophage et source de gaspillage. Avec l’impression 3D, les maquettes peuvent être mises à jour numériquement et créées à partir de la quantité minimale possible de matériau. Cela ne s’applique pas uniquement aux biens de consommation. Dans l’automobile, l’ensemble du plateau de F1 s’appuie sur l’impression 3D résine pour le prototypage des pièces aérodynamiques.
Cela ne signifie toutefois pas que ces technologies ne sont pas également utilisées pour fabriquer des produits finis. Selon une étude de Fortune Insights, 36.3% de toutes les applications d’impression 3D l’année dernière relevaient en réalité de la « production ». Ce chiffre reflète la croissance de la technologie dans des secteurs comme le médical, où l’introduction de matériaux similaires au silicone l’aide à progresser.
La fabrication additive reste aussi un moyen populaire de produire en petites quantités des pièces aux propriétés très spécifiques, comme dans l’aérospatiale. Ensemble, la NASA, l’ESA et des entreprises privées telles que ICON l’utilisent pour créer des réalisations incroyablement uniques, allant de chambres de combustion de fusées et de pièces de télescopes spatiaux à des simulations d’environnements de vie martiens.
Une autre tendance majeure de l’impression 3D est l’application de la technologie dans la construction. Mais qu’est-ce qu’une maison imprimée en 3D exactement ? La majorité des imprimantes 3D béton fonctionnent de manière très similaire aux systèmes FFF de bureau, mais à une plus grande échelle. En déposant le matériau par couches depuis d’énormes buses selon des motifs concentriques, ces machines ont déjà créé des bâtiments entiers à plusieurs étages.
Cela dit, la technologie n’est toujours pas réglementée dans le secteur de la construction, et il reste à voir combien de temps ces maisons et autres structures (avec leurs lignes de couches et tout le reste) dureront.
Il convient également de noter que, si l’impression 3D continue de progresser dans la fabrication, il est peu probable qu’elle bouleverse les technologies traditionnelles dans ce domaine de sitôt. Cela tient largement au débit : malgré des projets tels que l’initiative IDAM de BMW, qui a atteint la barre des 50,000 pièces par an plus tôt en 2023, l’idée de séries d’impression de plusieurs millions de pièces reste irréaliste.
Que faut-il pour l’impression 3D
En laissant de côté les applications de production, qui exigent naturellement davantage des utilisateurs, il n’a jamais été aussi facile de se procurer une imprimante 3D et de commencer à créer ses propres modèles à la maison ou au bureau. Toutefois, si vous souhaitez vous lancer, de quoi aurez-vous exactement besoin au départ ?
Avant tout, vous aurez besoin d’espace. La plupart des imprimantes 3D de bureau portent bien leur nom : elles sont suffisamment petites pour tenir sur un bureau ou un établi. Mais certaines sont plus grandes que d’autres ; il est donc utile de savoir de quel espace vous disposez avant d’investir dans un système. Si vous vous lancez dans l’impression 3D résine, vous devrez également prévoir la ventilation et porter des gants lors de la manipulation des matériaux ; assurez-vous donc de disposer de tous les équipements de protection nécessaires avant de commencer.
Une fois votre espace préparé, vous devrez choisir la technologie avec laquelle vous allez imprimer. Bien sûr, si vous débutez, il est peu probable que vous vous lanciez dans certaines des applications plus exigeantes décrites ci-dessus. Il est plutôt préférable de commencer par perfectionner vos compétences, en imprimant des modèles de petits objets partagés par d’autres personnes sur des sites comme Thingiverse.
Puisque nous parlons de contenu numérique, vous devrez également télécharger un slicer : un programme qui vous permet de contrôler le processus d’impression au moyen d’un ensemble d’instructions transmises numériquement, appelées « G-code ».
Certains fabricants d’imprimantes 3D proposent des slicers dédiés comme PrusaSlicr et ideaMaker, mais il existe également d’excellentes alternatives tierces. Des logiciels gratuits tels que Cura aux versions payantes offrant des fonctionnalités supplémentaires, il existe un slicer pour chacun. Il convient toutefois de noter que seuls certains sont conçus pour l’impression 3D résine : vérifiez donc avant d’acheter.
Enfin, après avoir installé votre imprimante et votre logiciel de découpage, assurez-vous simplement d’avoir suffisamment de matériau pour terminer votre impression (il n’y a rien de pire que de tomber à court en plein milieu d’une impression), et vous devriez être prêt !
