Comment ça fonctionne l’impression en 3D?

L’impression 3D ou la fabrication additive est un processus de fabrication d’objets solides tridimensionnels à partir d’un fichier numérique.

La création d’un objet imprimé en 3D est réalisée à l’aide de processus additifs. Dans un processus additif, un objet est créé en déposant des couches successives de matériau jusqu’à la création de l’objet. Chacune de ces couches peut être vue comme une coupe horizontale en tranches fines de l’objet éventuel.

L’impression 3D est le contraire de la fabrication soustractive qui consiste à découper / évider une pièce de métal ou de plastique avec, par exemple, une fraiseuse.

L’impression 3D vous permet de produire des formes complexes (fonctionnelles) en utilisant moins de matériau que les méthodes de fabrication traditionnelles.

Histoire de l’impression 3D

Dans l’histoire de la fabrication, les méthodes soustractives ont souvent été les premières. Le domaine de l’usinage (générer des formes exactes avec une grande précision) était généralement une affaire soustractive, du limage et du tournage au fraisage et au broyage.

Les premières applications de la fabrication additive se situent dans la salle des outils. Par exemple, le prototypage rapide était l’une des premières variantes additives et sa mission était de réduire les délais et les coûts de développement de prototypes de nouveaux composants et équipements, ce qui n’était auparavant effectué qu’avec des méthodes soustractives (généralement lentes et coûteuses). Cependant, au fil des années et de la technologie, les méthodes additives vont de plus en plus au stade de la production. Les pièces qui étaient autrefois la seule province des méthodes soustractives peuvent maintenant, dans certains cas, être rendues plus rentables grâce à des méthodes additives.

Cependant, l’intégration réelle des nouvelles technologies additives dans la production commerciale consiste essentiellement à compléter les méthodes soustractives au lieu de les déplacer complètement. Selon les prévisions pour l’avenir de la fabrication commerciale, à partir de la période d’enfance déjà commencée, les entreprises de fabrication devront faire preuve de souplesse et utiliser sans cesse les utilisateurs de toutes les technologies disponibles pour rester compétitives.

Comment fonctionne l’impression 3D?

Tout commence par la création d’un modèle 3D sur votre ordinateur. Cette conception numérique est par exemple un fichier CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Un modèle 3D est créé à partir d’un logiciel de modélisation 3D ou à partir de données générées à l’aide d’un scanner 3D. Avec un scanner 3D, vous pouvez créer une copie numérique d’un objet.

Scanners 3D

Actuellement, les scanners 3D ont des prix allant des scanners 3D onéreux de classe industrielle aux scanners DIY à 30 $ que tout le monde peut fabriquer à la maison.

Logiciel de modélisation 3D

Les logiciels de modélisation 3D se présentent sous de nombreuses formes. Il existe des logiciels de classe industrielle qui coûtent des milliers d’années par licence, mais également des logiciels libres, tels que Blender, par exemple. 

Les logiciels de modélisation 3D sont souvent conçus pour s’adapter aux fonctions de l’industrie. Cela a entraîné l’apparition de logiciels adaptés à des niches spécifiques. En conséquence, il existe sur le marché des applications logicielles destinées à l’aérospatiale ou au transport, à la conception de meubles ou à la création de tissus et à la mode, entre autres.

Pour cette raison, lorsque vous débutez, la quantité de choix peut être un peu difficile, nous vous recommandons de commencer avec Tinkercad. Tinkercad est disponible gratuitement et fonctionne dans les navigateurs prenant en charge WebGL, par exemple Google Chrome. Ils offrent des cours pour débutants et ont une option intégrée pour obtenir votre objet imprimé via divers services d’impression 3D.

Maintenant que vous avez un modèle 3D, l’étape suivante consiste à le préparer afin de le rendre imprimable en 3D.

Découpage: du modèle 3D à l’imprimante 3D

Vous devrez découper un modèle 3D pour le rendre imprimable en 3D. Le découpage consiste à diviser un modèle 3D en centaines ou milliers de couches horizontales à l’aide d’un logiciel de découpage.

Il est parfois possible de découper un fichier 3D dans un logiciel de modélisation 3D ou dans l’imprimante 3D elle-même. Il est également possible que vous soyez obligé d’utiliser un outil de découpage pour une imprimante 3D donnée.

Lorsque votre modèle 3D est découpé en tranches, vous êtes prêt à l’envoyer à votre imprimante 3D. Cela peut être fait via USB, SD ou Wi-Fi. Cela dépend vraiment de la marque d’imprimante 3D avec laquelle vous travaillez. Lorsqu’un fichier est chargé dans une imprimante 3D, l’objet est prêt à être imprimé couche par couche en 3D.

Apprenez à imprimer en 3D – Où commencer?

Pour commencer à imprimer en 3D, vous devez vous demander ce que vous aimeriez apprendre en premier. Êtes-vous intéressé par le matériel, ou voulez-vous vous concentrer sur le résultat final – créer des objets? Répondre à cette question peut vous amener à décider si vous devez acheter une imprimante 3D pré-assemblée ou un kit d’imprimante 3D DIY. Plus d’informations dans notre guide de l’acheteur pour les imprimantes 3D pour les débutants.

Quelle imprimante 3D vous convient le mieux?

Vous voulez acheter une imprimante 3D mais vous avez un budget serré? Commencer votre initiation dans l’impression 3D n’a pas besoin d’être coûteux. Il existe de nombreuses imprimantes 3D pas chères de moins de 250 $.

Outre les exemples ci-dessus, de nombreux éléments vous aideront à déterminer quelle est la meilleure imprimante 3D pour vous. Sera-t-il utilisé en classe? Sera-t-il utilisé pour la production de petits lots? Pour plus d’informations, veuillez consulter notre guide pour les meilleures imprimantes 3D à acheter.

Combien coûte une imprimante 3D?

Alors, qu’est-ce qui détermine le prix d’une imprimante 3D?

Pour commencer: les pièces. Lorsqu’un fabricant utilise des pièces de haute qualité (moteurs, cadre, composants électroniques), cela aura une incidence sur le prix du produit final. Lorsque les pièces sont de haute qualité, cela ne signifie pas automatiquement que les impressions donneront d’excellents résultats – il y a trop d’autres facteurs qui jouent également un rôle.
Lorsqu’un fabricant décide de vendre ses pièces à bas prix, il peut commercialiser le produit à un bon prix. D’autre part, cela ne signifie pas automatiquement qu’une imprimante 3D bon marché vous donnera des résultats d’impression incorrects. Mais vous devrez probablement consacrer plus de temps et d’efforts pour atteindre le même niveau.

Deuxièmement, il y a la recherche et le développement. Il faut parfois des années de travail préparatoire et d’ingénierie avant que le produit final devienne une imprimante 3D stable et de haute qualité. La main-d’œuvre peut devenir très coûteuse et bien sûr, il faut récupérer les coûts dépensés.

L’élément suivant qui influence le prix d’une imprimante 3D est: l’assemblage. En général, il est plus économique et plus efficace d’envoyer uniquement les pièces par rapport à une imprimante 3D entièrement assemblée. Cela peut être sous la forme d’un kit de bricolage ou d’une imprimante 3D semi-assemblée. Cela ne signifie pas nécessairement que tous les kits de bricolage ou les imprimantes 3D semi-assemblées sont bon marché. Certains kits de bricolage contiennent des pièces de si haute qualité que même si vous devez l’assembler vous-même, cela reste assez coûteux. De plus, certaines marques qui commercialisent des kits de bricolage consacrent beaucoup de temps et d’efforts à la réalisation de didacticiels pédagogiques et se concentrent sur le service à la clientèle, ce qui n’est pas donné.

Et cela nous amène au dernier point qui détermine le prix de l’imprimante 3D: le service client et la garantie.

Il est fort probable que vous rencontriez des problèmes lors de l’achat d’une imprimante 3D. Si vous avez choisi une imprimante 3D d’une marque connue, vous paierez plus cher, mais vous aurez l’assurance qu’il ya toujours une assistance pour support technique après. De plus, lorsque par exemple quelque chose se brise pendant le transport, vous serez heureux d’avoir pu choisir un produit avec garantie.

Industrie de l’impression 3D

L’industrie mondiale de l’impression 3D est passée à environ 12,8 milliards de dollars en 2018, et pourrait dépasser les 21 milliards de dollars de chiffre d’affaires mondial d’ici 2020. Au fur et à mesure qu’elle évolue, la technologie d’impression 3D est destinée à transformer presque toutes les grandes industries et à changer notre façon de vivre, de travailler et de jouer à l’avenir.

L’industrie de l’impression 3D englobe de nombreuses formes de technologies et de matériaux. Lorsque la plupart des gens pensent à l’impression 3D, ils imaginent une simple imprimante 3D de bureau, mais ce n’est que la partie visible de l’iceberg. L’impression 3D peut être divisée en impression métal, tissus, et plusieurs autres industries. Pour cette raison, il est important de le voir comme une grappe d’industries diverses avec une multitude d’applications différentes.

Actuellement l’état de l’impression 3D est plus utilisée dans les domaines industriels:

• Biens de consommation (17%)
• Biens industriels (17%)
• Haute technologie (13%)
• Services (9%)
• Secteur de la santé (7%)

L’impression 3D est de plus en plus liée aux activités quotidiennes des entreprises. En termes de perspectives, les patrons voient clairement l’impression 3D comme un avantage. La plupart s’attendent à une augmentation des dépenses de 72% pour les années suivantes. À ce stade, la plupart des entreprises se concentrent principalement sur la recherche et développement et le proto-typage.

Les imprimantes 3D FFF / FDM sont les imprimantes 3D les plus utilisées en 2018, SLS arrivant en seconde position. Bien que, au fil des ans, l’impression sur métal ait été en hausse. Il fallait s’y attendre, car de très grandes quantités de Recherches et Développements sont consacrées au secteur des métaux de la fabrication additive. Des sociétés comme Google et General Electric ont investi dans diverses technologies au cours de l’année, ayant peut-être compris le potentiel futur de l’impression sur métal.

Exemples et applications de l’impression 3D

Les applications incluent le prototypage rapide, les maquettes et maquettes architecturales, les prothèses imprimées en 3D et les accessoires de cinéma.

Parmi les autres exemples d’impression 3D, citons la reconstruction de fossiles en paléontologie, la reproduction d’artefacts anciens en archéologie, la reconstruction d’os et de parties du corps en médecine légale et la reconstruction d’éléments de preuve fortement endommagés, acquis au cours d’enquêtes sur les lieux du crime.

Éducation et Formation

Les enseignants et les étudiants utilisent depuis longtemps des imprimantes 3D en classe. L’impression 3D permet aux étudiants de concrétiser leurs idées de manière rapide et abordable.

Écoles primaires et secondaires

Les fabricants d’imprimantes 3D jouent un rôle plus direct dans l’éducation. Les entreprises entreprennent souvent des programmes de promotion des technologies. Ces programmes constituent pour les écoles un moyen moins coûteux de rendre les imprimantes 3D disponibles pour les cours.

De même, certaines entreprises fournissent des plans de cours aux écoles et enseignent aux enfants comment les utiliser (et parfois les construire). Ceci est important car de nombreuses écoles peuvent ne pas avoir de personnel possédant une expérience abondante dans ce domaine.

Universités

Bien que les diplômes spécifiques à la fabrication additive soient relativement nouveaux, les universités utilisent depuis longtemps des imprimantes 3D dans d’autres disciplines. Il existe de nombreux cours de formation pour s’impliquer dans l’impression 3D. Les universités proposent des cours sur des éléments adjacents à l’impression 3D, tels que le Dessin et la Conception Assistés par Ordinateur (DAO / CAO) et la conception 3D, qui peuvent être appliqués à l’impression 3D à un stade donné.

En termes de prototypage, de nombreux programmes universitaires se tournent vers les imprimeurs. Il existe des spécialisations dans la fabrication additive que l’on peut atteindre par des diplômes d’architecture ou de design industriel. Les prototypes imprimés sont également très courants dans les domaines des arts, de l’animation et de la mode.

Les laboratoires de recherche de diverses professions utilisent l’impression 3D à des fins fonctionnelles. Alors que la plupart des études utilisent encore les imprimantes pour modèles, les ingénieurs médicaux et aérospatiaux les utilisent pour créer de nouvelles technologies. Les laboratoires médicaux produisent toutes sortes d’outils et produits biologiques et de conceptions pour les prothèses. De même, les ingénieurs incorporent l’impression dans les conceptions d’automobiles et d’avions.

Ateliers et cours en ligne

L’environnement éducatif ne se limite pas aux institutions et aux écoles. Il existe de nombreuses autres façons d’apprendre sur la fabrication additive. L’un des plus en plus populaires est de le faire en ligne. Pour compléter les études en ligne, de nombreuses entreprises proposent des offres spéciales pour les imprimantes 3D et les technologies associées. Une de ces offres est fournie avec ces cours en ligne.

Vous pouvez également vous apprendre gratuitement en visionnant des vidéos YouTube. De nombreux YouTubers et professeurs en ligne gagnent leur vie en assemblant des imprimantes 3D et en créant des tutoriels gratuits.

Les imprimantes métalliques sont chères et nécessitent une formation avant de pouvoir les utiliser. Les fabricants des secteurs de l’aérospatiale / de la défense, de la production d’énergie et de l’électronique assistent à des journées d’instruction en profondeur et reçoivent un aperçu détaillé des technologies d’impression 3D, suivis d’un programme intensif et pratique sur l’utilisation des imprimantes métalliques dans le prototypage et la production. Ce genre de cours sont plus professionnels et s’adressent souvent aux entreprises plutôt qu’aux individus. Ils peuvent être un excellent moyen pour apprendre à utiliser un équipement qui est généralement hors de portée du consommateur habituel.

Prototypage rapide

Les fabricants utilisent depuis longtemps des imprimantes 3D dans leur processus de conception pour créer des prototypes. L’utilisation d’imprimantes 3D à ces fins s’appelle le prototypage rapide.

Pourquoi utiliser les imprimantes 3D pour le prototypage rapide?

En bref: c’est rapide et relativement bon marché. Nike utilise des imprimantes 3D pour créer des prototypes de chaussures à crampons. Avant, ils dépensaient des milliers de dollars (et attendaient des semaines) sur un prototype avant de pouvoir le tenir entre les mains. Désormais, le coût n’est plus qu’une fraction de ce qu’il était et les modifications du fichier 3D peuvent être effectuées instantanément et le prototype réimprimé le même jour.

Fabrication rapide

Outre le prototypage rapide, l’impression 3D est également utilisée pour la fabrication rapide. La fabrication rapide est une nouvelle méthode de fabrication dans laquelle les entreprises utilisent des imprimantes 3D pour la fabrication personnalisée à court terme / petits lots. Dans cette manière de fabriquer les objets imprimés ne sont pas des prototypes mais des outils, des moules ou des produits d’utilisation finale.

Automobile

Les constructeurs automobiles, les restaurateurs et les réparateurs utilisent l’impression 3D depuis longtemps. Les experts de l’industrie automobile s’attendent à ce que l’utilisation des technologies de fabrication additive augmente dans les années à venir. Les entreprises l’utilisent pour produire non seulement des pièces, mais également des outils, des gabarits et des accessoires. Il a également permis la fabrication à la demande, entraînant une réduction des stocks de pièces de rechange.

Même si les grands fabricants sont les principaux utilisateurs de l’impression 3D, d’autres types d’amateurs d’automobiles s’imposent également. Les ingénieurs automobiles du monde entier utilisent des pièces imprimées pour restaurer de vieilles voitures. En faisant cela, ils ont dû imprimer des pièces qui ne fonctionnaient plus et qu’on ne peut acheter nulle part depuis des décennies et ils ont réussi.

Aviation

L’industrie aéronautique utilise actuellement l’impression 3D sous différentes formes. Boeing explore depuis longtemps le potentiel des pièces imprimées et des avions. En 2015, on estimait que Boeing avait implémenté plus de 20 000 pièces imprimées en 3D dans ses avions. Boeing utilise également l’impression sur métal. Le 787 utilise des tonnes de pièces de titane imprimées, permettant à la société d’économiser 2 à 3 millions d’euros par avion.

Aérospatial

Si vous souhaitez que l’impression 3D soit appliquée de la manière la plus forte qui soit, ne cherchez pas plus loin que l’industrie aérospatiale. Des matériaux aux imprimantes conceptuelles, ils effectuent certaines des recherches les plus intéressantes et les plus pointues du domaine, dans le but de rendre l’exploration interstellaire plus habitable.

Les déplacements dans l’espace nécessitent un matériau ultra résistant. Plusieurs organisations, telles que la NASA, ont perfectionné la protection des navettes à l’aide d’imprimantes 3D.

Les chercheurs ont également cherché des moyens de rendre les matériaux plus accessibles. La Northwestern University a présenté un concept permettant de transformer le sol extraterrestre en pièces imprimables. Les méthodes d’impression qu’ils ont développées permettent aux imprimeurs de créer des produits à partir de matériaux abondants.

Construction

Pouvez-vous imprimer des bâtiments? – vous le pouvez bien sûr. Elles ne sont pas nombreuses, mais il existe des sociétés qui produisent des résultats fascinants. Elles affirment pouvoir imprimer une maison dans les 24 heures. 

De même, des pays comme la Chine expérimentent l’impression 3D dans la construction. Plusieurs projets utilisent des matériaux recyclables pour imprimer des maisons à des prix défiant toute concurrence (4 800 dollars par unité). Dans ce cas, toutes les pièces sont imprimées séparément en premier et ensuite assemblées.

Étant donné que les grands projets de construction nécessitent une vaste zone de construction, les entreprises ont dû sortir des sentiers battus. La robotique sur site, par exemple, utilise le concept d’augmentation des volumes de construction en installant des imprimantes sur des câbles et en surveillant le processus à l’aide de drones. Ces concepts évoluent rapidement avec le temps, mais il reste du chemin à parcourir.

Architecture

Les architectes ont été l’un des premiers à adopter la technologie d’impression 3D. Lorsque les architectes doivent présenter leur travail sous forme de maquette physique, l’impression 3D sera toujours un moyen rapide et efficace de le faire. Les imprimantes 3D aident à réduire la main-d’œuvre et le temps nécessaires à la visualisation des conceptions pour les clients.

Les produits de consommation

Bien que le prototypage soit encore la principale utilisation des imprimantes, de nombreuses entreprises produisent des produits destinés aux utilisateurs finaux avec des imprimantes 3D. Voici des exemples:

Meubles

Des entreprises envisagent d’imprimer des meubles et investissent des sommes considérables dans de nouvelles techniques. Avec le MIT, ils ont présenté un nouveau moyen fantastique et rapide de polymériser le plastique par ultraviolet dans les formes souhaitées. Ils espèrent en tirer parti dans une technique de fabrication de meubles.

Ces imprimantes permettent également aux matériaux d’être réutilisés. Les chaises imprimées en 3D du designer néerlandais Dirk van der Kooij sont imprimées en quelques heures. Il utilise du plastique recyclé provenant de vieux réfrigérateurs pour créer son fauteuil Endless Chair, un meuble durable et élégant.

Éclairage

Il y a un bon nombre d’appareils d’éclairage de designer et de nuances de lampe utilisant l’impression 3D. À l’heure actuelle, il n’y en a pas de production de masse. Les suspensions U-TL de la société néerlandaise V3RS s’enveloppent autour d’un tube fluorescent, offrant une forme unique aux solutions d’éclairage. Ils peuvent prendre la forme de fleurs ou d’autres formes qui ajoutent une saveur supplémentaire au design de n’importe quelle pièce.

La fabrication additive a également permis le développement d’optiques pour ampoules et LED. Les travaux de Luxexcel en matière d’impression d’optique sont déjà utilisés pour diverses lampes et réseaux de DEL. Cela modifie la façon dont nous projetons et produisons de la lumière.

Accessoires / bijoux

Les imprimantes 3D sont idéales pour confectionner des bibelots et de minuscules accessoires au quotidien. L’impression de bijoux en est peut-être le meilleur exemple. C’est un autre créneau de l’impression 3D. Les imprimantes telles que Solidscape S300 sont idéales pour créer les moules à cire utilisés pour la fabrication de bijoux. Solidscape propose en réalité toute une gamme de machines de ce type, ce qui indique que le marché existe.

Médical

Les perspectives d’utilisation médicale de l’impression 3D évoluent à un rythme extrêmement rapide, car les spécialistes commencent à utiliser l’impression 3D de manière plus avancée. Les patients du monde entier constatent une amélioration de la qualité des soins grâce à des implants et des prothèses imprimés en 3D jamais vus auparavant. Même les stylos 3D aident en chirurgie orthopédique.

Bio-impression

Depuis le début des années deux mille, les technologies d’impression 3D ont été étudiées par les sociétés de biotechnologie et les universités pour une utilisation possible dans les applications d’ingénierie tissulaire où les organes et les parties du corps sont construits à l’aide de techniques à jet d’encre. Des couches de cellules vivantes sont déposées sur un milieu gélifié et lentement développées pour former des structures tridimensionnelles. Nous nous référons à ce domaine de recherche avec le terme: bio-impression (produire artificiellement des tissus biologiques.)

Dentaire

L’industrie dentaire adopte rapidement les produits imprimés en 3D. Cela a permis aux dentistes de fabriquer des attelles à morsure, des gardes de nuit, des dispositifs de retenue, des prothèses dentaires et des couronnes. En fait, il existe tout un marché pour les imprimantes dentaires. Ces imprimantes permettent aux professionnels dentaires de fabriquer des appareils dans la forme exacte dont les clients ont besoin pour une fraction du coût habituel.

Aliments

La fabrication additive a envahi l’industrie alimentaire il y a longtemps. Des restaurants utilisent cela comme un argument de vente unique pour attirer des clients du monde entier.

L’impression 3D permet de créer différents et surprenant aliment et nourriture. Des pâtes transparentes et pouvant changer de forme pourraient être disponibles prochainement dans un magasin proche de chez vous. Même la NASA commence à jouer avec les pizzas imprimées dans l’espace.

La Mode

L’impression 3D est à la périphérie du monde de la mode. Les designers en herbe tentent depuis longtemps d’exploiter son potentiel. Les designers conçoivent des outils qui peuvent bouleverser le système de production et de vente au détail. 

L’avenir de l’impression 3D

Certains partisans de la fabrication additive prévoient que ce développement technologique modifiera la nature du commerce, car les utilisateurs finals pourront se fabriquer eux-mêmes une grande partie de leur produits plutôt que de se livrer à des échanges commerciaux pour acheter des produits à d’autres personnes et sociétés.

Des imprimantes 3D capables d’imprimer en couleur et en plusieurs matériaux existent déjà et continueront à s’améliorer à un point tel que des produits (électroniques) fonctionnels pourront être imprimés. Avec des effets sur la consommation d’énergie, la réduction des déchets, la personnalisation, la disponibilité des produits, la médecine, l’art, la construction et les sciences, l’impression 3D va changer le monde de la fabrication tel que nous le connaissons.

Prestations de service

Si vous n’êtes pas sûr que l’impression 3D est le bon outil pour vous et que vous souhaitez tester les possibilités sans acheter d’imprimante 3D, vous pouvez recourir à un service d’impression 3D.

Plusieurs entreprises offrent ce genre de service et peuvent imprimer un objet à partir d’un fichier numérique que vous envoyez simplement sur leur site Web. Vous pouvez même vendre vos dessins 3D sur leurs sites Web et gagner un peu d’argent!

Les marchés 3D

Si vous n’avez pas les compétences nécessaires pour concevoir vos propres designs et modèles 3D, vous pouvez toujours imprimer de très beaux objets. Plusieurs sites contiennent des fichiers de modèles 3D que vous pouvez télécharger moyennant un léger supplément ou gratuitement.