Impression 3DL'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, a révolutionné les processus de conception et de fabrication des produits. En construisant des objets couche par couche, de bas en haut, l'impression 3D permet une production à la demande, sans outils ni moules spécifiques. Il existe aujourd'hui de nombreux types de technologies d'impression 3D, chacune ayant ses propres avantages et limites. Ce guide présente une vue d'ensemble des principaux procédés d'impression 3D utilisés aujourd'hui.
Aperçu des principales méthodes d'impression 3D
Les technologies d'impression 3D peuvent être classées en 7 catégories :
Tableau : Aperçu des principales méthodes d'impression 3D
| Méthode | Matériaux | Caractéristiques principales | Applications typiques |
|---|---|---|---|
| Modélisation par dépôt en fusion (FDM) | Thermoplastiques tels que PLA, ABS | Faible coût, bonne résistance | Prototypes, impression amateur |
| Stéréolithographie (SLA) | Photopolymères | Haute précision, surface lisse | Prototypes, fabrication |
| Frittage sélectif par laser (SLS) | Thermoplastiques, métaux | Bonnes propriétés mécaniques | Prototypes fonctionnels, fabrication |
| Multi Jet Fusion (MJF) | Thermoplastiques | Impression rapide, bonne précision | Fabrication, personnalisation de masse |
| Fusion par faisceau d'électrons (EBM) | Métaux | Pièces métalliques entièrement denses | Industrie manufacturière, aérospatiale |
| Fabrication d'objets stratifiés (LOM) | Papier, métal, feuilles de plastique | Faible coût, grandes pièces | Modèles conceptuels, outillage |
| Dépôt d'énergie dirigée (DED) | Alliages métalliques | Grandes pièces métalliques, réparations | Aérospatiale, automobile |
Comme le montre le tableau, le choix de la méthode d'impression 3D dépend de facteurs tels que l'application cible, les matériaux appropriés, la précision, la vitesse et le coût. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients qui la rendent préférable à certaines utilisations plutôt qu'à d'autres.
Le reste de ce guide examine chacune de ces techniques de manière plus approfondie.
Modélisation par dépôt en fusion (FDM)
La modélisation par dépôt en fusion, ou FDM, est le type d'impression 3D le plus courant et le plus abordable utilisé aujourd'hui. Dans le cas de la FDM, une extrudeuse chauffe le filament thermoplastique jusqu'à ce qu'il devienne semi-liquide et le dépose couche par couche pour construire un objet.
Comment fonctionne l'impression 3D FDM
Le processus FDM comprend
- Chauffer le filament thermoplastique au-dessus de sa température de transition vitreuse pour le rendre souple
- Extrusion du matériau semi-fondu à travers une buse sur la plaque de construction
- Tracer une couche en 2D, la laisser refroidir et durcir
- Déplacer la plaque de construction vers le bas et répéter l'opération avec la couche suivante.
Les imprimantes FDM sont dotées d'une tête d'extrusion mobile qui suit une trajectoire en coordonnées X-Y tout en déposant le matériau. Les matériaux les plus utilisés sont les plastiques ABS et PLA. Les machines à double extrusion peuvent imprimer en utilisant des supports dissolvables et des couleurs multiples.
Applications de la FDM
Tableau : Impression 3D FDM – ; Utilisations et capacités
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Impression 3D à bas prix, machines à moins de 300 |
| Matériaux | ABS, PLA, PETG, TPU flexible, composites |
| Précision | ±100 microns, résolution moyenne |
| Vitesse | Modérée, extrusion de 30 à 100 mm/s |
| Taille de la pièce | Petite à moyenne, max. environ 1 pied cube |
| Applications clés | Modèles conceptuels, prototypage, impression amateur |
La technique FDM est privilégiée pour les applications non critiques qui bénéficient d'une capacité de prototypage peu coûteuse, rapide et à faible taux de déperdition. La précision et l'état de surface moyens en font un outil adapté aux essais de forme et d'ajustement plutôt qu'aux prototypes fonctionnels. Les pièces peuvent être percées, poncées, peintes ou galvanisées après le traitement.
Avantages de l'impression FDM
- Le faible coût des machines et des matériaux le rend accessible aux petites entreprises.
- Déchets minimes par rapport aux méthodes soustractives
- Facilité d'utilisation avec un minimum de formation ou d'expertise requise
- Possibilité de faire une pause et de changer de filament pour les impressions multicolores
- Pièces fonctionnelles présentant de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique
Limites de l'impression FDM
- La précision moyenne de 100 microns limite la précision des détails fins
- Les lignes visibles de la couche affectent la qualité de la finition de la surface
- Nombre limité de matériaux par rapport à d'autres procédés
- Les surplombs et les ponts nécessitent des structures de soutien
Dans l'ensemble, la FDM offre un équilibre entre accessibilité et capacité qui en fait un point de départ polyvalent pour les entreprises qui explorent les avantages de la fabrication additive.
Stéréolithographie (SLA)
La stéréolithographie (SLA) a été le premier procédé commercial d'impression 3D, inventé dans les années 1980. Elle reste un choix populaire en raison de sa grande précision et de la qualité de sa surface.
Comment fonctionne l'impression SLA
Le SLA utilise une cuve de résine photopolymère liquide qui est sélectivement durcie couche par couche à l'aide d'un laser ultraviolet.
Les principales étapes sont les suivantes :
- Une plate-forme de construction s'abaisse dans la cuve de résine liquide.
- Un faisceau laser trace la section transversale du modèle et durcit la résine.
- La plate-forme se soulève, permettant à la résine fraîche de s'écouler sous la plate-forme.
- La couche suivante est tracée juste au-dessus de la précédente
- Une fois terminé, le modèle est rincé et durci.
La lumière provoque la réticulation des polymères de la résine, transformant la résine liquide en plastique solide de la forme souhaitée. La SLA permet de construire des modèles très détaillés avec une excellente finition de surface.
Applications de l'impression SLA
Tableau : Impression 3D SLA – ; utilisations et capacités
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Coût modéré de la machine, la résine coûte 100-200 $/litre. |
| Matériaux | Résines standard et techniques, transparentes, flexibles, coulables |
| Précision | Très élevé, jusqu'à 25 microns |
| Vitesse | Rapide, jusqu'à 110 mm/heure |
| Taille de la pièce | Moyen, max. environ 1 pied cube |
| Applications clés | Prototypes détaillés, pièces d'utilisation finale, dentaire, bijouterie |
La résolution fine fait de la SLA la solution idéale pour des applications telles que les modèles conceptuels, les prototypes de visualisation, les aligneurs dentaires, le moulage de bijoux et les pièces précises d'utilisation finale dans les domaines de l'aérospatiale, des soins de santé et des produits de consommation.
Avantages de l'impression SLA
- Excellente finition de la surface et détails minuscules jusqu'à une résolution de 25 microns
- Grande précision dimensionnelle pour des ajustements précis
- Bonnes propriétés mécaniques comparables à celles du moulage par injection
- Les supports peuvent être facilement détachés après l'impression
Inconvénients de l'impression SLA
- La résine photopolymère est plus chère que le filament FDM
- Post-traitement : stations de rinçage et chambres de séchage UV nécessaires
- La résine est sensible à la lumière et à l'humidité
- Gamme de matériaux limitée par rapport à d'autres procédés
Dans l'ensemble, le SLA offre un équilibre intéressant entre la vitesse, le détail et la résistance, ce qui en fait un processus de prototypage rapide polyvalent.
Frittage sélectif par laser (SLS)
Le frittage sélectif par laser (SLS) utilise un laser de forte puissance pour fusionner couche par couche des matériaux en poudre afin de construire un objet en 3D. Il a été mis au point par Carl Deckard à l'université du Texas dans les années 1980.
Comment fonctionne l'impression 3D SLS
L'impression SLS implique :
- Un rouleau permet d'étaler une fine couche de poudre sur la zone de construction.
- Un laser sintérise la poudre de manière sélective, en traçant la section transversale de la couche.
- La plate-forme de construction s'abaisse, une autre couche de poudre est répandue.
- Le processus se répète jusqu'à ce que la pièce soit terminée
- L'excès de poudre supporte les surplombs lors de l'impression
- Les pièces terminées sont retirées du lit de poudre
Une grande variété de poudres thermoplastiques et métalliques peuvent être utilisées dans les machines SLS. Le laser fait fondre la poudre juste en dessous de son point d'ébullition, fusionnant solidement les particules.
Applications de l'impression SLS
Tableau : Impression 3D SLS – ; utilisations et capacités
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Coût élevé de la machine, coût modéré des matériaux |
| Matériaux | Nylon, TPU, PEEK, aluminium, acier, alliages |
| Précision | ±100 microns pour les matières plastiques, ±50 μm pour les métaux. |
| Vitesse | Modéré, 5-7 in3/heure |
| Taille de la pièce | Moyen à grand, jusqu'à 15 x 13 x 18 pouces |
| Applications clés | Prototypes fonctionnels, pièces d'utilisation finale, outillage |
Les principaux avantages de la SLS sont de bonnes propriétés mécaniques, des supports minimaux et l'impression multi-matériaux. Elle est largement utilisée pour les prototypes fonctionnels dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la médecine.
Avantages de l'impression SLS
- Excellente résistance et propriétés thermiques avec la poudre de Nylon 12
- Pas besoin de structures d'appui spécifiques
- Grandes pièces imprimables en une seule fois
- Variété de matériaux, des plastiques aux composites
- Possibilité de structures métalliques poreuses
Inconvénients de l'impression SLS
- Le procédé à base de poudre est salissant et nécessite des systèmes de manutention
- Résolution plus faible autour de 100 microns
- Surface poreuse et granuleuse nécessitant un lissage
- Nombre limité d'alliages métalliques disponibles actuellement
- Coût élevé de l'équipement, en particulier pour les poudres métalliques
Dans l'ensemble, la SLS peut produire des prototypes et des pièces d'utilisation finale hautement fonctionnels, sans commune mesure avec la plupart des autres procédés d'impression 3D. Les progrès continus dans le domaine des matériaux élargiront encore ses capacités.
Multi Jet Fusion (MJF)
Développé par HP, Multi Jet Fusion est un procédé d'impression 3D industriel connu pour ses vitesses de fabrication élevées. Il utilise une tête d'impression à jet d'encre et des lasers infrarouges pour fusionner couche par couche des poudres de polymères.
Comment fonctionne la fusion à jets multiples ?
Le processus d'impression du CMJ comprend
- Une couche de poudre répartie sur la plate-forme de construction
- Les têtes d'impression à jet d'encre déposent sélectivement des agents de fusion et de détail
- Les lampes infrarouges font fondre et fusionner la poudre à l'endroit où l'agent de fusion est appliqué.
- Une nouvelle couche de poudre est étalée sur toute la surface, et le processus est répété.
- La poudre non fusionnée supporte les surplombs pendant l'impression
- Les pièces terminées sont retirées du lit de poudre
MJF produit des pièces d'excellente qualité en couleur, jusqu'à 10 fois plus rapidement que SLS. L'approche par couches permet également d'obtenir des gradients fonctionnels et des propriétés flexibles.
Applications de l'impression de CMJ
Tableau : Capacités de fusion à jets multiples
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Coût élevé de la machine, coût modéré des matériaux |
| Matériaux | Plastiques Nylon 12, PBT, TPU |
| Précision | Jusqu'à 80 microns |
| Vitesse | Très rapide, 5-15 cm/heure |
| Taille de la pièce | Moyen à grand, 380 x 284 x 380 mm volume de construction |
| Applications clés | Pièces d'utilisation finale, personnalisation de masse, outillage |
Les principaux atouts du CMJ sont sa rapidité, sa qualité et sa fonctionnalité. Il est idéal pour la production en petite série dans les secteurs de l'automobile, de l'industrie, de la médecine et des biens de consommation.
Avantages de l'impression 3D par CMJ
- Des vitesses de construction extrêmement rapides grâce à une approche par couches
- Excellentes propriétés mécaniques et caractéristiques détaillées
- Impression en quadrichromie possible en CMYK avec contrôle des voxels
- Gradients fonctionnels et duromètres personnalisables
- Grande capacité de réutilisation de la poudre non fondue
Limites du CMJ
- Processus relativement nouveau, coût de l'imprimante supérieur à 200 000 dollars
- Disponibilité limitée des matériaux au-delà du Nylon 12 actuellement
- Nécessite la manipulation de poudre non frittée
- Précision moindre par rapport à SLA ou PolyJet (~80 microns)
- Volumes de construction inférieurs à ceux des systèmes SLS
Au fur et à mesure que la technologie évolue, le MJF promet d'être une solution de fabrication additive prête à la production, alliant vitesse, qualité et fonctionnalité.
Fusion par faisceau d'électrons (EBM)
La fusion par faisceau d'électrons (EBM) utilise un puissant faisceau d'électrons sous vide pour fondre et fusionner des poudres métalliques en pièces entièrement denses, couche par couche. Cette technique a été développée en Suède par Arcam AB dans les années 1990.
Comment fonctionne l'impression 3D EBM
Le processus d'impression EBM fonctionne comme suit :
- La poudre métallique est répartie uniformément sur une plate-forme de construction sous vide.
- Un faisceau d'électrons fait fondre sélectivement la poudre pour tracer chaque couche.
- Les températures plus basses préchauffent la poudre juste en dessous du point de fusion.
- La plaque de construction s'abaisse et l'épandeur de poudre applique une nouvelle couche.
- Une fois terminées, les pièces sont laissées à refroidir avant d'être retirées de la machine.
Tout métal conducteur peut être imprimé en 3D à l'aide de l'EBM, mais les alliages de titane et le chrome cobalt sont les plus courants. La puissance élevée garantit d'excellentes propriétés aux matériaux.
Applications de l'impression EBM
Table : Fusion par faisceau d'électrons – ; Utilisations et capacités
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Coût très élevé de la machine, coût modéré des matériaux |
| Matériaux | Alliages de titane, acier inoxydable, nickel, chrome cobalt |
| Précision | ±100 microns ou mieux |
| Vitesse | Modérée, environ 40-50 cm3/heure |
| Taille de la pièce | Moyen à grand, jusqu'à 275 x 275 x 380 mm |
| Applications clés | Implants orthopédiques, pièces pour l'aérospatiale, automobile |
EBM crée des pièces métalliques à usage final entièrement denses pour des applications nécessitant une grande solidité, une résistance à la chaleur et une biocompatibilité. L'industrie aérospatiale a été la première à adopter cette technologie.
Avantages de l'impression 3D EBM
- Métaux entièrement fondus avec d'excellentes propriétés matérielles
- Bonne précision et bon état de surface
- Les faibles contraintes internes réduisent le gauchissement
- La puissance élevée du faisceau permet une bonne vitesse de construction
- La poudre non utilisée peut être réutilisée, ce qui minimise les coûts des matériaux.
Inconvénients de l'impression EBM
- Coût d'équipement très élevé, limitant l'adoption
- Limité aux matériaux conducteurs, principalement les métaux
- Le post-traitement, comme l'enlèvement des supports, est nécessaire
- Vitesses de construction modérées plus lentes que les autres méthodes
- Les systèmes de vide ajoutent à la complexité de l'ingénierie
Dans l'ensemble, l'EBM peut produire des géométries complexes dans des métaux à haute performance, sans commune mesure avec la fabrication conventionnelle. Elle continuera à se développer dans les applications aérospatiales, médicales et automobiles.
Fabrication d'objets stratifiés (LOM)
La fabrication d'objets stratifiés, ou LOM, utilise des feuilles de matériau assemblées à la chaleur ou à l'aide d'un adhésif pour construire un objet en 3D. Elle a été introduite en 1985 par Helisys Inc, qui a ensuite été rachetée par Cubic Technologies.
Comment fonctionne l'impression 3D LOM
Le processus LOM se déroule comme suit :
- Des feuilles de matériau sont collées ensemble pour former un bloc.
- Un rouleau chauffé lamine chaque nouvelle feuille sur la pile.
- Un laser ou un couteau découpe le contour de chaque couche dans la feuille.
- Les matériaux excédentaires restent en place pour soutenir les surplombs.
- Une fois l'impression terminée, la pièce est séparée du matériau supplémentaire
Le papier, le plastique, les composites et les métaux peuvent être utilisés comme matériau de stratification. Le LOM est relativement peu coûteux et permet de produire de grands objets stratifiés.
Applications de l'impression LOM
Table : Fabrication d'objets stratifiés – ; Attributs
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Faible coût de la machine, faible coût des matériaux |
| Matériaux | Papier, plastique, composites, tôles |
| Précision | Moyen, environ 200 microns |
| Vitesse | Lent, dépend de la liaison des couches |
| Taille de la pièce | Grand, jusqu'à 16 ft x longueur illimitée |
| Applications clés | Modèles conceptuels, études de forme, outillage |
Le principal avantage du LOM est qu'il permet de produire rapidement de grands objets stratifiés à faible coût. C'est un excellent moyen d'évaluer des prototypes esthétiques et des modèles à l'échelle réelle qui ne sont pas réalisables avec d'autres méthodes.
Avantages de l'impression LOM
- Les faibles coûts des machines et des matériaux rendent le LOM accessible
- Le volume de construction est théoriquement illimité
- Déchets de matériaux ou post-traitement minimaux
- Ne nécessite pas de structures de soutien
- Intégration aisée du bois, du papier et des composites
Inconvénients de la LOM
- Faible précision autour de 200 microns
- Les lignes de couche visibles affectent la finition de la surface
- Séparation finale fastidieuse de la pièce imprimée
- Matériaux et propriétés des matériaux limités
- Le collage des couches peut prendre du temps
Si la qualité n'est pas adaptée aux pièces fonctionnelles, le LOM reste une technologie convaincante pour les modèles esthétiques à l'échelle réelle, à des prix abordables pour le consommateur.
Dépôt d'énergie dirigée (DED)
Le dépôt par énergie dirigée (DED) utilise une source de chaleur focalisée comme un laser, un faisceau d'électrons ou un arc de plasma pour faire fondre et déposer un matériau simultanément. Il s'agit d'un procédé de fabrication additive capable de fabriquer des pièces métalliques de grande taille.
Comment fonctionne l'impression 3D DED
La DED utilise la procédure générale suivante :
- Une buse dépose de la poudre métallique à un endroit précis
- Une source d'énergie telle qu'un laser fait fondre la poudre pour former une liaison métallurgique.
- La pièce est construite couche par couche en déposant et en fondant de la matière.
- Les systèmes DED sont généralement montés sur des bras à plusieurs axes pour une couverture complète.
- Les manipulateurs tournent et positionnent la pièce au fur et à mesure qu'elle s'accumule.
- Des structures de soutien minimales sont nécessaires pendant l'impression
DED peut imprimer des caractéristiques sur des composants existants tels que des machines-outils ou des blocs moteurs. Cela permet de réparer, d'améliorer et de modifier rapidement des pièces métalliques.
Applications de l'impression DED
Tableau : Dépôt d'énergie dirigée – ; Applications
| Attribut | Description |
|---|---|
| Coût | Coût élevé des équipements, coût élevé des matériaux |
| Matériaux | Acier inoxydable, titane, Inconel, alliages de cobalt |
| Précision | ±100 microns |
| Vitesse | Taux de dépôt élevé de 0,1 à 0,5 kg/heure |
| Taille de la pièce | Très grand, illimité en cas de déplacement de l'appareil |
| Applications clés | Revêtement métallique, réparation, outillage, aérospatiale, défense |
Le principal avantage du DED réside dans sa capacité à fabriquer de grands composants métalliques dans des dimensions pratiquement illimitées et à modifier des actifs existants.
Avantages de l'impression DED
- Peut produire des pièces métalliques de très grande taille, mesurées en pieds
- Hautement portable, capacités apportées à l'actif grâce à un bras multi-axes
- Délai d'exécution rapide, mesuré en heures plutôt qu'en semaines
- Possibilité d'ajouter des caractéristiques à des pièces métalliques existantes
- Réduction des déchets de matériaux par rapport à l'usinage
Inconvénients de l'impression DED
- Des coûts d'équipement très élevés, de l'ordre de plusieurs millions d'euros
- Des temps de cycle lents, mesurés en heures
- Précision et finition de surface limitées
- Nécessite une formation approfondie de l'opérateur
- Post-traitement tel que l'usinage nécessaire à la finition des pièces
Le DED est mieux adapté à l'ajout rapide de matériaux métalliques qu'à la production de pièces finales. Au fur et à mesure que la technologie s'améliore, elle promet de transformer la réparation et la modification sur le terrain dans de nombreuses industries.
Comment choisir une technologie d'impression 3D
Avec un tel choix de procédés d'impression 3D, comment sélectionner la méthode la plus adaptée à une application ?
Étape 1 : Comprendre les exigences de la conception
Tout d'abord, analysez les exigences clés de votre application :
- Quels sont les matériaux cibles nécessaires – ; plastique, métal, polymère ?
- Quelles sont les précisions et les tolérances attendues ?
- Quelle est la taille de la pièce et le volume de construction souhaités ?
- La finition de la surface doit-elle être lisse ou grossière ?
- La pièce doit-elle avoir des propriétés mécaniques spécifiques ? Résistance, flexibilité, dureté ?
- Quelle est la quantité nécessaire – ; quelques prototypes ou des séries de production plus importantes ?
- Dans quel délai le projet doit-il être réalisé ?
Documentez les attributs indispensables à votre application. Cela constitue la base du choix d'une méthode d'impression 3D.
Étape 2 : Associer les exigences aux technologies d'impression
Ensuite, faites correspondre vos exigences aux capacités de chaque technologie d'impression 3D :
- Si des métaux sont nécessaires, il convient d'envisager le DMLS, le SLS ou l'EBM.
- Pour une finition de surface lisse, envisager SLA, DMLS, PolyJet
- La technique FDM permet d'obtenir une bonne résistance et un prototypage fonctionnel.
- LOM permet d'imprimer de grandes pièces creuses
- Les techniques SLA, SLS et de projection de matériaux permettent d'obtenir des pièces multi-matériaux
- L'injection de liant est optimale pour une production élevée d'enrobés.
Créez un tableau mettant en relation les exigences et les méthodes d'impression 3D potentielles afin de visualiser la correspondance.
Étape 3 : Classement par importance et compatibilité
Classez vos besoins par ordre de priorité, des plus essentiels aux plus agréables.
Classez ensuite chaque technologie en fonction de son adéquation avec vos priorités sur une échelle de 1 à 5.
Cela permettra d'obtenir une note objective pour comparer les processus. La meilleure adéquation permet d'équilibrer les exigences et les capacités clés.
Étape 4 : Évaluer les coûts, les délais et l'expérience
Il faut également tenir compte de considérations pratiques :
- Quelle expérience et quelles compétences en matière d'impression 3D possédez-vous en interne ? Une formation est-elle nécessaire ?
- Quels sont les coûts d'équipement, les coûts d'exploitation et les coûts des matériaux qui correspondent à votre budget ?
- Pouvez-vous gérer les exigences de la méthode en matière de post-traitement ?
- Quelle est la date limite de votre projet ? La vitesse de construction correspond-elle à votre calendrier ?
Peser les facteurs qualitatifs et quantitatifs ensemble pour faire le choix optimal de la technologie. Utiliser les services d'impression 3D, si nécessaire, pour réduire les risques liés à l'adoption de la technologie.
Étape 5 : Valider par le prototypage
Avant de finaliser, créez des prototypes d'essai avec les technologies présélectionnées pour valider la compatibilité.
Évaluer si la précision, la finition et les performances mécaniques correspondent aux résultats escomptés et répéter l'opération si nécessaire.
Le prototypage permet d'éviter les surprises et de choisir le meilleur processus d'impression 3D pour une application donnée.
Le respect de ces critères structurés garantit que vos investissements dans l'impression 3D sont ciblés pour obtenir une valeur maximale et des gains de productivité.
L'avenir de l'impression 3D
La technologie de l'impression 3D a fait des progrès rapides depuis sa création il y a plus de 30 ans. Le marché devrait continuer à croître à un rythme moyen de 25 % par an, dépassant les 34 milliards de dollars dans le monde d'ici 2024.
Plusieurs tendances favorisent l'adoption de cette technologie dans tous les secteurs d'activité :
Progrès dans les matériaux
Les nouveaux photopolymères, composites, filaments souples et alliages métalliques imprimables en 3D élargissent les possibilités de production de pièces à haute performance.
Fabrication hybride
La combinaison de l'impression 3D avec l'usinage, la robotique et d'autres processus au sein d'une plateforme unique accroît l'automatisation.
Personnalisation de masse
L'impression 3D agile permet d'obtenir des produits finis personnalisés à grande échelle plutôt que de se contenter d'un simple prototypage.
Croissance des métaux
La demande d'impression 3D de métaux augmente de plus de 50 % par an dans les secteurs de l'aérospatiale, des soins dentaires et de la médecine.
Fabrication distribuée
Les installations d'impression 3D situées plus près du point d'utilisation réduisent les coûts logistiques et l'impact sur l'environnement.
Au cours de la prochaine décennie, la fabrication additive transformera la conception, le prototypage, la production et les modèles commerciaux dans les secteurs de la fabrication, de la santé, des biens de consommation et de la construction.
Principaux enseignements et résumé
Les principaux enseignements de ce tour d'horizon des technologies d'impression 3D :
- Il existe de nombreux procédés d'impression 3D, chacun ayant des capacités uniques
- Le choix de la méthode optimale dépend de facteurs tels que le matériau cible, la précision, la taille des pièces, les quantités produites, etc.
- La technologie FDM est la plus abordable et la technologie FFF la plus utilisée.
- SLA offre une excellente finition de surface et des détails fins
- La technique SLS permet de réaliser des prototypes fonctionnels dotés de bonnes propriétés
- MJF allie vitesse et qualité pour la production de courts tirages
- L'EBM et le DED sont utilisés pour imprimer en 3D des pièces métalliques de grande taille.
- La fabrication hybride associe l'impression 3D à d'autres processus pour une flexibilité maximale
- Les progrès réalisés dans le domaine des matériaux et des méthodes continueront d'élargir les applications.
En résumé, la compréhension des principes qui sous-tendent chaque technologie de fabrication additive permet d'identifier le meilleur processus pour un produit donné. Le prototypage des options clés fournit une validation supplémentaire pour minimiser les risques. Grâce à sa polyvalence, à sa productivité et à son potentiel de réduction des déchets, l'impression 3D promet d'être une technologie de fabrication clé pour l'avenir dans tous les secteurs.
FAQ
Voici les réponses à quelques questions courantes sur les technologies d'impression 3D :
Q : Quelle est la technologie d'impression 3D la moins chère ?
R : La modélisation par dépôt en fusion (FDM) est la technologie d'impression 3D la plus abordable. Les coûts de l'équipement et des matériaux sont les plus bas pour la FDM, qui utilise des thermoplastiques courants tels que le PLA et l'ABS.
Q : Quelle méthode d'impression 3D offre la meilleure précision ?
R : La stéréolithographie (SLA) offre la plus grande précision de toutes les technologies d'impression 3D courantes, allant de 25 à 100 microns pour la plupart des photopolymères. Elle est donc idéale pour les applications nécessitant des tolérances serrées.
Q : Quel procédé d'impression 3D permet de réaliser des impressions multicolores ?
R : Les méthodes de fusion sur lit de poudre, telles que le jet de liant couleur et la fusion multijet (MJF), permettent de réaliser des impressions multicolores en contrôlant avec précision le dépôt de matériau. Les méthodes d'extrusion thermoplastique comme la FDM permettent également de mélanger les couleurs avec plusieurs têtes d'impression.
Q : Quels sont les métaux qui peuvent être imprimés en 3D ?
R : Les alliages de titane, l'acier inoxydable, le chrome cobalt, l'aluminium et les alliages de nickel sont les métaux les plus courants qui peuvent être imprimés en 3D à l'aide de méthodes de dépôt sur lit de poudre ou d'énergie dirigée.
Q : Quelle est la meilleure méthode d'impression 3D pour les tissus ou les matériaux flexibles ?
R : La modélisation par dépôt en fusion à l'aide d'un filament TPU flexible est le moyen le plus simple d'imprimer en 3D un matériau flexible aux propriétés élastiques similaires à celles des tissus et du caoutchouc. L'impression SLS peut également produire des pièces flexibles en utilisant du polyuréthane en poudre.
Q : Quelle peut être la taille d'une pièce imprimée en 3D ?
R : Les imprimantes 3D grand format pour la construction peuvent produire des pièces de plus de 15 mètres de long. Cependant, pour la plupart des systèmes industriels, la taille maximale des pièces est de.. :
- SLS : 15 x 13 x 18 pouces
- SLA : 1 pied cube
- FDM : 12 x 12 x 12 pouces
- DED : Taille pratiquement illimitée
Q : Quel est le procédé d'impression 3D le plus rapide ?
R : En termes de vitesse de fabrication, Multi Jet Fusion de HP peut atteindre des vitesses jusqu'à 10 à 100 fois plus rapides que les processus SLS et SLA. Les méthodes DED ont également des taux de dépôt élevés, jusqu'à 0,5 kg/heure, mais nécessitent plus de passages pour construire une pièce complète.
Q : Quelles sont les méthodes d'impression 3D utilisées pour la production de masse ?
R : Le jet de liant et le jet de matériau conviennent le mieux à la production à grande échelle. Les techniques FDM, SLS et MJF sont viables pour la fabrication en petite série jusqu'à 10 000 unités. Le DED permet de produire de grands volumes de pièces métalliques.
Q : Quelle est la précision de l'impression 3D sur métal ?
R : La fusion de métaux sur lit de poudre permet d'obtenir une précision de l'ordre de 50 à 100 microns, tandis que l'usinage et la finition peuvent encore améliorer la précision. L'usinage et la finition peuvent encore améliorer la précision. Le DED par pulvérisation à froid offre une précision moindre, de l'ordre de 200 microns.