Impression 3D

La technologie d'impression 3D, ou fabrication additive, est un procédé permettant de produire des objets tridimensionnels à partir d'un modèle numérique, par ajout de matière de façon additive et en couches successives. Tout d'abord, une représentation virtuelle en 3D de l'objet est obtenue au moyen d'une conception assistée par ordinateur (CAO). Ce modèle est ensuite "découpé" en une série de tranches horizontales pour convertir la représentation en un fichier STL (standard tessellation language), qui peut être lu par l'imprimante 3D. Ces données sont alors transférées à l'imprimante et les paramètres d'impression sont définis. L'objet final est produit couche par couche, chaque couche reposant sur la couche précédente et étant collée à cette dernière.

Comme l'impression 3D permet de produire des formes et des structures très complexes avec une grande précision et de façon répétée à partir d'une vaste gamme de matières, elle est utilisée dans un grand nombre d'applications dans les domaines aérospatial, automobile, médical, alimentaire, de la construction, de la mode, des bijoux et de la fabrication. De nombreuses techniques peuvent être utilisées pour imprimer en 3D des objets dotés de diverses propriétés mécaniques, thermiques et chimiques, à partir de matières à l'état fondu, liquide ou en poudre.

Parmi les technologies d'impression 3D populaires, on peut citer :

Polymérisation en cuve

La polymérisation en cuve tire parti de la photopolymérisation pour traiter et solidifier une résine de polymère liquide. La stéréolithographie (SL) a été la première méthode d'impression 3D reposant sur ce principe à être mise au point et commercialisée. Une imprimante SL utilise des miroirs placés selon les axes X-Y pour diriger un faisceau laser à travers une cuve de résine, en vue de créer la section transversale d'un objet. Le traitement numérique de la lumière (DLP, Digital Light Processing) utilise un projecteur doté d'un écran LCD ou d'une source de lumière UV pour émettre des flashs de lumière et créer ainsi chaque couche. Ce type d'impression 3D à base de résine est rapide, car une couche entière est exposée en même temps. La stéréolithographie par masque (MLA, Masked Stereolithography) utilise un réseau de LED pour émettre de la lumière UV au travers d'un photomasque LCD (écran à cristaux liquides).

Dépôt de filament fondu

La méthode du dépôt de filament fondu (procédé FDM, Fused Deposition Modeling ou FFF, Fused Filament Fabrication ou encore extrusion de matériau) est la technologie d'impression 3D la plus courante et la plus économe. Une bobine de filament thermoplastique (p ex., PLA, ABS) est chauffée jusqu'à son point de fusion puis extrudée au travers d'une buse sur une plateforme, sur laquelle le matériau fondu se refroidit et se solidifie. Cette technologie est utilisée dans le moulage par injection et la fabrication moderne de plastiques pour obtenir des produits prêts à l'emploi.

Fusion sur lit de poudre

La fusion sur lit de poudre permet de durcir des poudres métalliques ou polymères à l'aide d'une source d'énergie thermique pour créer un objet solide en métal ou en plastique. La poudre est tout d'abord chauffée à une température juste en dessous de son point de fusion. Un rouleau distribue ensuite une couche très fine de poudre à la surface du lit de fabrication, avant le passage d'un laser qui induit la fusion de la couche. Une fois la couche terminée, le lit de poudre s'enfonce petit à petit pour former la couche suivante. Le frittage sélectif par laser (SLS, Selective Laser Sintering) réalise des frittages successifs sur une poudre de polymère à l'aide d'un laser. La fusion sélective par laser (SLM, Selective Laser Melting) consiste à faire fondre complètement une poudre de métal, au lieu de la fritter. Parmi les autres formes de fusion de lit de poudre métallique, on peut mentionner le frittage direct de métal par laser (DMLS, Direct Metal Laser Sintering) et la fonte à faisceau électronique (EBM, Electronic Beam Melting).

Projection de matériau

La projection de matériau (MJ, Material Jetting) utilise la technologie des imprimantes à jet d'encre pour ajouter de très fines gouttelettes de photopolymères ou de cire sur une plaque de support. Une lampe UV traite simultanément les couches au fur et à mesure qu'elles sont imprimées pour les solidifier. La projection de matériau consiste à déposer rapidement une matière en ligne, plutôt que point par point. Plusieurs objets peuvent ainsi être fabriqués sur une même ligne. En outre, cette méthode permet d'imprimer différentes matières sur un même objet. La technologie d'impression 3D de goutte à la demande (DOD, Drop-On-Demand ou impression à jet contrôlé) utilise deux imprimantes à jet pour déposer simultanément la matière de l'objet final et une matière de support soluble.