Introduction
L’impression 3D ou encore la fabrication additive se réfère à une grande variété de méthodes permettant la construction de structures 3D en joignant ou solidifiant la matière par couches successives. A ses tout débuts, cette technologie d’impression 3D est vue comme une solution pour la fabrication de pièces telles que des structures esthétiques et particulièrement onéreuse. Ces dernières années, son accessibilité a rendu la fabrication additive largement utilisée pour le prototypage rapide et celle-ci s’impose comme une solution idéale dans une large gamme de domaines comme la mécanique, la thermique, ou encore l’électronique. Offrant de nouvelles perspectives au prototypes plastiques en brisant les barrières des délais et des coûts de fabrication des pièces ainsi qu’en offrant la possibilité de réaliser des formes très complexes facilement. La fabrication additive devient donc très compétitive face aux techniques de fabrication conventionnelle (usinage, thermoformage ..) comme le montre le Tableau suivant
Les techniques de fabrication additive plastique
Le dépôt de fil fondu
Plus connue sous son appellation anglophone, l’impression de type FDM pour Fused Deposition Modeling a été développée et brevetée en 1988 au sein de l’entreprise Stratasys. C’est la méthode d’impression la plus répandue aujourd’hui de par son accessibilité et sa facilité de prise en main. Elle consiste, comme la montre la Figure II, à pousser un filament thermoplastique à l’aide d’un entraineur, dans une buse chauffée à haute température. Généralement, cette buse se déplace alors sur les axes et afin de créer un motif 2D. Une fois ce premier motif construit, le plateau se déplace suivant l’axe afin de créer la deuxième couche. L’objet 3D est alors fabriquée couche par couche en suivant ce même procédé. Le plus gros avantage de cette méthode d’un point de vue technique, est très certainement la diversité des matériaux disponibles. Néanmoins les précisions sont limitées et les pièces présentent une rugosité de surface importante pour nos applications.
La Stéréolithographie
Apparue en 1986, cette méthode d’impression fonctionne par polymérisation de résine. La plus connue des méthodes par stéréolithographie est la SLA (Stereolithography Apparatus). Cette méthode consiste, comme le montre la Figure III(a), en un faisceau laser qui est orienté à l’aide d’un jeu de miroirs sur un plateau plongé dans un liquide photopolymère. Ce laser solidifie alors le liquide de manière sélective. L’objet se crée alors par couches successives à l’aide du plateau qui s’élève entre chaque couche. Cette technologie d’impression est adressée à toutes les fabrications de pièces nécessitants de bonnes précisions et qualités de surface. Une variante de la SLA, devenue très populaire ces dernières années dû à un coût très attractif, est la méthode DLP (Digital Ligth Processing). Très similaire à la SLA, elle diffère dans la manière de photo-polymériser la matière (Figure III (b)). Cette dernière utilise un vidéo projecteur afin de projeter des motifs numériques qui seront polymérisés. La résolution de cette méthode est alors de la dimension d’un pixel. Avec le développement des projecteurs 4K et la venue prochaine des 8K, cette méthode devient très vite intéressante. La Figure IV présente deux graphiques montrant l’intérêts de la DLP, en comparaison à la méthode SLA en fonction des objets à imprimer. Une dernière méthode récente moins connue, la méthode CLIP (Continuous Liquid Interface Production), très similaire à la DLP, permet des impressions jusqu’à 75 fois plus rapides que la SLA grâce à un plateau perméable à l’oxygène mais reste néanmoins extrêmement onéreuse ().
Le frittage laser
Cette technique d’impression a été inventée en 1980 et est plus connue sous le nom SLS (Selective Laser Sintering), elle est assez proche de la stéréolithographie dans son approche. La matière n’est cependant plus sous forme liquide, mais une poudre aux grains plus ou moins fins. Comme le montre la Figure IV, un lit de poudre est déposé sur un plateau à l’aide d’un rouleau par couches successives et est solidifié sélectivement grâce à un laser à forte puissance. Cette méthode est très intéressante car elle ne nécessite en général aucun support grâce à la poudre non solidifiée qui supporte la pièce. Cela permet l’impression de pièces à formes très complexes, néanmoins, la surface reste assez rugueuse et nécessite souvent un traitement de surface pour être améliorée. Cette méthode est particulièrement adaptée à l’impression 3D métal
Auteur : Dr Julien Haumant, ingénieur hyperfréquence Elliptika