Technologie d'impression 3D est une technologie de fabrication révolutionnaire qui bouleverse les méthodes de fabrication traditionnelles. Il s'agit d'une technologie de fabrication révolutionnaire¨, également connue sous le nom de “ ;Fabrication additive“ ;. Cet article se concentre sur plusieurs aspects de la Matériaux d'impression 3D et la recherche sur le développement de matériaux et de technologies d'impression 3D.
Principes de l'impression 3D
Les principes de base de l'impression 3D sont : la stratification numérique La stratification. La stratification physique, où un modèle numérique de l'objet à imprimer est d'abord créé, puis la stratification numérique est effectuée pour obtenir un chemin de traitement bidimensionnel ou une piste pour chaque couche. Ensuite, un matériau approprié est sélectionné et le processus correspondant est appliqué à chaque couche. Ensuite, un matériau approprié et le processus correspondant sont sélectionnés, et l'objet imprimé est imprimé couche par couche, en fonction du chemin numérique bidimensionnel couche par couche susmentionné. L'objet final est produit de manière cumulative.
Grâce à sa grande souplesse de traitement et à la rapidité de réaction du marché, la technologie de l'impression 3D est bien établie dans les domaines de la modélisation industrielle, de l'emballage, de la fabrication, de l'architecture, de l'art, de la médecine, de l'aviation, de l'aérospatiale et du cinéma.
Actuellement, il existe près de 20 systèmes de processus différents dans le domaine de l'impression 3D, dont les six processus les plus typiques et les plus matures sont l'appareil de stéréolithographie (SLA), la fabrication d'objets stratifiés (LOM), la modélisation par dépôt en fusion (FDM), le frittage sélectif par laser (SLS), la fusion sélective par laser (SLM) et l'impression et le collage tridimensionnels (3DP).
Bien que les principes de ces six procédés d'impression 3D soient les mêmes, leurs caractéristiques respectives et leurs applications spécifiques diffèrent en raison des différents matériaux d'impression utilisés. Les matériaux d'impression sont actuellement un sujet de recherche brûlant dans le domaine de l'impression 3D et constituent un goulet d'étranglement pour le développement et l'application des processus d'impression 3D. Le document souligne également que les matériaux d'impression constituent un goulet d'étranglement pour le développement et l'application des processus d'impression 3D.
Technologies et matériaux d'impression 3D
ALS
Le processus SLA a été breveté aux États-Unis par Charles Hull en 1984 et commercialisé par 3D Systems. Il est aujourd'hui reconnu comme l'une des méthodes d'impression 3D les plus étudiées et les plus utilisées au monde.
Les matériaux actuellement disponibles pour ce procédé sont principalement des résines liquides sensibles à la lumière, c'est-à-dire des résines photosensibles. Ce type de résine photosensible comprend principalement un zwitterion, un diluant réactif et un initiateur.
LOM
Michael Feygin a introduit le procédé LOM en 1984, qui est généralement plus adapté que le procédé SLA pour la fabrication de grandes pièces, en particulier pour l'industrie automobile, et qui est désormais plus souvent utilisé par les Chinois pour l'impression 3D dans le secteur industriel.
Le matériel d'impression dans le processus LOM comporte trois aspects, à savoir la couche mince, le liant et le processus d'enduction. Le matériau de la couche mince peut être du papier, un film plastique, une feuille métallique, etc., mais actuellement il s'agit surtout de papier bon marché ; et le liant est généralement un adhésif thermofusible. Le choix du papier, la configuration de l'adhésif thermofusible et le processus d'enduction sont tous basés sur la garantie de la qualité de la pièce prototype finale, tout en tenant compte du coût.
FDM
Le processus FDM est le plus largement utilisé avec le système de fabrication FDM développé par la société américaine Stratasys.
Les matériaux actuellement disponibles pour ce procédé sont principalement des matériaux à bas point de fusion qui sont faciles à fondre. Le procédé général consiste à faire passer le matériau filamentaire par les rouleaux d'alimentation jusqu'à la buse. Le procédé général consiste à faire chauffer le matériau filamentaire dans la cavité de la buse par un rouleau d'alimentation.
SLS
Le procédé SLS, également connu sous le nom de procédé Selected Area Laser Sintering, a été mis au point par Dechard à l'université du Texas à Orting en 1989. Sur la base de ce matériau, le système de frittage laser direct de métaux (DMLS) a également été introduit dans la même catégorie que le procédé SLS.
En termes de forme, les matériaux utilisés dans le processus SLS sont divers types de poudre, tels que la poudre de nylon, la poudre de verre enduite de nylon, la poudre de polycarbonate, la poudre de polyamide, la poudre de cire, la poudre de métal (souvent soumise à un nouveau frittage et à un cuivrage après l'impression), le sable fin enduit de résine thermodurcissable, la poudre de céramique enduite de cire et la poudre de métal enduite de cire.
En ce qui concerne les matériaux, le procédé SLS est non seulement capable de former des matériaux à faible point de fusion tels que la paraffine et les plastiques, mais il peut également former directement des métaux, y compris l'acier inoxydable, et même des matériaux à point de fusion élevé tels que les céramiques. Le procédé SLS permet non seulement de former des matériaux à faible point de fusion tels que la paraffine et les plastiques, mais aussi des métaux tels que l'acier inoxydable et même des matériaux à point de fusion élevé tels que les céramiques. La possibilité d'imprimer des pièces ou des composants très résistants et très durs à partir de matériaux métalliques ou céramiques est l'une des raisons pour lesquelles le procédé SLS gagne du terrain dans l'industrie. C'est la principale raison pour laquelle le procédé SLS suscite tant d'intérêt et possède les applications les plus prometteuses dans l'industrie. C'est la raison principale pour laquelle le procédé SLS a gagné beaucoup d'attention et a les applications les plus prometteuses.
slm
En réponse aux inconvénients susmentionnés du procédé SLS, l'Institut Fraunholfer en Allemagne a proposé en 1995 la technologie SLM, qui utilise également le principe de l'empilement discret plus. Ce procédé présente non seulement les avantages du SLS, mais aussi une densité élevée de métal formé et de bonnes propriétés mécaniques. Ce procédé présente non seulement les avantages de la technique SLS, mais aussi une densité élevée de métal formé et de bonnes propriétés mécaniques. Il a révolutionné la fabrication de pièces métalliques complexes.
La gamme de matériaux SLM comprend des alliages à base de fer, des alliages à base de nickel, des alliages d'aluminium et des alliages de titane.
Les alliages à base de fer jouent un rôle important dans l'ingénierie et c'est pourquoi l'étude de la mise en forme par SLM de poudres à base de fer a été la plus vaste et la plus intensive.
3DP
La technologie et l'équipement 3DP ont été développés par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis. Ils utilisent principalement des matériaux en poudre tels que la céramique, le métal et les poudres plastiques, qui sont pulvérisés à travers une buse avec un adhésif pour "imprimer" la section transversale de la pièce sur le matériau.
Ces poudres sont pulvérisées à l'aide d'une buse qui imprime la section de la pièce sur le matériau en poudre. Le processus d'impression est similaire à l'impression couleur sur papier et peut être réalisé en mettant en place un système de liant et de buse à trois couleurs pour l'impression tridimensionnelle colorée. L'impression 3D d'objets en céramique a déjà trouvé de nombreuses applications. Ce procédé est l'un des procédés d'impression 3D les plus prometteurs après SLA, LOM, SLS et FDM, car il est de plus en plus utilisé pour construire des structures d'ingénierie tissulaire biologique¨” ;.
Actuellement, six procédés d'impression 3D sont utilisés dans le domaine de l'impression 3D Les matériaux d'impression largement utilisés dans le système comprennent quatre types principaux en termes de forme : les matériaux en résine photosensible liquide, les matériaux minces (papier, film plastique), les filaments à faible point de fusion et les matériaux en poudre ; en termes de composition, ils couvrent presque tous les types de matériaux actuellement utilisés dans la production La composition couvre presque tous les types de matériaux utilisés dans la production, y compris les plastiques, les résines, les cires et autres polymères, les métaux et les alliages, les céramiques, etc. Métaux et alliages, céramiques, etc.
À partir des caractéristiques de l'impression 3D, combinées à diverses exigences d'application, le développement de nouveaux matériaux d'impression, en particulier les nanomatériaux, les matériaux non homogènes, les matériaux composites difficiles à produire par d'autres méthodes, l'impression directe pour produire des pièces métalliques très denses en alliage, des matériaux à gradient fonctionnel, des matériaux biologiques, etc. L'intégration en profondeur de la technologie d'impression 3D dans les industries manufacturières traditionnelles constituera l'axe de développement pour l'expansion continue de la production de matériaux d'impression 3D.
Additional FAQs: 3D Printing Technology and Materials
1) Which 3D printing process should I choose for functional metal parts?
- Selective Laser Melting (SLM) or Electron Beam Melting (EBM) for near‑fully dense, high‑strength parts in Ti‑6Al‑4V, IN718, AlSi10Mg. SLS/DMLS can work for certain metal/polymer composites or green parts that are later sintered.
2) What’s the practical difference between SLS and SLM?
- SLS typically sinters without fully melting, enabling polymers and some metal/binder mixes; SLM fully melts metal powder to achieve higher density and mechanical properties comparable to wrought after post‑processing.
3) How do I compare materials for FDM, SLA, and SLS?
- FDM: thermoplastics (PLA, ABS, PC, PA‑CF) with good toughness and heat‑resistant grades; SLA: photopolymers with excellent resolution/surface but UV/creep sensitivity; SLS: nylon (PA11/PA12), TPU, filled PA for strong, isotropic‑leaning parts without supports.
4) What post‑processing steps most improve performance?
- For metals: heat treatment, HIP, machining, shot peening, surface finishing, coatings. For polymers/resins: thermal anneal, UV post‑cure (SLA/DLP), media blasting, dyeing, infiltration/sealing.
5) How should powders and resins be stored for quality?
- Keep powders dry and inert (≤25% RH), track reuse cycles and sieve between builds; store resins in opaque containers at recommended temperature, avoid moisture exposure, and follow lot‑traceability per ISO/ASTM 52907/52931.
2025 Industry Trends: 3D Printing Technology and Materials
- Metals at scale: More serial production using SLM/EBM with digital material passports tying powder lots to in‑process monitoring.
- High‑temp polymers: PEKK/PEEK, PPSU, and new FR‑rated materials for aerospace/rail interiors.
- Copper and aluminum: Improved laser absorptivity expands LPBF of CuCr1Zr and Sc‑modified Al for thermal management.
- Ceramics growth: DLP/SLA ceramics (alumina/zirconia) ramp for dental/semiconductor tooling.
- Sustainability: Closed‑loop powder/polymer reuse and EPDs increasingly required in RFQs.
2025 Snapshot: Process–Material Benchmarks (Indicative)
| Processus | Representative materials | Key 2025 metric (post‑process where relevant) | 2023 | 2024 | 2025 YTD |
|---|---|---|---|---|---|
| SLM/LPBF metals | Ti‑6Al‑4V, IN718, AlSi10Mg, CuCr1Zr | Relative density (%) | 99.5–99.8 | 99.6–99.9 | 99.7–~100 |
| SLM/LPBF metals | Ti‑6Al‑4V | HCF fatigue limit (MPa, polished, R=0.1) | 380–430 | 420–470 | 450–500 |
| SLS polymers | PA12, PA11, TPU | Recycled content in production lots (%) | 30–40 | 40–50 | 45–60 |
| SLA/DLP resins | Tough/HI‑temp/ceramic‑filled | XY feature resolution (µm) | 80–120 | 70–100 | 50–80 |
| FDM/FFF | PEKK/PEEK, CF‑PA, PC | HDT at 0.45 MPa (°C) | 150–160 | 160–170 | 165–180 |
Sources:
- ISO/ASTM 52900/52904/52907/52931 standards: https://www.iso.org
- ASTM F2924 (Ti‑6Al‑4V), F3055 (IN718), F3301/F3302 AM practice: https://www.astm.org
- NIST AM‑Bench and metrology resources: https://www.nist.gov/ambench
- SAE/AMS specs for AM materials and processes: https://www.sae.org
Latest Research Cases
Case Study 1: Scaling LPBF Copper Heat Sinks for Power Electronics (2025)
Background: An electronics OEM needed higher thermal performance heat sinks for SiC inverters.
Solution: Adopted LPBF CuCr1Zr with high‑absorptivity lasers; optimized lattice pin‑fins and post‑HIP + aging; introduced digital material passport tying powder O/N/H to melt‑pool monitoring.
Results: Thermal resistance −18% vs. machined baseline; first‑pass yield +12%; porosity <0.1% (CT), conductivity 85–90% IACS after HT.
Case Study 2: DLP Zirconia Dental Frameworks with Faster Sinter Cycles (2024)
Background: A dental lab sought to reduce lead time while maintaining translucency and strength.
Solution: Switched to high‑solid‑load DLP slurry and a shortened two‑step sinter with controlled ramp/soak; implemented inline viscosity and solids monitoring.
Results: Biaxial flexural strength +8% (to ~950 MPa); translucency maintained; throughput +25% with no increase in scrap.
Expert Opinions
- Prof. Amy J. Clarke, Professor of Metallurgy, Colorado School of Mines
- “Digital passports linking powder pedigree and in‑situ signatures to properties are accelerating qualification for safety‑critical AM parts.”
- Dr. Brandon A. Lane, Additive Manufacturing Metrologist, NIST
- “Layerwise monitoring now reliably flags porosity precursors, enabling corrective actions that tighten material property scatter.”
- Dr. Martina Zimmermann, Head of AM Materials, Sandvik Additive Manufacturing
- “Advances in aluminum and copper absorptivity are unlocking thermal management designs that were impractical two years ago.”
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM AM standards library (design, processes, materials): https://www.iso.org
- ASTM AM material specifications and test methods: https://www.astm.org
- NIST AM‑Bench datasets and best practices: https://www.nist.gov/ambench
- Senvol Database for machine–material mappings and allowables: https://senvol.com
- Material data management (Ansys Granta MI) and simulation (Ansys, Simufact Additive)
- OEM application notes and design guides (EOS, 3D Systems, Stratasys, HP, Renishaw)
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 focused FAQs; created a 2025 benchmarks table with sources; included two recent case studies; provided expert viewpoints; compiled practical tools/resources
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM/SAE standards update, major OEMs release new high‑temp polymers or copper/aluminum grades, or digital passport adoption materially changes qualification practices**
