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Le guide du débutant gratuit – Industrie de l’impression 3D

Bienvenue dans le guide d’initiation à l’impression 3D. Que vous soyez novice en matière de technologie d’impression 3D ou que vous cherchiez simplement à combler quelques lacunes dans vos connaissances, nous sommes heureux que vous soyez passé nous voir. À ce jour, la plupart d’entre nous ont entendu parler, à un certain niveau, du potentiel de l’impression 3D. Mais avec ce guide, nous vous offrons un aperçu de l’histoire et de la réalité de l’impression 3D – les procédés, les matériaux et les applications – ainsi que des réflexions mesurées sur la direction qu’elle pourrait prendre. Nous espérons que vous trouverez que ce guide est l’une des ressources les plus complètes sur l’impression 3D et que, quel que soit votre niveau de compétence, il répondra à vos besoins.

Êtes-vous prêt ? Commençons !

01 – Principes de base
02 – Histoire
03 – Technologie
04 – Processus
05 – Matériels
06 – Effets globaux
07 – Avantages et valeur
08 – Candidatures

01 – Les principes de base de l’impression 3D

L’impression 3D – également connue sous le nom de fabrication additive – a été citée dans le Financial Times et par d’autres sources comme étant potentiellement plus importante que l’Internet. Certains pensent que c’est vrai. Beaucoup d’autres estiment que cela fait partie de l’extraordinaire battage qui existe autour de ce domaine technologique très excitant. Alors, qu’est-ce que l’impression 3D, qui utilise généralement les imprimantes 3D et à quoi servent-elles ?

Vue d’ensemble

Le terme « impression 3D » couvre une multitude de procédés et de technologies qui offrent un éventail complet de possibilités pour la production de pièces et de produits dans différents matériaux. Pour l’essentiel, tous les processus et technologies ont en commun la manière dont la production est réalisée couche par couche dans un processus additif, ce qui contraste avec les méthodes de production traditionnelles impliquant des méthodes soustractives ou des processus de moulage et de coulée. Les applications de l’impression en 3D apparaissent presque chaque jour et, comme cette technologie continue à pénétrer plus largement et plus profondément dans les secteurs de l’industrie, des fabricants et des consommateurs, cette tendance ne peut que s’accentuer. La plupart des commentateurs réputés de ce secteur technologique s’accordent à dire qu’à l’heure actuelle, nous commençons à peine à voir le véritable potentiel de l’impression en 3D. 3DPI, une source médiatique fiable pour l’impression 3D, vous apporte toutes les dernières nouvelles, les points de vue, les développements de procédés et les applications qui émergent dans ce domaine passionnant. Cet article de synthèse vise à fournir au public de 3DPI un document d’information fiable sur l’impression 3D en termes de ce qu’elle est (technologies, processus et matériaux), son histoire, ses domaines d’application et ses avantages

Introduction – Qu’est-ce que l’impression 3D ?

L’impression 3D est un procédé permettant de fabriquer un objet physique à partir d’un modèle numérique tridimensionnel, généralement en déposant plusieurs fines couches successives d’un matériau. Elle permet de donner à un objet numérique (sa représentation CAO) sa forme physique en ajoutant couche par couche des matériaux.

Il existe plusieurs techniques différentes pour imprimer un objet en 3D. Nous y reviendrons plus en détail plus loin dans le guide. L’impression 3D apporte deux innovations fondamentales : la manipulation des objets dans leur format numérique et la fabrication de nouvelles formes par ajout de matériau.

Le numérique

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Fabrication d’additifs

La technologie a affecté l’histoire humaine récente probablement plus que tout autre domaine. Pensez à une ampoule électrique, à une machine à vapeur ou, plus récemment, aux voitures et aux avions, sans parler de l’essor et de l’essor de la toile mondiale. Ces technologies ont amélioré notre vie de nombreuses façons, ouvert de nouvelles voies et possibilités, mais il faut généralement du temps, parfois même des décennies, avant que la nature véritablement perturbatrice de la technologie ne devienne apparente.

Il est largement admis que l’impression 3D ou la fabrication additive (AM) a le vaste potentiel pour devenir l’une de ces technologies. L’impression en 3D est désormais couverte par de nombreuses chaînes de télévision, par les journaux grand public et par des ressources en ligne. Qu’est-ce vraiment que cette impression 3D qui, selon certains, va mettre fin à la fabrication traditionnelle telle que nous la connaissons, révolutionner la conception et imposer des implications géopolitiques, économiques, sociales, démographiques, environnementales et sécuritaires dans notre vie quotidienne ?

Le principe le plus fondamental et le plus différenciateur de l’impression 3D est qu’il s’agit d’un processus de fabrication additive. Et c’est bien là la clé, car l’impression 3D est une méthode de fabrication radicalement différente, basée sur une technologie avancée qui construit les pièces, de manière additive, en couches à l’échelle sub-millimétrique. Cette méthode est fondamentalement différente de toutes les autres techniques de fabrication traditionnelles existantes.

Il existe un certain nombre de limites à la fabrication traditionnelle, qui a largement reposé sur le travail humain et a été réalisée à la main ; l’idéologie remonte aux origines étymologiques du mot français pour désigner la fabrication elle-même. Cependant, le monde de la fabrication a changé, et les processus automatisés tels que l’usinage, le moulage, le formage et la coulée sont tous (relativement) nouveaux et complexes et nécessitent des machines, des ordinateurs et des robots.

Cependant, ces technologies exigent toutes de soustraire de la matière d’un bloc plus grand, que ce soit pour réaliser le produit final lui-même ou pour produire un outil pour les processus de moulage ou de coulée, ce qui constitue une sérieuse limitation dans le processus de fabrication global.

Pour de nombreuses applications, les processus traditionnels de conception et de production imposent un certain nombre de contraintes inacceptables, notamment l’outillage coûteux mentionné ci-dessus, les montages et la nécessité d’assembler des pièces complexes. En outre, les procédés de fabrication soustractifs, tels que l’usinage, peuvent entraîner le gaspillage de jusqu’à 90 % du bloc de matériau d’origine. En revanche, l’impression 3D est un procédé de création directe d’objets, par ajout de matière couche par couche de diverses manières, en fonction de la technologie utilisée. Pour simplifier l’idéologie qui sous-tend l’impression 3D, pour quiconque essaie encore de comprendre le concept (et il y en a beaucoup), on pourrait le comparer au processus de construction automatique de quelque chose avec des blocs Lego.

L’impression 3D est une technologie habilitante qui encourage et stimule l’innovation avec une liberté de conception sans précédent tout en étant un processus sans outil qui réduit les coûts et les délais prohibitifs. Les composants peuvent être conçus spécifiquement pour éviter les exigences d’assemblage avec une géométrie complexe et des caractéristiques complexes créées sans frais supplémentaires. L’impression 3D est également en train d’émerger comme une technologie à faible consommation d’énergie, qui peut apporter des avantages environnementaux tant au niveau du processus de fabrication lui-même, en utilisant jusqu’à 90 % de matériaux standard, qu’au niveau de la durée de vie des produits, grâce à une conception plus légère et plus résistante.

Ces dernières années, l’impression 3D a dépassé le stade du prototypage et du processus de fabrication industriels, car cette technologie est devenue plus accessible aux petites entreprises et même aux particuliers. Autrefois le domaine des grandes multinationales en raison de l’échelle et de la rentabilité de la possession d’une imprimante 3D, il est désormais possible d’acquérir des imprimantes 3D plus petites (moins performantes) pour moins de 1 000 dollars.

Cela a permis d’ouvrir la technologie à un public beaucoup plus large, et comme le taux d’adoption exponentiel se poursuit rapidement sur tous les fronts, de plus en plus de systèmes, de matériaux, d’applications, de services et d’accessoires apparaissent.

02 – Histoire de l’impression 3D

Les premières technologies d’impression en 3D sont apparues à la fin des années 1980, sous le nom de technologies de prototypage rapide (RP). En effet, ces procédés ont été conçus à l’origine comme une méthode rapide et plus rentable de création de prototypes pour le développement de produits dans l’industrie. Il est intéressant de noter que la toute première demande de brevet pour la technologie de prototypage rapide a été déposée par un certain Dr Kodama, au Japon, en mai 1980. Malheureusement pour le Dr Kodama, la description complète du brevet n’a pas été déposée avant la date limite d’un an après la demande, ce qui est particulièrement désastreux étant donné qu’il était avocat en brevets ! En termes réels, cependant, les origines de l’impression 3D remontent à 1986, lorsque le premier brevet a été délivré pour un appareil de stéréolithographie (SLA). Ce brevet appartenait à un certain Charles (Chuck) Hull, qui a inventé son premier appareil SLA en 1983. Hull a ensuite cofondé 3D Systems Corporation – l’une des organisations les plus importantes et les plus prolifiques du secteur de l’impression 3D aujourd’hui.

Le premier système de RP commercial de 3D Systems, le SLA-1, a été introduit en 1987 et, après des tests rigoureux, le premier de ces systèmes a été vendu en 1988. Comme c’est souvent le cas avec les nouvelles technologies, bien que le SLA puisse prétendre être le premier à partir de zéro, il n’était pas la seule technologie de reprographie en développement à cette époque, car en 1987, Carl Deckard, qui travaillait à l’université du Texas, a déposé un brevet aux États-Unis pour le procédé de reprographie par frittage laser sélectif (SLS). Ce brevet a été délivré en 1989 et le SLS a ensuite été concédé sous licence à DTM Inc, qui a ensuite été racheté par 3D Systems. 1989 est également l’année où Scott Crump, cofondateur de Stratasys Inc., a déposé un brevet pour la modélisation par dépôt fondu (Fused Deposition Modelling, FDM) – la technologie propriétaire que détient encore la société aujourd’hui, mais qui est également le procédé utilisé par de nombreuses machines d’entrée de gamme, basées sur le modèle RepRap à source ouverte, qui sont aujourd’hui prolifiques. Le brevet FDM a été délivré à Stratasys en 1992. En Europe, l’année 1989 a également vu la création de la société EOS GmbH en Allemagne, fondée par Hans Langer. Après s’être intéressée aux procédés de frittage laser, EOS a concentré ses efforts de R&D sur le procédé de frittage laser, qui n’a cessé de se développer. Aujourd’hui, les systèmes EOS sont reconnus dans le monde entier pour la qualité de leur production pour le prototypage industriel et les applications de production de l’impression 3D. EOS a vendu son premier système « Stereos » en 1990. Le procédé de frittage direct de métal par laser (DMLS) de la société est le résultat d’un projet initial avec une division d’Electrolux Finlande, qui a ensuite été rachetée par EOS.

D’autres technologies et procédés d’impression 3D ont également vu le jour au cours de ces années, à savoir la fabrication de particules balistiques (BPM), brevetée à l’origine par William Masters, la fabrication d’objets laminés (LOM), brevetée à l’origine par Michael Feygin, le durcissement des sols solides (SGC), breveté à l’origine par Itzchak Pomerantz et al, et l’impression en trois dimensions (3DP), brevetée à l’origine par Emanuel Sachs et al. Le début des années 90 a donc vu un nombre croissant d’entreprises concurrentes sur le marché de la RP, mais il ne reste aujourd’hui que trois des originaux – 3D Systems, EOS et Stratasys.

Tout au long des années 1990 et au début des années 2000, une multitude de nouvelles technologies ont continué à être introduites, toujours entièrement axées sur des applications industrielles et, bien qu’il s’agisse encore en grande partie de procédés pour des applications de prototypage, la R&D était également menée par les fournisseurs de technologies plus avancées pour des applications spécifiques d’outillage, de moulage et de fabrication directe. C’est ainsi qu’est apparue une nouvelle terminologie, à savoir respectivement l’outillage rapide (RT), la coulée rapide et la fabrication rapide (RM).

En termes d’opérations commerciales, Sanders Prototype (plus tard Solidscape) et ZCorporation ont été créées en 1996, Arcam a été créée en 1997, Objet Geometries a été lancée en 1998, MCP Technologies (un OEM établi dans le domaine de la coulée sous vide) a introduit la technologie SLM en 2000, EnvisionTec a été fondée en 2002, ExOne a été créée en 2005 en tant que spin-off de l’Extrude Hone Corporation et Sciaky Inc a été le pionnier de son propre procédé additif basé sur sa technologie exclusive de soudage par faisceau d’électrons. Ces entreprises ont toutes contribué à gonfler les rangs des entreprises occidentales opérant sur un marché mondial. La terminologie avait également évolué avec la prolifération des applications de fabrication et le terme générique accepté pour tous les processus était « Additive Manufacturing » (AM). De nombreux développements parallèles ont notamment eu lieu dans l’hémisphère oriental. Cependant, ces technologies, bien qu’importantes en elles-mêmes et connaissant un certain succès au niveau local, n’ont pas vraiment eu d’impact sur le marché mondial à cette époque.

Au milieu des années quatre-vingt-dix, le secteur a commencé à montrer des signes de diversification distincts, avec deux domaines d’intervention spécifiques qui sont beaucoup plus clairement définis aujourd’hui. Tout d’abord, il y a eu le haut de gamme de l’impression 3D, des systèmes encore très coûteux, qui étaient orientés vers la production de pièces de grande valeur, très techniques et complexes. Cette évolution se poursuit – et se développe – mais les résultats commencent seulement maintenant à être réellement visibles dans les applications de production dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de la médecine et de la joaillerie, car des années de R&D et de qualification portent maintenant leurs fruits. Il reste encore beaucoup à faire à huis clos et/ou dans le cadre d’accords de non-divulgation (NDA). À l’autre bout du spectre, certains fabricants de systèmes d’impression 3D développaient et faisaient progresser les « concepteurs de modèles », comme on les appelait à l’époque. Plus précisément, il s’agissait d’imprimantes 3D qui se concentraient sur l’amélioration du développement de concepts et du prototypage fonctionnel, qui étaient développés spécifiquement comme des systèmes de bureau, conviviaux et rentables. Le prélude aux machines de bureau d’aujourd’hui. Cependant, ces systèmes étaient encore tous destinés à des applications industrielles.

Rétrospectivement, c’était vraiment le calme avant la tempête.

Au bas de l’échelle du marché – les imprimantes 3D qui sont aujourd’hui considérées comme étant dans le milieu de gamme – une guerre des prix est apparue ainsi que des améliorations progressives de la précision, de la vitesse et des matériaux d’impression.

En 2007, le marché a vu le premier système de moins de 10 000 dollars de 3D Systems, mais il n’a jamais atteint le niveau qu’il était censé atteindre. Cela était dû en partie au système lui-même, mais aussi à d’autres influences du marché. À l’époque, le Saint-Graal était d’obtenir une imprimante 3D de moins de 5 000 $ – ce qui était considéré par de nombreux initiés, utilisateurs et commentateurs du secteur comme la clé pour ouvrir la technologie d’impression 3D à un public beaucoup plus large. Pendant une grande partie de cette année-là, l’arrivée de la très attendue Desktop Factory – dont beaucoup prédisaient qu’elle serait l’accomplissement de ce saint graal – a été annoncée comme celle à suivre. Elle n’a rien donné, car l’organisation s’est effondrée avant la production. Desktop Factory et sa dirigeante, Cathy Lewis, ont été rachetées, avec la propriété intellectuelle, par 3D Systems en 2008 et ont pratiquement disparu. Mais il s’est avéré que 2007 a marqué un tournant dans l’accessibilité de la technologie d’impression 3D – même si peu de gens s’en rendaient compte à l’époque – lorsque le phénomène RepRap a pris racine. Dès 2004, le Dr Bowyer a conçu le concept RepRap d’une imprimante 3D à source ouverte et à réplication automatique, et la graine a germé dans les années qui ont suivi, grâce aux efforts de son équipe à Bath, notamment Vik Oliver et Rhys Jones, qui ont développé le concept jusqu’à la réalisation de prototypes d’une imprimante 3D utilisant le procédé de dépôt. C’est en 2007 que les pousses ont commencé à se manifester et que ce mouvement embryonnaire d’impression 3D en source ouverte a commencé à gagner en visibilité.

Mais ce n’est qu’en janvier 2009 que la première imprimante 3D disponible dans le commerce – sous forme de kit et basée sur le concept RepRap – a été mise en vente. Il s’agissait de l’imprimante 3D RapMan de BfB. Elle a été suivie de près par Makerbot Industries en avril de la même année, dont les fondateurs se sont fortement impliqués dans le développement du RepRap jusqu’à ce qu’ils s’écartent de la philosophie Open Source suite à un investissement important. Depuis 2009, une multitude d’imprimantes à dépôt similaires ont vu le jour avec des arguments de vente uniques marginaux (USP) et elles continuent à le faire. La dichotomie intéressante ici est que, alors que le phénomène RepRap a donné naissance à un tout nouveau secteur d’imprimantes 3D commerciales d’entrée de gamme, l’éthique de la communauté RepRap est axée sur les développements Open Source pour l’impression 3D et le maintien de la commercialisation à distance.

2012 a été l’année où des procédés alternatifs d’impression 3D ont été introduits au niveau de l’entrée du marché. Le B9Creator (utilisant la technologie DLP) est arrivé en premier en juin, suivi par le Form 1 (utilisant la stéréolithographie) en décembre. Tous deux ont été lancés via le site de financement Kickstarter – et tous deux ont connu un énorme succès.

En raison de la divergence des marchés, des avancées significatives au niveau industriel en termes de capacités et d’applications, de l’augmentation spectaculaire de la sensibilisation et de l’adoption par un mouvement croissant de fabricants, 2012 a également été l’année où de nombreux médias grand public ont adopté cette technologie. 2013 a été une année de croissance et de consolidation importantes. L’un des événements les plus marquants a été l’acquisition de Makerbot par Stratasys.

Annoncée comme la 2ème, 3ème et parfois même la 4ème révolution industrielle par certains, on ne peut nier l’impact de l’impression 3D sur le secteur industriel et l’énorme potentiel que l’impression 3D démontre pour l’avenir des consommateurs. La forme que prendra ce potentiel est encore en train de se dessiner devant nous.

03 – Technologie d’impression 3D

Le point de départ de tout processus d’impression 3D est un modèle numérique 3D, qui peut être créé à l’aide de divers logiciels 3D – dans l’industrie, il s’agit de CAO 3D, pour les fabricants et les consommateurs, il existe des programmes plus simples et plus accessibles – ou scanné avec un scanner 3D. Le modèle est ensuite « découpé » en couches, ce qui permet de convertir le dessin en un fichier lisible par l’imprimante 3D. Le matériau traité par l’imprimante 3D est ensuite superposé en fonction du dessin et du processus. Comme indiqué, il existe plusieurs types de technologies d’impression 3D, qui traitent différents matériaux de différentes manières pour créer l’objet final. Les plastiques fonctionnels, les métaux, les céramiques et le sable sont aujourd’hui couramment utilisés pour le prototypage industriel et les applications de production. Des recherches sont également menées pour l’impression 3D de biomatériaux et de différents types d’aliments. Mais en général, au niveau de l’entrée sur le marché, les matériaux sont beaucoup plus limités. Le plastique est actuellement le seul matériau largement utilisé – généralement l’ABS ou le PLA, mais il existe un nombre croissant d’alternatives, notamment le nylon. Il existe également un nombre croissant de machines d’entrée de gamme qui ont été adaptées pour les denrées alimentaires, comme le sucre et le chocolat.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Les différents types d’imprimantes 3D utilisent chacun une technologie différente qui traite différents matériaux de différentes manières. Il est important de comprendre que l’une des limites les plus fondamentales de l’impression 3D – en termes de matériaux et d’applications – est qu’il n’existe pas de « solution unique pour tous ». Par exemple, certaines imprimantes 3D traitent des matériaux en poudre (nylon, plastique, céramique, métal), qui utilisent une source de lumière/chaleur pour fritter/fusionner des couches de poudre dans la forme définie. D’autres traitent des matériaux en résine polymère et utilisent à nouveau une source de lumière/laser pour solidifier la résine en couches ultra fines. Le jet de fines gouttelettes est un autre procédé d’impression en 3D, qui rappelle l’impression à jet d’encre en 2D, mais avec des matériaux supérieurs à l’encre et un liant pour fixer les couches. Le procédé le plus courant et le plus facilement reconnaissable est peut-être le dépôt, et c’est le procédé utilisé par la majorité des imprimantes 3D d’entrée de gamme. Ce procédé consiste à extruder des plastiques, généralement du PLA ou de l’ABS, sous forme de filaments à travers une extrudeuse chauffée pour former des couches et créer la forme prédéterminée.

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Comme les pièces peuvent être imprimées directement, il est possible de produire des objets très détaillés et complexes, souvent avec une fonctionnalité intégrée et sans avoir à les assembler.

Cependant, il est important de souligner qu’aucun des procédés d’impression en 3D n’est encore prêt à l’emploi. Il y a de nombreuses étapes avant d’appuyer sur l’impression et plus encore une fois que la pièce sort de l’imprimante – ces étapes sont souvent négligées. Outre les réalités de la conception pour l’impression 3D, qui peuvent être exigeantes, la préparation et la conversion des fichiers peuvent également s’avérer longues et compliquées, en particulier pour les pièces qui exigent des supports complexes pendant le processus de construction. Cependant, les logiciels pour ces fonctions font l’objet de mises à jour et de mises à niveau continues et la situation s’améliore. En outre, une fois sorties de l’imprimante, de nombreuses pièces devront subir des opérations de finition. La suppression du support est évidente pour les processus qui exigent un support, mais d’autres incluent le ponçage, le laquage, la peinture ou d’autres types de finitions traditionnelles, qui doivent toutes être effectuées à la main et requièrent des compétences et/ou du temps et de la patience.

04 – Procédés d’impression en 3D

Stéréolithographie

La stéréolithographie (SL) est largement reconnue comme le premier procédé d’impression en 3D ; elle a certainement été la première à être commercialisée. La SL est un procédé basé sur le laser qui fonctionne avec des résines photopolymères, qui réagissent avec le laser et durcissent pour former un solide de manière très précise afin de produire des pièces très précises. Il s’agit d’un processus complexe, mais en termes simples, la résine photopolymère est maintenue dans une cuve à l’intérieur de laquelle se trouve une plate-forme mobile. Un faisceau laser est dirigé dans les axes X-Y sur la surface de la résine selon les données 3D fournies à la machine (le fichier .stl), ce qui permet à la résine de durcir précisément là où le laser frappe la surface. Une fois la couche terminée, la plate-forme à l’intérieur de la cuve descend d’une fraction (dans l’axe Z) et la couche suivante est tracée par le laser. Cette opération se poursuit jusqu’à ce que l’objet entier soit terminé et que la plate-forme puisse être soulevée hors de la cuve pour être retirée.

En raison de la nature du processus SL, il nécessite des structures de support pour certaines pièces, notamment celles qui présentent des surplombs ou des contre-dépouilles. Ces structures doivent être enlevées manuellement.

En ce qui concerne les autres étapes du post-traitement, de nombreux objets imprimés en 3D à l’aide de SL doivent être nettoyés et durcis. Le durcissement consiste à soumettre la pièce à une lumière intense dans une machine semblable à un four afin de durcir complètement la résine.

La stéréolithographie est généralement considérée comme l’un des procédés d’impression 3D les plus précis, avec un excellent fini de surface. Toutefois, les facteurs limitants comprennent les étapes de post-traitement nécessaires et la stabilité des matériaux dans le temps, qui peuvent devenir plus fragiles.

DLP

Le DLP – ou traitement numérique de la lumière – est un procédé similaire à la stéréolithographie en ce sens qu’il s’agit d’un procédé d’impression en 3D qui fonctionne avec des photopolymères. La principale différence réside dans la source de lumière. Le DLP utilise une source de lumière plus conventionnelle, comme une lampe à arc, avec un panneau d’affichage à cristaux liquides ou un dispositif à miroir déformable (DMD), qui est appliqué sur toute la surface de la cuve de résine photopolymère en un seul passage, ce qui le rend généralement plus rapide que le SL.

Tout comme le SL, le DLP produit des pièces très précises avec une excellente résolution, mais ses similitudes incluent également les mêmes exigences pour les structures de support et la post-cuisson. Toutefois, l’un des avantages du DLP par rapport au SL est que seule une cuve de résine peu profonde est nécessaire pour faciliter le processus, ce qui se traduit généralement par une réduction des déchets et des coûts d’exploitation.

Frittage au laser / Fusion au laser

Le frittage laser et la fusion laser sont des termes interchangeables qui font référence à un procédé d’impression 3D basé sur le laser qui fonctionne avec des matériaux en poudre. Le laser est tracé à travers un lit de poudre de matériau en poudre très compact, selon les données 3D fournies à la machine, dans les axes X-Y. Lorsque le laser interagit avec la surface du matériau en poudre, il fritte, ou fusionne, les particules entre elles pour former un solide. À mesure que chaque couche est terminée, le lit de poudre tombe progressivement et un rouleau lisse la poudre sur la surface du lit avant le passage suivant du laser pour que la couche suivante soit formée et fusionnée avec la couche précédente.

La chambre de construction est complètement étanche car il est nécessaire de maintenir une température précise pendant le processus, spécifique au point de fusion du matériau en poudre choisi. Une fois terminé, le lit de poudre est entièrement retiré de la machine et l’excès de poudre peut être éliminé pour laisser les parties « imprimées ». L’un des principaux avantages de ce procédé est que le lit de poudre sert de structure de support en cours de processus pour les surplombs et les contre-dépouilles, et donc que des formes complexes qui ne pourraient pas être fabriquées autrement sont possibles avec ce procédé.

Toutefois, l’inconvénient est qu’en raison des températures élevées requises pour le frittage au laser, les temps de refroidissement peuvent être considérables. En outre, la porosité a été un problème historique avec ce procédé, et bien qu’il y ait eu des améliorations significatives vers des pièces entièrement denses, certaines applications nécessitent encore l’infiltration avec un autre matériau pour améliorer les caractéristiques mécaniques.

Le frittage laser permet de traiter des matériaux plastiques et métalliques, bien que le frittage des métaux nécessite un laser beaucoup plus puissant et des températures de traitement plus élevées. Les pièces produites avec ce procédé sont beaucoup plus résistantes qu’avec le SL ou le DLP, bien que généralement la finition de surface et la précision ne soient pas aussi bonnes.

Extrusion / FDM / FFF

L’impression 3D utilisant l’extrusion de matériaux thermoplastiques est le procédé 3DP le plus courant – et le plus reconnaissable. Le nom le plus populaire du procédé est « Fused Deposition Modelling » (FDM), en raison de sa longévité, mais il s’agit d’un nom commercial, enregistré par Stratasys, la société qui l’a développé à l’origine. La technologie FDM de Stratasys existe depuis le début des années 1990 et est aujourd’hui un procédé d’impression 3D de qualité industrielle. Cependant, la prolifération des imprimantes 3D d’entrée de gamme qui ont émergé depuis 2009 utilisent largement un procédé similaire, généralement appelé « Freeform Fabrication » (FFF), mais sous une forme plus basique en raison des brevets encore détenus par Stratasys. Les premières machines RepRap et toutes les évolutions ultérieures – open source et commerciales – utilisent une méthodologie d’extrusion. Cependant, le dépôt d’une plainte pour violation de brevet par Stratasys contre Afiniathere est un point d’interrogation sur la manière dont le marché d’entrée de gamme va se développer maintenant, avec toutes les machines potentiellement dans la ligne de tir de Stratasys pour violation de brevet.

Le procédé consiste à faire fondre un filament de plastique qui est déposé, via une extrudeuse chauffée, une couche à la fois, sur une plateforme de construction en fonction des données 3D fournies à l’imprimante. Chaque couche durcit au fur et à mesure qu’elle est déposée et se lie à la couche précédente.

Stratasys a développé une gamme de matériaux de qualité industrielle brevetés pour son procédé FDM qui conviennent à certaines applications de production. Au niveau de l’entrée de gamme du marché, les matériaux sont plus limités, mais la gamme s’élargit. Les matériaux les plus courants pour les imprimantes 3D FFF d’entrée de gamme sont l’ABS et le PLA.

Les procédés FDM/FFF nécessitent des structures de support pour toute application ayant des géométries en surplomb. Pour le FDM, cela implique un second matériau soluble dans l’eau, qui permet aux structures de support d’être relativement facilement lavées, une fois l’impression terminée. Il est également possible d’utiliser des matériaux de support détachables, qui peuvent être retirés en les arrachant manuellement de la pièce. Les structures de support, ou leur absence, ont généralement constitué une limitation des imprimantes 3D FFF d’entrée de gamme. Toutefois, au fur et à mesure que les systèmes ont évolué et se sont améliorés pour intégrer des têtes d’extrusion doubles, le problème s’est atténué.

En termes de modèles produits, le procédé FDM de Stratasys est un procédé précis et fiable qui est relativement convivial pour le bureau et le studio, bien qu’un post-traitement important puisse être nécessaire. Au niveau d’entrée, comme on pouvait s’y attendre, le processus FFF produit des modèles beaucoup moins précis, mais les choses s’améliorent constamment.

Le processus peut être lent pour certaines géométries de pièces et l’adhérence entre les couches peut être un problème, ce qui entraîne des pièces non étanches. Là encore, le post-traitement à l’acétone peut résoudre ces problèmes.

Jet d’encre

Il existe deux procédés d’impression en 3D qui utilisent une technique de jet.

Jet de liant : le matériau projeté est un liant qui est pulvérisé de manière sélective dans un lit de poudre du matériau de la pièce pour le fusionner couche par couche afin de créer/imprimer la pièce requise. Comme pour les autres systèmes de lit de poudre, une fois qu’une couche est terminée, le lit de poudre tombe progressivement et un rouleau ou une lame lisse la poudre sur la surface du lit, avant le passage suivant des têtes de jet, avec le liant pour la couche suivante à former et à fusionner avec la couche précédente.

Les avantages de ce procédé, comme pour la SLS, comprennent le fait que le besoin de supports est supprimé car le lit de poudre lui-même fournit cette fonctionnalité. En outre, une série de matériaux différents peuvent être utilisés, notamment la céramique et les aliments. Un autre avantage distinctif du procédé est la possibilité d’ajouter facilement une palette de couleurs complète qui peut être ajoutée au liant.

Les pièces résultant directement de la machine ne sont toutefois pas aussi solides que celles obtenues par le procédé de frittage et nécessitent un post-traitement pour assurer leur durabilité.

Jet de matériau : procédé d’impression en 3D par lequel les matériaux de construction proprement dits (à l’état liquide ou fondu) sont projetés de manière sélective par plusieurs têtes à jet (d’autres jetant simultanément des matériaux de support). Toutefois, les matériaux sont généralement des photopolymères liquides, qui sont durcis par un passage de lumière UV à mesure que chaque couche est déposée.

La nature de ce produit permet le dépôt simultané de toute une série de matériaux, ce qui signifie qu’une seule pièce peut être produite à partir de plusieurs matériaux ayant des caractéristiques et des propriétés différentes. Le jet de matière est une méthode d’impression 3D très précise, qui permet de produire des pièces précises avec un fini très lisse.

Laminage par dépôt sélectif (SDL)

SDL est un procédé d’impression 3D propriétaire développé et fabriqué par Mcor Technologies. Il est tentant de comparer ce procédé avec le procédé de fabrication d’objets laminés (LOM) développé par Helisys dans les années 1990 en raison des similitudes de superposition et de façonnage du papier pour former la pièce finale. Cependant, c’est là que s’arrête toute similitude.

Le procédé d’impression 3D de SDL permet de construire les pièces couche par couche en utilisant du papier à copier standard. Chaque nouvelle couche est fixée à la couche précédente à l’aide d’un adhésif, qui est appliqué de manière sélective en fonction des données 3D fournies à la machine. Cela signifie qu’une densité beaucoup plus élevée d’adhésif est déposée dans la zone qui deviendra la pièce, et une densité beaucoup plus faible d’adhésif est appliquée dans la zone environnante qui servira de support, assurant un « désherbage » relativement facile, ou enlèvement du support.

Après qu’une nouvelle feuille de papier ait été introduite dans l’imprimante 3D par le mécanisme d’alimentation en papier et placée sur l’adhésif appliqué sélectivement sur la couche précédente, la plaque de montage est déplacée vers une plaque chauffante et une pression est appliquée. Cette pression assure une liaison positive entre les deux feuilles de papier. La plaque de montage revient ensuite à la hauteur de montage où une lame réglable au carbure de tungstène coupe une feuille de papier à la fois, traçant le contour de l’objet pour créer les bords de la pièce. Lorsque cette séquence de découpe est terminée, l’imprimante 3D dépose la couche suivante d’adhésif, et ainsi de suite jusqu’à ce que la pièce soit terminée.

Le SDL est l’un des rares procédés d’impression 3D qui permet de produire des pièces imprimées en 3D en couleur, à l’aide d’une palette de couleurs CYMK. Et comme les pièces sont en papier standard, qui ne nécessite aucun post-traitement, elles sont totalement sûres et écologiques. Là où le procédé ne peut pas concurrencer favorablement d’autres procédés d’impression 3D, c’est dans la production de géométries complexes et la taille de la construction est limitée à la taille de la matière première.

EBM

La technique d’impression 3D par fusion par faisceau d’électrons est un procédé breveté développé par la société suédoise Arcam. Cette méthode d’impression des métaux est très similaire au procédé de frittage direct des métaux par laser (DMLS) en ce qui concerne la formation de pièces à partir de poudre métallique. La principale différence réside dans la source de chaleur, qui, comme son nom l’indique, est un faisceau d’électrons, plutôt qu’un laser, ce qui nécessite que le procédé soit réalisé dans des conditions de vide.

L’EBM a la capacité de créer des pièces entièrement denses dans une variété d’alliages métalliques, même de qualité médicale, et par conséquent la technique a été particulièrement réussie pour une série d’applications de production dans l’industrie médicale, en particulier pour les implants. Toutefois, d’autres secteurs de haute technologie, tels que l’aérospatiale et l’automobile, se sont également tournés vers la technologie EBM pour la fabrication.

 

 

 

 

 

 

 

05 – Matériaux d’impression 3D

Les matériaux disponibles pour l’impression 3D ont fait beaucoup de chemin depuis les débuts de la technologie. Il existe aujourd’hui une grande variété de types de matériaux différents, qui sont fournis dans différents états (poudre, filament, granulés, granulés, résine, etc.).

). Des matériaux spécifiques sont maintenant généralement développés pour des plates-formes spécifiques réalisant des applications spécialisées (par exemple, le secteur dentaire) avec des propriétés matérielles qui conviennent plus précisément à l’application.

Cependant, il existe aujourd’hui beaucoup trop de matériaux propriétaires provenant des nombreux fournisseurs d’imprimantes 3D pour les couvrir tous ici. Cet article se propose plutôt d’examiner les types de matériaux les plus populaires d’une manière plus générique. Et aussi quelques matériaux qui se démarquent.

Plastiques

Le nylon, ou polyamide, est couramment utilisé sous forme de poudre avec le procédé de frittage ou sous forme de filament avec le procédé FDM. C’est un matériau plastique solide, flexible et durable qui s’est avéré fiable pour l’impression 3D. Il est naturellement de couleur blanche mais peut être coloré – avant ou après l’impression. Ce matériau peut également être combiné (sous forme de poudre) avec de l’aluminium en poudre pour produire un autre matériau d’impression 3D commun pour le frittage – l’alumine.

L’ABS est un autre plastique couramment utilisé pour l’impression 3D. Il est largement utilisé sur les imprimantes 3D d’entrée de gamme FDM sous forme de filaments. Il s’agit d’un plastique particulièrement résistant, disponible dans une large gamme de couleurs. L’ABS peut être acheté sous forme de filament auprès de plusieurs sources non propices, ce qui est une autre raison de sa popularité.

Le PLA est un matériau plastique biodégradable qui a gagné en popularité avec l’impression 3D pour cette même raison. Il peut être utilisé sous forme de résine pour les procédés DLP/SL ainsi que sous forme de filament pour le procédé FDM. Il est proposé dans une variété de couleurs, y compris transparent, ce qui s’est avéré être une option utile pour certaines applications de l’impression 3D. Toutefois, il n’est pas aussi durable ni aussi souple que l’ABS.

LayWood est un matériau d’impression 3D spécialement développé pour les imprimantes 3D à extrusion d’entrée de gamme. Il se présente sous forme de filament et est un composite bois/polymère (également appelé WPC).

Métaux

Un nombre croissant de métaux et de composites métalliques sont utilisés pour l’impression 3D de qualité industrielle. Deux des plus courants sont les dérivés de l’aluminium et du cobalt.

L’un des métaux les plus résistants et donc les plus utilisés pour l’impression 3D est l’acier inoxydable sous forme de poudre pour les procédés de frittage/fusion/EBM. Il est naturellement argenté, mais peut être plaqué avec d’autres matériaux pour donner un effet d’or ou de bronze.

Ces dernières années, l’or et l’argent ont été ajoutés à la gamme des matériaux métalliques pouvant être directement imprimés en 3D, avec des applications évidentes dans le secteur de la bijouterie. Ces deux matériaux sont très résistants et sont traités sous forme de poudre.

Le titane est l’un des matériaux métalliques les plus résistants et est utilisé depuis un certain temps pour des applications industrielles d’impression 3D. Livré sous forme de poudre, il peut être utilisé pour les procédés de frittage/fusion/EBM.

Céramique

Les céramiques sont un groupe de matériaux relativement nouveaux qui peuvent être utilisés pour l’impression 3D avec plus ou moins de succès. Ce qu’il faut noter en particulier avec ces matériaux, c’est que, après l’impression, les pièces en céramique doivent subir les mêmes processus que toute pièce en céramique fabriquée selon des méthodes de production traditionnelles – à savoir la cuisson et l’émaillage.

 

 

Papier

Le papier à copier A4 standard est un matériau d’impression 3D utilisé par le procédé SDL propriétaire fourni par Mcor Technologies. L’entreprise applique un modèle commercial sensiblement différent de celui des autres fournisseurs d’impression 3D, dans lequel le coût de la machine se situe dans la moyenne, mais l’accent est mis sur un approvisionnement en matériau facile à obtenir et rentable, qui peut être acheté localement. Les modèles imprimés en 3D fabriqués à partir de papier sont sûrs, écologiques, facilement recyclables et ne nécessitent aucun post-traitement.

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Matériaux biologiques

De très nombreuses recherches sont menées sur le potentiel des biomatériaux d’impression 3D pour une multitude d’applications médicales (et autres). Des tissus vivants sont étudiés dans un certain nombre d’institutions de premier plan en vue de développer des applications qui comprennent l’impression d’organes humains pour la transplantation, ainsi que de tissus externes pour le remplacement de parties du corps. D’autres recherches dans ce domaine sont axées sur le développement de produits alimentaires, la viande en étant le principal exemple.

Nourriture

Les expériences avec des extrudeuses pour l’impression en 3D de substances alimentaires ont augmenté de façon spectaculaire au cours des dernières années. Le chocolat est le plus courant (et le plus souhaitable). Il existe également des imprimantes qui fonctionnent avec du sucre et quelques expériences avec des pâtes et de la viande. Pour l’avenir, des recherches sont en cours afin d’utiliser la technologie d’impression 3D pour produire des repas complets finement équilibrés.

Autres

Enfin, une société qui propose une offre de matériaux unique (propriétaire) est Stratasys, avec ses matériaux numériques pour la plateforme d’impression 3D d’Objet Connex. Cette offre signifie que les matériaux d’impression 3D standard d’Objet Connex peuvent être combinés pendant le processus d’impression – dans des concentrations diverses et spécifiées – pour former de nouveaux matériaux ayant les propriétés requises. Jusqu’à 140 matériaux numériques différents peuvent être réalisés en combinant les matériaux primaires existants de différentes manières.

06 – Impression 3D Effets globaux

Effets globaux sur l’industrie manufacturière
L’impression en 3D a déjà un effet sur la façon dont les produits sont fabriqués – la nature de la technologie permet de nouvelles façons de penser en termes d’implications sociales, économiques, environnementales et de sécurité du processus de fabrication avec des résultats universellement favorables.

L’un des facteurs clés de cette déclaration est que l’impression 3D a le potentiel de rapprocher la production de l’utilisateur final et/ou du consommateur, réduisant ainsi les restrictions actuelles de la chaîne d’approvisionnement. La valeur de personnalisation de l’impression 3D et la capacité de produire de petits lots de production à la demande est un moyen sûr d’impliquer les consommateurs ET de réduire ou d’annuler les stocks et l’accumulation de stocks – un phénomène similaire à la façon dont Amazon gère son activité.

L’expédition de pièces détachées et de produits d’une partie du monde à l’autre pourrait potentiellement devenir obsolète, car les pièces détachées pourraient éventuellement être imprimées en 3D sur place. Cela pourrait avoir un impact majeur sur la façon dont les entreprises, grandes et petites, les militaires et les consommateurs fonctionnent et interagissent à l’avenir à l’échelle mondiale. L’objectif ultime pour beaucoup est de permettre aux consommateurs d’utiliser leur propre imprimante 3D à domicile ou au sein de leur communauté, de sorte que les conceptions numériques de tout produit (personnalisable) puissent être téléchargées via l’internet et envoyées à l’imprimante, qui est chargée avec le(s) matériel(s) approprié(s). Actuellement, il y a un débat sur la question de savoir si cela se produira un jour, et un débat encore plus rigoureux sur le délai dans lequel cela peut se produire.

L’adoption plus large de l’impression 3D entraînerait probablement la réinvention d’un certain nombre de produits déjà inventés et, bien sûr, un nombre encore plus important de produits entièrement nouveaux. Aujourd’hui, des formes et des géométries auparavant impossibles peuvent être créées avec une imprimante 3D, mais le voyage ne fait que commencer. Nombreux sont ceux qui pensent que l’impression 3D a un très grand potentiel pour injecter de la croissance dans l’innovation et ramener la fabrication locale.

Effets potentiels sur l’économie mondiale

L’utilisation de la technologie d’impression 3D a des effets potentiels sur l’économie mondiale, si elle est adoptée dans le monde entier. Le passage de la production et de la distribution du modèle actuel à une production localisée basée sur la demande, sur place, un modèle de production personnalisé pourrait potentiellement réduire le déséquilibre entre les pays exportateurs et importateurs.

L’impression 3D aurait le potentiel de créer de nouvelles industries et des professions complètement nouvelles, comme celles liées à la production d’imprimantes 3D. L’impression en 3D offre des possibilités de services professionnels allant des nouvelles formes de concepteurs de produits, d’opérateurs d’imprimantes, de fournisseurs de matériaux jusqu’aux litiges et règlements juridiques en matière de propriété intellectuelle. Le piratage est une préoccupation actuelle liée à l’impression 3D pour de nombreux détenteurs de propriété intellectuelle.

L’effet de l’impression 3D sur le monde en développement est une épée à double tranchant. Un exemple de l’effet positif est la réduction des coûts de fabrication grâce au recyclage et à d’autres matériaux locaux, mais la perte d’emplois dans le secteur manufacturier pourrait frapper durement de nombreux pays en développement, ce qu’il faudrait du temps pour surmonter.

Le monde développé serait peut-être le plus avantagé par l’impression en 3D, où le vieillissement de la société et l’évolution de la démographie ont été une préoccupation liée à la production et à la main-d’œuvre. Les avantages pour la santé de l’utilisation médicale de l’impression 3D seraient également bénéfiques pour une société occidentale vieillissante.

07 – Avantages et intérêt de l’impression 3D

L’impression en 3D, que ce soit au niveau industriel, local ou personnel, apporte une foule d’avantages que les méthodes traditionnelles de fabrication (ou de prototypage) ne peuvent tout simplement pas offrir.

Personnalisation

Les procédés d’impression en 3D permettent une personnalisation de masse, c’est-à-dire la possibilité de personnaliser les produits en fonction des besoins et des exigences individuels. Même au sein d’une même chambre de construction, la nature de l’impression 3D signifie que de nombreux produits peuvent être fabriqués en même temps selon les exigences des utilisateurs finaux sans coût de processus supplémentaire.

Complexité

L’avènement de l’impression 3D a vu une prolifération de produits (conçus dans des environnements numériques), qui impliquent des niveaux de complexité qui ne pourraient tout simplement pas être produits physiquement d’une autre manière. Si cet avantage a été repris par les concepteurs et les artistes pour produire un effet visuel impressionnant, il a également eu un impact significatif sur les applications industrielles, où des applications sont développées pour matérialiser des composants complexes qui s’avèrent à la fois plus légers et plus résistants que leurs prédécesseurs. Des utilisations notables apparaissent dans le secteur aérospatial où ces questions sont de première importance.

Sans outils

Pour la fabrication industrielle, l’une des étapes les plus coûteuses, les plus longues et les plus laborieuses du processus de développement du produit est la production des outils. Pour les applications de faible à moyen volume, l’impression industrielle en 3D – ou fabrication additive – peut éliminer la nécessité de produire des outils et, par conséquent, les coûts, les délais et la main-d’œuvre qui y sont associés. C’est une proposition extrêmement intéressante, dont un nombre croissant de fabricants tirent profit. En outre, en raison des avantages de complexité mentionnés ci-dessus, les produits et les composants peuvent être conçus spécifiquement pour éviter les exigences d’assemblage avec une géométrie complexe et des caractéristiques complexes, ce qui élimine encore davantage la main-d’œuvre et les coûts associés aux processus d’assemblage.

Durable / Respectueux de l’environnement

L’impression 3D est également en train d’émerger comme une technologie à haut rendement énergétique qui peut apporter des gains d’efficacité environnementale tant au niveau du processus de fabrication lui-même, en utilisant jusqu’à 90 % de matériaux standard, et donc en créant moins de déchets, qu’au niveau de la durée de vie d’un produit fabriqué de manière additive, grâce à une conception plus légère et plus solide qui impose une empreinte carbone réduite par rapport aux produits fabriqués de manière traditionnelle.

En outre, l’impression 3D est très prometteuse en termes de respect d’un modèle de fabrication locale, selon lequel les produits sont fabriqués à la demande là où ils sont nécessaires – ce qui permet d’éliminer les stocks énormes et la logistique non durable pour l’expédition de gros volumes de produits dans le monde entier.

08 – Applications d’impression 3D

Les origines de l’impression 3D dans le «  prototypage rapide  » ont été fondées sur les principes du prototypage industriel comme moyen d’accélérer les premières étapes du développement de produit avec un moyen rapide et simple de produire des prototypes qui permet à plusieurs itérations d’un produit d’arriver plus rapidement et efficacement à une solution optimale. Cela permet d’économiser du temps et de l’argent dès le début de l’ensemble du processus de développement du produit et garantit la confiance avant l’outillage de production.

Le prototypage reste probablement l’application la plus importante, même si parfois négligée, de l’impression 3D aujourd’hui.

Les développements et améliorations du processus et des matériaux, depuis l’émergence de l’impression 3D pour le prototypage, ont vu les processus être repris pour des applications plus en aval dans la chaîne de processus de développement de produits. Des applications d’outillage et de moulage ont été développées en utilisant les avantages des différents procédés. Là encore, ces applications sont de plus en plus utilisées et adoptées dans les secteurs industriels.

De même pour les opérations de fabrication finales, les améliorations continuent de faciliter l’adoption.

En ce qui concerne les marchés verticaux industriels qui bénéficient grandement de l’impression 3D industrielle dans toutes ces applications à large spectre, voici une ventilation de base:

Soins médicaux et dentaires

Le secteur médical est considéré comme l’un des premiers à adopter l’impression 3D, mais aussi un secteur avec un énorme potentiel de croissance, en raison des capacités de personnalisation et de personnalisation des technologies et de la capacité d’améliorer la vie des gens à mesure que les processus s’améliorent et les matériaux. sont développés qui répondent aux normes de qualité médicale.

Les technologies d’impression 3D sont utilisées pour une multitude d’applications différentes. En plus de fabriquer des prototypes pour soutenir le développement de nouveaux produits pour les industries médicale et dentaire, les technologies sont également utilisées pour créer des modèles pour le moulage en aval des couronnes dentaires et dans la fabrication d’outils sur lesquels le plastique est formé sous vide pour fabriquer des aligneurs dentaires. . La technologie est également exploitée directement pour fabriquer à la fois des articles en stock, tels que des implants de hanche et de genou, et des produits sur mesure spécifiques au patient, tels que des aides auditives, des semelles orthopédiques pour chaussures, des prothèses personnalisées et des implants uniques pour les patients souffrant de maladies. comme l’arthrose, l’ostéoporose et le cancer, ainsi que les victimes d’accidents et de traumatismes. Les guides chirurgicaux imprimés en 3D pour des opérations spécifiques sont également une application émergente qui aide les chirurgiens dans leur travail et les patients dans leur rétablissement. Une technologie est également en cours de développement pour l’impression 3D de la peau, des os, des tissus, des produits pharmaceutiques et même des organes humains. Cependant, ces technologies restent largement à des décennies de la commercialisation.

Aérospatiale

À l’instar du secteur médical, le secteur aérospatial a été l’un des premiers à adopter les technologies d’impression 3D dans leurs premières formes pour le développement de produits et le prototypage. Ces entreprises, qui travaillent généralement en partenariat avec des instituts universitaires et de recherche, ont été à la fine pointe en termes ou en repoussant les limites des technologies pour les applications de fabrication.

En raison de la nature critique du développement des avions, la R&D est exigeante et ardue, les normes sont critiques et les systèmes d’impression 3D de qualité industrielle sont mis à l’épreuve. Le développement de procédés et de matériaux a vu un certain nombre d’applications clés développées pour le secteur aérospatial – et certaines pièces non critiques sont toutes prêtes à voler sur des avions.

Les utilisateurs de haut niveau incluent GE / Morris Technologies, Airbus / EADS, Rolls-Royce, BAE Systems et Boeing. Alors que la plupart de ces entreprises adoptent une approche réaliste en ce qui concerne ce qu’elles font maintenant avec les technologies, et que la majeure partie est de la R&D, certaines sont plutôt optimistes quant à l’avenir.

Automobile

Le secteur automobile est un autre des premiers utilisateurs des technologies de prototypage rapide – la première incarnation de l’impression 3D. De nombreuses entreprises automobiles – en particulier à la pointe du sport automobile et de la F1 – ont suivi une trajectoire similaire à celle des entreprises aérospatiales. D’abord (et toujours) utiliser les technologies pour les applications de prototypage, mais en développant et en adaptant leurs processus de fabrication pour intégrer les avantages de matériaux améliorés et les résultats finaux pour les pièces automobiles.

De nombreux constructeurs automobiles étudient désormais également le potentiel de l’impression 3D pour remplir les fonctions après-vente en termes de production de pièces de rechange / de remplacement, à la demande, plutôt que de détenir d’énormes stocks.

Joaillerie

Traditionnellement, le processus de conception et de fabrication de bijoux a toujours exigé des niveaux élevés d’expertise et de connaissances impliquant des disciplines spécifiques telles que la fabrication, la fabrication de moules, la coulée, la galvanoplastie, le forgeage, la forge d’argent / or, la taille de la pierre, la gravure et le polissage. Chacune de ces disciplines a évolué au fil de nombreuses années et chacune nécessite des connaissances techniques lorsqu’elle est appliquée à la fabrication de bijoux. Un seul exemple est le moulage de précision – dont les origines remontent à plus de 4000 ans.

Pour le secteur de la bijouterie, l’impression 3D s’est avérée particulièrement disruptive. Il y a beaucoup d’intérêt – et d’adoption – en fonction de la façon dont l’impression 3D peut et contribuera au développement ultérieur de cette industrie. Des nouvelles libertés de conception permises par la CAO 3D et l’impression 3D, en passant par l’amélioration des processus traditionnels de production de bijoux jusqu’à la production directe imprimée en 3D éliminant de nombreuses étapes traditionnelles, l’impression 3D a eu – et continue d’avoir – un impact énorme dans ce secteur. .

Art / Design / Sculpture

Les artistes et les sculpteurs s’engagent dans l’impression 3D de nombreuses façons différentes pour explorer la forme et la fonction d’une manière auparavant impossible. Que ce soit simplement pour trouver une nouvelle expression originale ou pour apprendre de vieux maîtres, c’est un secteur très chargé qui trouve de plus en plus de nouvelles façons de travailler avec l’impression 3D et de présenter les résultats au monde. De nombreux artistes se sont aujourd’hui fait un nom en travaillant spécifiquement avec les technologies de modélisation 3D, de numérisation 3D et d’impression 3D.

  • Joshua Harker
  • Dizingof
  • Jessica Rosenkrantz chez Nervous System
  • Pia Hinze
  • Nick Ervinck
  • Lionel Dean
  • Et plein d’autres.

La discipline de la numérisation 3D associée à l’impression 3D apporte également une nouvelle dimension au monde de l’art, cependant, dans la mesure où les artistes et les étudiants ont maintenant une méthodologie éprouvée pour reproduire le travail des maîtres passés et créer des répliques exactes d’anciens (et plus récents) sculptures pour une étude approfondie – des œuvres d’art avec lesquelles ils n’auraient jamais pu interagir en personne autrement. Le travail de Cosmo Wenman est particulièrement éclairant dans ce domaine.

Architecture

Les modèles architecturaux ont longtemps été une application de base des processus d’impression 3D, pour produire des modèles de démonstration précis de la vision d’un architecte. L’impression 3D offre une méthode relativement rapide, simple et économiquement viable pour produire des modèles détaillés directement à partir de la CAO 3D, du BIM ou d’autres données numériques utilisées par les architectes. De nombreux cabinets d’architectes à succès utilisent désormais couramment l’impression 3D (en interne ou en tant que service) comme élément essentiel de leur flux de travail pour une innovation accrue et une communication améliorée.

Plus récemment, certains architectes visionnaires se tournent vers l’impression 3D comme méthode de construction directe. Des recherches sont menées dans un certain nombre d’organisations sur ce front, notamment l’Université de Loughborough, Contour Crafting et Universe Architecture.

La mode

Alors que les processus d’impression 3D se sont améliorés en termes de résolution et de matériaux plus flexibles, un secteur, réputé pour ses expérimentations et ses déclarations scandaleuses, s’est imposé. On parle bien sûr de mode!

Les accessoires imprimés en 3D, y compris les chaussures, les coiffes, les chapeaux et les sacs, ont tous fait leur chemin sur les podiums mondiaux. Et certains créateurs de mode encore plus visionnaires ont démontré les capacités de la technologie pour la haute couture – des robes, des capes, des robes longues et même des sous-vêtements ont fait leurs débuts dans différents lieux de la mode à travers le monde.

Iris van Herpen devrait recevoir une mention spéciale en tant que pionnière dans ce domaine. Elle a produit un certain nombre de collections – calquées sur les podiums de Paris et de Milan – qui intègrent l’impression 3D pour faire sauter les «  règles normales  » qui ne s’appliquent plus au design de mode. Beaucoup ont suivi et continuent de suivre ses traces, souvent avec des résultats tout à fait originaux.

Alimentation

Bien que tardif dans la fête de l’impression 3D, la nourriture est une application émergente (et / ou un matériau d’impression 3D) qui suscite l’enthousiasme des gens et qui a le potentiel de vraiment intégrer la technologie dans le courant dominant. Après tout, nous aurons tous, toujours, besoin de manger! L’impression 3D émerge comme une nouvelle façon de préparer et de présenter les aliments.

Les premières incursions dans l’impression 3D alimentaire concernaient le chocolat et le sucre, et ces développements se sont poursuivis à un rythme soutenu avec l’arrivée d’imprimantes 3D spécifiques sur le marché. Quelques autres premières expériences avec la nourriture, y compris l’impression 3D de «viande» au niveau des protéines cellulaires. Plus récemment, les pâtes sont un autre groupe alimentaire qui fait l’objet de recherches pour l’impression 3D d’aliments.

Tourné vers l’avenir, l’impression 3D est également considérée comme une méthode complète de préparation des aliments et un moyen d’équilibrer les nutriments de manière complète et saine.

Consommateurs

Le Saint Graal pour les fournisseurs d’impression 3D est l’impression 3D grand public. Il y a un débat largement répandu sur la question de savoir s’il s’agit d’un avenir réaliste. Actuellement, l’adoption par les consommateurs est faible en raison des problèmes d’accessibilité qui existent avec l’entrée de gamme (machines grand public). Des progrès sont réalisés dans ce sens par les plus grandes sociétés d’impression 3D telles que 3D Systems et Makerbot, en tant que filiale de Stratasys, qui tentent de rendre le processus d’impression 3D et les composants auxiliaires (logiciels, contenu numérique, etc.) plus accessibles et plus utilisables. -amical. Il existe actuellement trois façons principales par lesquelles la personne dans la rue peut interagir avec la technologie d’impression 3D pour les produits de consommation:

  • conception + impression
  • choisir + imprimer
  • choisir + exécution du service d’impression 3D

09 – Glossaire

3DP Impression 3D

ABS Acrylonitrile Butadiène Styrène

AM Fabrication d’additifs

CAO / FAO Conception assistée par ordinateur / Fabrication assistée par ordinateur

CAE Ingénierie assistée par ordinateur

DLP Traitement numérique de la lumière

DMD Dépôt direct de métal par la

DMLS Frittage direct des métaux par laser

EBM Fusion par faisceau d’électrons

EVA Acétate de vinyle et d’éthylène

FDM Fused Deposition Modelling (marque déposée de Stratasys)

FFF Freeform Fabrication

LENS Laser Engineering Net-Shaping (marque déposée de SNL, sous licence d’Optomec)

LS Frittage laser

PLA Acide polylactique

RE Reverse Engineering

RM Fabrication rapide

RP Prototypage rapide

RT Outillage rapide

SL Stéréolithographie

SLA Appareil de stéréolithographie  (marque déposée de 3D Systems)

SLM Fusion sélective par laser

SLS Selective Laser Sintering (marque déposée de 3D Systems)

STL / .stl Stereo Lithograpic

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