Techniques d'impression 3D :différents types d'impression 3D

L'impression 3D est une technique populaire et polyvalente qui offre une pléthore d'applications et d'avantages. Le terme est synonyme de fabrication additive qui est un terme générique pour toutes les techniques d'impression 3D. Les unités de fabrication additive construisent n'importe quelle pièce une couche à la fois et apportent une longue liste d'avantages à la table.

De plus, tous les différents types de techniques d'impression 3D vous permettent de choisir entre les types de matériaux et d'obtenir la bonne combinaison de finition de surface, de durabilité, de vitesse et de coût. Cet article examine les méthodes courantes d'impression 3D et explique leur fonctionnement pour vous aider à faire le meilleur choix pour votre projet.

Fabrication additive :un bref aperçu

Comme indiqué, la fabrication additive est le terme générique qui décrit toutes les méthodes d'impression 3D. Toute technique d'impression 3D utilise une conception CAO à partir d'un ordinateur et construit la forme géométrique précise en couches. C'est de là que vient le nom de fabrication additive. Contrairement à cette technologie, les techniques traditionnelles nécessitent généralement d'enlever les matériaux excédentaires pour créer les formes dont vous avez besoin.

Au départ, certains thermoplastiques étaient les seuls matériaux adaptés à l'impression 3D. Cela a limité les applications du concept car les plastiques n'ont pas les caractéristiques physiques nécessaires pour de nombreuses industries à haute performance. Cependant, la situation s'est améliorée avec le temps car différentes techniques ont permis l'utilisation d'autres matériaux comme les métaux, la céramique et même les matériaux organiques.

Même alors, les thermoplastiques sont parmi les matériaux les plus populaires pour les technologies d'impression 3D aujourd'hui. L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), l'acide polylactique (PLA), le polycarbonate (PC) et l'alcool polyvinylique (PVA) sont parmi les choix les plus courants dans diverses industries en raison de leur polyvalence et de leurs caractéristiques appropriées.

Types de techniques d'impression 3D

1 - Jet de liant

La projection de liant est une méthode simple d'impression 3D qui repose sur un agent de liaison industriel pour joindre différentes couches d'une pièce. Dans le jet de liant, l'entrée est le matériau clé sous forme de poudre que l'imprimante dépose avec une fine couche d'un liant.

De plus, le processus fonctionne avec des matériaux comme le sable, certains polymères, des poudres métalliques et des composés métalliques céramiques. C'est l'une des méthodes d'impression 3D à faible coût qui peut produire de gros volumes dans un délai d'exécution réduit.

De plus, la flexibilité de conception et l'excellente reproduction des couleurs ainsi que la précision dimensionnelle de 0,2 mm (métal) ont un coût. Les caractéristiques mécaniques de vos résultats ne seront pas très bonnes, limitant ainsi cette technique aux seules applications de faible intensité. Par exemple, certaines des applications les plus courantes du jet de liant sont :

• Pièces métalliques
• Modèles réalistes
• Prototypes à faible coût
• Moules de moulage au sable

2 - Jet de matière

Un autre choix populaire parmi les types de technologie d'impression 3D est le processus de projection de matériau. Dans ce cas, l'imprimante 3D utilise des gouttelettes de matériau liquéfié pour construire chaque couche.

Une chose qui rend ce processus unique est la possibilité d'utiliser différents types de matériaux sur un seul objet. En conséquence, vous pouvez fabriquer des pièces avec des couleurs et des textures mélangées qui peuvent vous donner un aspect esthétique personnalisé du produit final.

Généralement, la résine photopolymère est le seul matériau viable pour ce type de processus d'impression 3D. Il offre la finition de surface la plus détaillée et la meilleure avec une précision dimensionnelle de 0,1 mm, mais les pièces ne conviennent à aucune application mécanique en raison de leurs caractéristiques faibles et de leur fragilité.

Voici quelques-unes des applications les plus courantes du procédé de projection de matière :

• Prototypes esthétiques
• Prototypes de moules à injection
• Élaborer des modèles médicaux
• Concevoir des présentations

3 - Extrusion de matériaux

L'extrusion est un processus industriel courant dans lequel vous forcez tout matériau proche de son point de fusion à travers une ouverture plus petite. De même, la technique d'impression 3D fonctionne sur le même principe. Dans la plupart des cas, le processus d'extrusion utilise des plastiques et des filaments composites. Par exemple, le PLA, l'ABS, le PET, la fibre de carbone et d'autres matériaux sont assez courants.

Au cours du processus, les matériaux sont poussés à travers une petite buse qui les chauffe jusqu'au point de fusion et déposés sur un chemin prédéterminé qui forme une couche.

Le processus se répète plusieurs fois jusqu'à ce que vous terminiez la partie entière. Aujourd'hui, vous pouvez utiliser des biomatériaux extrudés, des articles comestibles et une variété d'autres matériaux, mais le PLA, l'ABS et d'autres plastiques sont les plus courants.

L'extrusion de matériaux est de loin la technique d'impression 3D la moins coûteuse avec une précision et une polyvalence décentes. C'est pourquoi vous constaterez que la plupart des imprimantes 3D domestiques utilisent ce type de technologie d'impression 3D car elle est plus courante et plus facile à manipuler.

Voici quelques-unes des applications les plus courantes de l'extrusion de matériaux en impression 3D :

• Boîtiers électroniques
• Adapté à la forme
• Appareils
• Modèles de casting d'investissement

4 - Polymérisation en cuve

Il s'agit d'un processus d'impression 3D unique qui utilise une source de lumière pour durcir une résine photopolymère. Le matériau approprié pour cela est uniquement une résine photopolymère disponible dans de nombreuses couleurs et formes. Cette méthode produit un état de surface exceptionnel et permet des géométries élaborées et complexes.

La technique de polymérisation en cuve est souvent caractérisée en plusieurs types. Voici les trois principaux :

• Stéréolithographie (SLA)
• Traitement numérique de la lumière (DLP)
• Stéréolithographie masquée (MSLA)

De plus, de multiples autres formes sont également en recherche qui améliorent encore l'application et la polyvalence de cette technique. Le concept principal est similaire. Cependant, la différence entre toutes ces formes est la source de lumière, qui joue en fait un rôle essentiel dans le processus de durcissement.

Par exemple, certaines des applications les plus courantes pour lesquelles vous utilisez l'impression 3D par polymérisation en cuve sont répertoriées ci-dessous :

• Moules d'injection
• Prototypes polymères
• Concevoir des présentations
• Appareils dentaires
• Pièces médicales
• Industrie de la joaillerie 

5 - Fusion sur lit de poudre

C'est l'un des types d'impression 3D les plus avancés avec beaucoup de potentiel dans de nombreuses applications haut de gamme. La fusion sur lit de poudre fonctionne en concentrant une source thermique sur une petite zone pour induire la fusion entre les couches de matériau sous leur forme de poudre.

Par exemple, le processus fonctionne sur la plupart des thermoplastiques, céramiques et métaux pour offrir une précision dimensionnelle exceptionnelle de 0,3 %. Certains des processus d'impression 3D courants sont le frittage laser sélectif (SLS), la fusion laser sélective (SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM), le frittage laser direct de métal (DMLS) et la fusion multi-jets (MJF) pour n'en nommer que quelques-uns.

Pour illustrer cela, voici quelques applications courantes qui reposent sur la technique de fusion sur lit de poudre :

• Pièces métalliques fonctionnelles
• Production à faible volume
• Motifs creux

6 - Dépôt d'énergie directe

Le dépôt direct d'énergie est une technique d'impression 3D qui ne nécessite aucune structure de support et fonctionne simultanément pour déposer et durcir les couches. De plus, la technique repose sur un faisceau d'électrons, un laser puissant ou un plasma pour dynamiser fortement le matériau près de son point de fusion pour construire les couches.

Les applications du DED ne se limitent pas à la construction d'objets. Le processus unique répare les objets et c'est là que vous le verrez généralement plus souvent.

Les types de processus les plus courants sont LENS, EBAM, Cold Spray et autres. De plus, le procédé DED est limité aux métaux uniquement et fonctionne bien avec les fils et les poudres. Cependant, vous devrez dépenser beaucoup d'argent pour le post-traitement, ce qui n'en fait pas une option viable pour de nombreuses industries.

Par exemple, certaines des applications les plus courantes de DED sont :

• Réparation de composants haut de gamme
• Prototypes fonctionnels

7 - Laminage des feuilles

Comme son nom l'indique, la stratification de feuilles est une technique qui empile des feuilles de métal extrêmement fines les unes sur les autres pour produire un objet 3D. Cependant, ce processus est assez imprécis mais produit des résultats extrêmement rapides et économiques. Présentant ainsi des possibilités limitées d'applications fonctionnelles.

Généralement, le processus de laminage de feuilles utilise du papier, du polymère ou de fines feuilles de métal pour ce processus. Les technologies de traitement les plus courantes sont la fabrication d'objets laminés (LOM) et la consolidation par ultrasons (UC) qui produisent beaucoup de déchets et nécessitent un traitement supplémentaire de la pièce avant utilisation.

Certaines des applications les plus courantes du processus de laminage de feuille sont :

• Prototypes non fonctionnels
• Évaluation de la viabilité de la conception
• Modèles de présentation
• Imprimés multicolores
• Moules de coulée

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Applications courantes de l'impression 3D

L'impression 3D est souvent associée au prototypage rapide et à juste titre. C'est l'une des applications les plus courantes de cette technologie aujourd'hui. Cependant, les méthodes d'impression 3D ont évolué avec le temps et couvrent maintenant plusieurs nouveaux domaines.

Aujourd'hui, différentes techniques d'impression 3D sont essentielles pour plusieurs secteurs industriels. Voici quelques-uns des domaines dans lesquels la méthode d'impression 3D joue un rôle essentiel pour stimuler l'innovation et la croissance.

1 – Aéronautique

Le secteur de l'aérospatiale et de la défense se taille la part du lion lorsqu'il s'agit d'appliquer l'impression 3D à ses processus. Par exemple, le marché des types d'impression 3D dans le secteur aérospatial dépasse 10,4 milliards de dollars et continue de croître avec le temps.

De plus, le prototypage rapide n'est pas la seule application pratique des différentes méthodes d'impression 3D dans le secteur aérospatial. Des outils au développement de composants légers et même d'éléments structurels d'avions, la technologie continue de faciliter l'efficacité des matériaux. Il en résulte plus d'opportunités de réduire les coûts globaux sans compromettre la qualité.

2 – Automobile

Le secteur automobile est la prochaine grande chose en ce qui concerne les applications potentielles des types d'impression 3D à grande échelle. La demande mondiale pour différents types d'impression 3D continue d'augmenter de façon exponentielle et les experts estiment que cela va donner une concurrence féroce à l'industrie aérospatiale pour une place de choix dans un avenir proche.

De plus, le développement de nouveaux types de technologies d'impression 3D coïncide avec une demande accrue pour des voitures plus rationalisées et des composants légers. De même, les approches de fabrication traditionnelles ne peuvent pas suivre les exigences actuelles du secteur et l'impression 3D semble être la prochaine réponse.

Aujourd'hui, le prototypage rapide est l'application prédominante de ce secteur, mais l'avenir est vraiment passionnant avec un potentiel de développement de produits plus rapide et une plus grande flexibilité de conception.

3 - Santé

Une autre excellente avenue où l'impression 3D joue un rôle important dans le secteur de la santé. Par exemple, les dispositifs avancés, les prothèses, les implants et d'autres dispositifs de soins de santé personnels nécessitent de la flexibilité et de la personnalisation. Heureusement, différents types de méthodes d'impression 3D sont une solution parfaite pour répondre aux exigences dynamiques de ce secteur.

De plus, une application importante des techniques d'impression 3D est la bio-impression. Par exemple, les chercheurs travaillent aujourd'hui à combiner la recherche sur les cellules souches et l'impression 3D pour créer des organes artificiels. Il s'agit d'une recherche importante qui peut sauver des vies et réduire les risques associés aux chirurgies de transplantation puisque le biomatériau sera identique aux cellules du patient.

4 - Processus industriels

En plus de faire partie intégrante de secteurs industriels spécifiques tels que l'aérospatiale et la santé, tous les types d'impression 3D jouent également un rôle dans de nombreux processus industriels généraux. Pour illustrer, le prototypage rapide, l'outillage et d'autres applications aident les entreprises à maintenir leur efficacité, à gagner en flexibilité et à réduire les coûts globaux.

5 - Biens de consommation

Les industries axées sur le consommateur nécessitent une planification minutieuse et de la flexibilité pour s'assurer qu'une marque ou un produit particulier reste le premier choix sur le marché. Cela signifie de nouvelles conceptions ergonomiques et des formes inhabituelles qui sont souvent impossibles à réaliser avec les techniques d'usinage traditionnelles.

De plus, l'impression 3D pour la production de masse est l'un des moyens les plus efficaces de répondre aux exigences modernes en combinant fonctionnalité et esthétique. Du développement du produit aux tests, au prototypage et à la production finale. En conséquence, l'impression 3D devient de plus en plus populaire dans le secteur des biens de consommation.

Pourquoi l'impression 3D est-elle un meilleur choix ?

Vous ne pouvez pas être lié à une industrie technologique et ne pas entendre parler de tous les avantages offerts par l'impression 3D. La quantité d'applications polyvalentes offertes par l'impression 3D a été l'un des principaux facteurs de sa popularité bien méritée.

De plus, tout passionné de technologie pourra vous informer sur la facilité avec laquelle elle permet la création de pièces hautement sophistiquées avec peu ou pas de déchets. De plus, toutes les techniques d'impression 3D disponibles parviennent à offrir le confort de modifications simples et efficaces tout en réduisant à la fois vos coûts et votre temps.

Jetez un œil aux avantages suivants qui ne font qu'effleurer la surface de tout ce que la fabrication additive a à offrir :

• Réduire les délais
• Haute résistance et durabilité des objets créés
• Permet la fabrication de pièces uniques et spécifiques
• Offre des solutions efficaces et rapides
• Est le choix idéal pour le prototypage rapide

7 considérations lors du choix d'une technique d'impression 3D

L'impression 3D est un terme général qui comprend une collection de plusieurs types d'impression 3D différents, comme indiqué précédemment.

Comprendre quelles méthodes d'impression 3D utiliser est un défi en soi. Cette tâche nécessite donc une connaissance approfondie des exigences techniques de votre application mais également des forces et faiblesses de chaque méthode disponible. Une approche que vous pouvez adopter pour vous aider à décider en fonction des principales contraintes de votre projet. Par exemple, les 7 contraintes suivantes peuvent être les plus importantes pour vous aider à décider.

• Budget
• Propriétés géométriques
• Matériel utilisé pour l'impression
• Propriétés mécaniques
• Vitesse de production
• Quantités de pièces
• Sécurité

Foire aux questions sur les types d'impression 3D

Comprendre toutes les complexités du processus d'impression 3D peut être une tâche difficile. Voici quelques-unes des questions courantes que vous pourriez avoir sur l'impression 3D et la fabrication additive dans son ensemble.

Combien de types d'impression 3D existe-t-il ?

Vous trouverez plusieurs imprimantes 3D différentes disponibles sur le marché, mais les 7 techniques susmentionnées - à savoir le jet de liant, le jet de matériau, l'extrusion de matériau, la polymérisation en cuve, la fusion sur lit de poudre, le dépôt direct d'énergie et le laminage de feuilles - sont les plus courantes dans de nombreuses industries.

De plus, ces techniques couvrent un large éventail de matériaux et offrent un équilibre parfait entre fonctionnalité, esthétique et coûts pour couvrir les applications les plus courantes de la technologie d'impression 33D.

Quel est le type d'impression 3D le plus courant ?

La modélisation par dépôt de fil fondu, ou FDM en abrégé, s'est imposée comme la technique d'impression 3D la plus couramment utilisée au niveau des consommateurs. Par conséquent, la technologie a été largement peaufinée et modifiée pour le bureau. La plupart des utilisateurs de FDM l'ont trouvé plus abordable et plus facile à utiliser.

Quel type d'impression 3D offre des pièces haute résolution ?

Si la résolution des pièces est l'une de vos principales préoccupations, alors le meilleur choix pour vous serait d'utiliser des imprimantes 3D SLA. SLA produit des impressions meilleures et plus détaillées, permettant la fabrication de pièces plus précises avec une plus grande précision.

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