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Types de technologies et de procédés d’impression 3D

Voici les types de technologies et de procédés d’impression 3D les plus utilisés

Il existe plusieurs façons d’imprimer en 3D. Toutes ces technologies sont additives et se différencient principalement par la manière dont les couches sont créées pour créer un objet.

Certaines méthodes utilisent un matériau de fusion ou de ramollissement pour extruder des couches. D’autres polymérisent couche par couche une résine photoréactive avec un laser UV (ou une autre source de lumière similaire).

Pour être plus précis: on a classé les processus de fabrication additive en 7 catégories, conformément à la terminologie normalisée des technologies de fabrication additive.

Ces sept processus sont:

  1. Photopolymérisation en cuve
  2. Stéréolithographie(SLA)
  3. Traitement numérique de la lumière (DLP)
  4. Production d’interface liquide continue (CLIP)
  5. Découpage jet d’eau
  6. Projection de liant
  7. Extrusion de matériaux
  • Photopolymérisation en cuve

Une imprimante 3D basée sur le procédé de photopolymérisation Vat comporte un conteneur rempli de résine photopolymère qui est ensuite durcie avec une source de lumière UV.

  • Stéréolithographie(SLA)

La technologie la plus couramment utilisée dans ces processus est la stéréolithographie (SLA). Cette technologie utilise une cuve de résine photopolymère durcissable par ultraviolets liquide et un laser ultraviolet pour construire les couches de l’objet l’une après l’autre. Pour chaque couche, le faisceau laser trace une section transversale du motif partiel sur la surface de la résine liquide. L’exposition à la lumière laser ultraviolette durcit et solidifie le motif tracé sur la résine et l’associe à la couche inférieure.

Une fois le motif tracé, la plate-forme élévatrice du SLA descend d’une distance égale à l’épaisseur d’une couche unique, généralement entre 0,05 mm et 0,15 mm. Ensuite, une lame remplie de résine parcourt la section transversale de la pièce et la recouvre d’un matériau frais. Sur cette nouvelle surface liquide, le motif de couche suivant est tracé, rejoignant la couche précédente. L’objet tridimensionnel complet est formé par ce projet. La stéréolithographie nécessite l’utilisation de structures de support servant à attacher la pièce à la plateforme élévatrice et à maintenir l’objet car il flotte dans le bassin rempli de résine liquide. Ceux-ci sont supprimés manuellement une fois l’objet terminé.

  • Traitement numérique de la lumière (DLP)

Le traitement DLP (ou Digital Light Processing qu’on pourrait traduire par « traitement numérique de la lumière ») est un procédé d’impression utilisant des polymères légers et photosensibles. Bien qu’elle ressemble beaucoup à la stéréolithographie, la principale différence est la source de lumière. DLP utilise des sources de lumière traditionnelles telles que des lampes à arc.

Dans la plupart des formes de DLP, chaque couche de la structure souhaitée est projetée sur une cuve de résine liquide qui est ensuite solidifiée couche par couche lorsque la plaque de construction se déplace vers le haut ou le bas. Comme chaque couche est traitée successivement, le processus est plus rapide que la plupart des formes d’impression 3D.

  • Production d’interface liquide continue (CLIP)

Le processus le plus récent et le plus rapide utilisant la photopolymérisation de cuve s’appelle CLIP, (abréviation de Continuous Liquid Interface Production), inventée par une société appelée Carbon. Carbon a lancé deux imprimantes 3D:

  • Carbon M1 Imprimante 3D
  • Carbon M2 Imprimante 3D

Synthèse numérique de la lumière

Le cœur du processus CLIP est la technologie Digital Light Synthesis. Dans cette technologie, la lumière provenant d’un moteur de lumière LED haute performance personnalisé projette une séquence d’images UV exposant une section transversale de la pièce imprimée en 3D, ce qui provoque le durcissement partiel de la résine durcissable aux UV de manière contrôlée avec précision. L’oxygène passe à travers la fenêtre perméable à l’oxygène, créant une interface liquide mince de résine non polymérisée entre la fenêtre et la partie imprimée appelée zone morte. La zone morte est aussi fine que dix microns. À l’intérieur de la zone morte, l’oxygène empêche la lumière de durcir la résine située le plus près de la fenêtre, permettant ainsi l’écoulement continu de liquide sous la partie imprimée. Juste au-dessus de la zone morte, la lumière UV projetée vers le haut provoque une cascade comme une polymérisation de la pièce.

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Imprimer simplement avec le matériel de Carbon ne permet pas de propriétés d’utilisation finale avec des applications du monde réel. Une fois que la lumière a formé la pièce, un deuxième processus de durcissement programmable permet d’obtenir les propriétés mécaniques souhaitées en cuisant la pièce imprimée en 3D dans un bain ou un four thermique. Le durcissement thermique programmé définit les propriétés mécaniques en déclenchant une réaction chimique secondaire qui renforce le matériau et lui confère les propriétés finales souhaitées.

Les pièces imprimées avec Digital Light Synthesis ™ ressemblent beaucoup plus à des pièces moulées par injection. Digital Light Synthesis ™ produit des propriétés mécaniques constantes et prévisibles, créant des pièces solides à l’intérieur.

  • Découpage jet d’eau

Dans ce processus, le matériau est appliqué en gouttelettes à travers une buse de petit diamètre, similaire au fonctionnement d’une imprimante à papier à jet d’encre classique, mais il est appliqué couche par couche sur une plate-forme de fabrication créant un objet 3D, puis durci à la lumière UV.

  • Projection de liant

Avec le liant, deux matériaux sont utilisés: un matériau de base en poudre et un liant liquide. Dans la chambre de construction, la poudre est répartie en couches égales et le liant est appliqué à travers des buses à jet qui «collent» les particules de poudre sous la forme d’un objet 3D programmé. L’objet fini est «collé» par le liant restant dans le conteneur avec le matériau de base en poudre. Une fois l’impression terminée, la poudre restante est nettoyée et utilisée pour l’impression 3D de l’objet suivant. Cette technologie a été développée pour la première fois au Massachusetts Institute of Technology en 1993 et ​​en 1995, Z Corporation a obtenu une licence exclusive.

  • Extrusion de matériaux

La technologie la plus couramment utilisée dans ce processus est la modélisation par dépôt fondu (FDM).

Modèle de dépôt fondu (FDM)

La technologie FDM utilise un filament en plastique ou un fil métallique qui est déroulé d’une bobine et qui fournit le matériau à une buse d’extrusion qui peut activer et désactiver le flux. La buse est chauffée pour faire fondre le matériau et peut être déplacée dans les deux directions, horizontale et verticale, par un mécanisme à commande numérique directement contrôlé par un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO). L’objet est produit par extrusion d’un matériau fondu pour former des couches lorsque le matériau durcit immédiatement après son extrusion à partir de la buse. Cette technologie est la plus largement utilisée avec deux types de matériaux à base de plastique: l’ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) et le PLA (Acide polylactique). Bien que de nombreux autres matériaux soient disponibles, allant des matériaux de remplissage du bois aux matériaux flexibles et même conducteurs.

  • Fabrication de filaments fondus (FFF)

Le terme exactement équivalent, FFF (Fused Filament Fabrication), a été inventé par les membres du projet RepRap pour donner une expression dont l’utilisation serait juridiquement non contrainte.

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Il existe de nombreuses configurations d’imprimante 3D FFF différentes. Les arrangements les plus populaires sont:

  • Tête cartésienne XY
  • Tête cartésienne XZ
  • Delta
  • Core XY

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  • Fusion de lit de poudre

La technologie la plus couramment utilisée dans ce processus est le frittage sélectif pas laser (SLS Selective Laser Sintering).

  • Frittage sélectif par laser (SLS)

SLS utilise un laser de haute puissance pour fusionner de petites particules de poudres de plastique, de céramique ou de verre en une masse présentant la forme tridimensionnelle souhaitée. Le laser fusionne sélectivement le matériau en poudre en balayant les sections transversales (ou couches) générées par le programme de modélisation 3D à la surface d’un lit de poudre. Après avoir balayé chaque section transversale, le lit de poudre est abaissé d’une épaisseur de couche. Ensuite, une nouvelle couche de matériau est appliquée sur le dessus et le processus est répété jusqu’à ce que l’objet soit terminé.

  • Frittage sélectif par laser direct (DMLS)

Le DMLS est fondamentalement identique au SLS, mais utilise du métal à la place du plastique, de la céramique ou du verre.

Toute poudre intacte reste telle quelle et devient une structure de support pour l’objet. Par conséquent, aucune structure de support n’est nécessaire, ce qui constitue un avantage par rapport à SLS et SLA. Toute poudre non utilisée peut être utilisée pour la prochaine impression.

Laminage de feuilles

La stratification de feuilles implique un matériau en feuilles qui sont liées entre elles par une force externe. Les feuilles peuvent être en métal, en papier ou sous forme de polymère. Les feuilles de métal sont soudées ensemble par soudage par ultrasons en couches, puis rectifiées par CNC pour obtenir une forme appropriée. Les feuilles de papier peuvent également être utilisées, mais elles sont collées avec de la colle adhésive et découpées avec des lames précises.

Dépôt sous énergie dirigé

Ce procédé est principalement utilisé dans l’industrie métallurgique de haute technologie et dans les applications de fabrication rapide. L’appareil d’impression 3D est généralement fixé à un bras robotique multiaxes et consiste en une buse qui dépose une poudre ou un fil métallique sur une surface et une source d’énergie (laser, faisceau d’électrons ou arc de plasma) qui le fait fondre pour former un objet solide.

Matériaux

Six types de matériaux peuvent être utilisés dans la fabrication additive (impression 3D):

  • les polymères,
  • les métaux,
  • le béton,
  • la céramique,
  • le papier et
  • certains produits alimentaires (tels que le chocolat).

Les matériaux sont souvent produits sous forme de fil d’alimentation (filament), de poudre ou de résine liquide. Les sept techniques d’impression 3D décrites précédemment couvrent toutes l’utilisation de ces matériaux, bien que les polymères soient les plus couramment utilisés et que certaines techniques additives se prêtent à l’utilisation de certains matériaux par rapport à d’autres. En savoir plus sur les matériaux que vous pouvez utiliser pour l’impression 3D sur notre page de matériaux pour imprimantes 3D.

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