Le guide complet de l'impression 3D

L'impression 3D est une technologie de prototypage et de production numérique qui fabrique des pièces en plastique ou en métal une couche à la fois. Elle est également connue sous le nom de fabrication additive car la matière est progressivement ajoutée pour construire la pièce, par opposition aux processus de fabrication soustractifs - tels que l'usinage CNC, la découpe laser, la découpe plasma, le jet d'eau, l'estampage, etc. - qui enlèvent de la matière pour former une matière première. .

Bien qu'inventée dans les années 1980, l'impression 3D a pris une ampleur considérable au 21e siècle, l'impression 3D plastique devenant une méthode de prototypage importante et la fabrication additive métallique de haute qualité désormais courante dans des secteurs comme l'aérospatiale et la médecine.

Différents types d'imprimantes 3D fonctionnent de différentes manières, bien qu'elles partagent généralement certaines caractéristiques fondamentales. Toutes les imprimantes 3D sont contrôlées par des instructions informatiques (sous forme de code G) et fonctionnent en tournant la matière première - par ex. métal en poudre, résine liquide ou filament thermoplastique - dans une nouvelle forme, une couche à la fois, jusqu'à ce qu'un objet 3D complet soit construit.

Bien que la fabrication additive de qualité production se développe, les imprimantes 3D sont encore principalement utilisées comme outil de prototypage. En effet, ils ont des coûts de démarrage très faibles, ne nécessitent pas d'outillage et sont très rapides pour imprimer des éléments uniques.

Ce guide examine les bases de l'impression 3D, y compris les principales technologies et matériaux d'impression 3D, les avantages de l'impression 3D par rapport à des processus comparables et les applications courantes de l'impression 3D.

Technologies d'impression 3D

FDM

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), parfois connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF), est une technologie d'impression 3D qui imprime un filament thermoplastique en le chauffant jusqu'à un état fondu puis en l'extrudant à travers une buse sur une tête d'impression mobile.

FDM fonctionne en extrudant un flux constant de matériau thermoplastique à partir d'une tête d'impression qui se déplace le long de deux axes (selon les instructions de l'ordinateur) ; le matériau extrudé forme une forme 2D sur le lit d'impression, refroidit et finalement se solidifie. La tête d'impression est ensuite relevée progressivement pour passer à la couche 2D suivante, qui est imprimée au-dessus de la première, et ce processus se répète jusqu'à ce que la forme 3D entière soit imprimée.

En raison de sa gamme de matériaux, de son prix abordable et de sa facilité d'utilisation dans des environnements non industriels, la FDM est la technologie d'impression 3D dominante pour les consommateurs et est également largement utilisée dans les environnements professionnels comme outil de prototypage.

Les principaux fabricants d'imprimantes 3D FDM incluent Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax et LulzBot.

SLA

La stéréolithographie (SLA) est une forme de photopolymérisation en cuve qui utilise un faisceau laser pour créer des formes 3D dans une cuve de résine liquide photosensible.

Le processus SLA fonctionne en déplaçant un faisceau laser hautement focalisé selon un motif précis dans la cuve de résine. Parce que la résine est photosensible, le faisceau laser est capable de durcir et de solidifier la résine, mais uniquement dans les zones exactes sur lesquelles il est focalisé. Cela permet à l'imprimante 3D SLA de former une forme 2D solide dans la résine liquide avant de déplacer progressivement la plate-forme de construction pour passer à la couche suivante. (Une technologie de photopolymérisation connexe, le traitement numérique de la lumière (DLP), utilise un projecteur au lieu d'un faisceau laser.)

SLA est un processus d'impression 3D précis qui produit des pièces en plastique fragiles avec une surface lisse. Il est utilisé pour le prototypage et dans des domaines comme la dentisterie et la production de bijoux.

Les principaux fabricants d'imprimantes 3D SLA incluent Formlabs, Creality, XYZprinting et DWS Systems.

SLS

Le frittage sélectif par laser (SLS) est une technologie d'impression 3D qui utilise un faisceau laser pour fritter des particules de matériau en poudre, généralement du nylon ou du polyamide.

Au cours du processus SLS, le lit d'impression est recouvert d'une fine couche de poudre. Un laser contrôlé par ordinateur dessine ensuite une forme 2D dans la poudre, fusionnant les particules et créant une forme solide. Une fois qu'une couche 2D est terminée, le lit d'impression se déplace par incréments pour permettre l'impression de couches successives. Étant donné que la pièce imprimée est toujours entourée de poudre non frittée, elle ne nécessite pas de structures de support (une sorte d'échafaudage imprimé utilisé dans des technologies comme le FDM pour maintenir une pièce ensemble).

SLS est utilisé à la fois dans le prototypage et la production à faible volume. Les avantages incluent la liberté géométrique et la possibilité d'imprimer plusieurs pièces densément emballées en une seule tâche d'impression.

Les fabricants d'imprimantes 3D SLS incluent EOS, 3D Systems et Prodways (industriels), ainsi que Sinterit, Sintratec et Formlabs (bureau).

Fusion multi-jets

Multi Jet Fusion (MJF), développé par le géant de l'impression HP, est un autre procédé d'impression 3D par fusion sur lit de poudre pour la fabrication de pièces en polymère.

Il est similaire au SLS mais, au lieu d'utiliser un laser pour fritter les particules de poudre, il dépose une encre spéciale sur la poudre qui aide à absorber la lumière infrarouge; la lumière infrarouge est alors dirigée vers la poudre, provoquant la fusion des particules.

Le MJF peut être considéré comme une combinaison de SLS et de projection de liant, un processus généralement utilisé pour fabriquer des pièces métalliques.

Jet de matière

À ne pas confondre avec le jet de liant, le jet de matériau est une famille distincte de procédés d'impression 3D dans lesquels les têtes d'impression à jet d'encre déposent le matériau couche par couche.

Le processus de projection de matériau fonctionne en projetant sélectivement un matériau photoréactif sur le lit d'impression, puis en le durcissant avec une lumière UV - un peu comme SLA, mais sans la cuve de liquide. Le processus se répète, couche par couche, jusqu'à ce que la pièce soit terminée. Certaines imprimantes utilisent le jet continu tandis que d'autres utilisent la goutte à la demande.

Les imprimantes 3D à jet de matière impriment généralement avec des photopolymères thermodurcissables liquides, et ceux-ci peuvent présenter différentes propriétés matérielles.

Parmi les principaux fabricants d'imprimantes 3D à jet de matière figurent 3D Systems, Stratasys (PolyJet) et Xjet.

SLM

La fusion laser sélective (SLM) est un processus de fabrication additive métallique et l'une des formes les plus importantes d'impression 3D pour la production de pièces d'utilisation finale.

Le SLM, une forme de fusion sur lit de poudre, ressemble au SLS en ce sens qu'il utilise un laser dirigé vers un lit de poudre métallique. Cependant, les particules peuvent être entièrement fondues plutôt que simplement frittées, et le processus est utilisé pour traiter diverses poudres métalliques au lieu de nylon et de polyamide. Une autre différence est que le SLM nécessite généralement une chambre d'impression scellée contenant un gaz inerte. Les améliorations de la technologie SLM en ont fait une véritable alternative à l'usinage et au moulage.

Le SLM a une variété d'utilisations, du prototypage rapide de métal à la production de composants aérospatiaux d'utilisation finale et d'implants médicaux en titane.

Les principaux fabricants d'imprimantes 3D SLM incluent SLM Solutions et Renishaw.

DMLS

Le frittage laser direct de métal (DMLS) est une autre forme de fabrication additive par fusion sur lit de poudre pour les pièces métalliques.

Le DMLS ressemble au SLS en ce sens qu'il utilise un laser pour fritter les particules; cependant, il est utilisé pour les métaux plutôt que pour les nylons. Le DMLS ressemble également au SLM à bien des égards, mais son laser ne fond pas complètement le brut comme le fait le SLM. En tant que tel, le DMLS est généralement limité aux alliages métalliques.

L'impression 3D DMLS est dominée par EOS, qui a développé le procédé (et le nom DMLS) dans les années 1990.

Jet de liant

Le jet de liant est un processus d'impression 3D unique qui utilise un liant pour fabriquer des pièces à partir de poudres de métal, de sable ou de céramique.

Le processus de projection de liant fonctionne en enduisant le lit d'impression de poudre, puis en pulvérisant sélectivement la poudre avec un liant (une sorte de colle) pour créer une forme 2D. Le liant de type colle lie ensemble les particules de la poudre au lieu, par exemple, de les fritter ensemble. La plate-forme de fabrication se déplace ensuite pour permettre à l'imprimante de lier la couche suivante, et ainsi de suite.

Les pièces de jet de liant doivent généralement être traitées thermiquement ou infiltrées (avec un autre matériau) après l'impression, pour éliminer le matériau liant et renforcer la pièce.

Les principales sociétés d'imprimantes 3D à jet de liant comprennent 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged et HP.

Matériaux d'impression 3D

Filaments thermoplastiques (FDM)

La grande majorité des matériaux utilisés dans l'impression 3D FDM sont des filaments thermoplastiques disponibles en bobines de différentes tailles. Les thermoplastiques fondent lorsqu'ils sont chauffés puis se resolidifient lorsqu'ils sont refroidis sans modifier leur composition chimique; cela les rend parfaits pour l'impression 3D de type extrusion.

Un filament thermoplastique FDM polyvalent courant est l'acide polylactique (PLA), qui a un point de fusion bas et est respectueux de l'environnement. L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), qui a un point de fusion plus élevé mais s'extrude plus facilement, est un autre choix populaire. Les autres matériaux d'impression 3D FDM courants incluent le PETG et le PC.

Alors que la plupart des thermoplastiques imprimables sont rigides, certains filaments flexibles FDM tels que le TPE et le TPU conviennent aux pièces caoutchouteuses.

Filaments composites (FDM)

De nombreuses imprimantes 3D FDM sont capables d'imprimer des thermoplastiques renforcés avec des additifs comme le verre ou la fibre de carbone. Ces matériaux peuvent avoir une résistance bien supérieure aux thermoplastiques ordinaires (bien que, comme les morceaux de verre ou les fibres coupées sont orientés de manière aléatoire, les matériaux sont généralement plus faibles que les fibres continues imprimées, qui nécessitent une technologie d'impression dédiée et coûteuse).

Résines liquides (SLA, DLP)

Les matériaux pour les processus d'impression 3D par photopolymérisation en cuve tels que SLA et DLP se présentent sous la forme de résines photosensibles liquides qui contiennent des monomères, des oligomères et des photoinitiateurs. Ces résines sont durcies par une source de lumière pour fabriquer des pièces imprimées solides.

Différentes résines existent pour répondre à différents besoins - par exemple, certaines sont entièrement transparentes, tandis que d'autres offrent un niveau de résistance aux chocs plus élevé - mais elles n'ont pas de noms universels comme les thermoplastiques. Au lieu de cela, différents producteurs de résines d'impression 3D produisent différents mélanges de résine qui ont souvent des étiquettes simples comme "résine standard" ou "résine transparente".

Poudres de nylon/polyamide (SLS)

Le matériau d'impression 3D SLS le plus largement utilisé est le nylon, un thermoplastique technique qui produit des pièces imprimées en 3D solides, rigides et durables.

Les imprimantes 3D SLS frittent le nylon sous forme de poudre, et il existe différents types de poudre de nylon (et d'autres poudres) qui peuvent être imprimés. Le nylon 12 est un bon matériau polyvalent pour les pièces et le prototypage, tandis que le nylon 11 est particulièrement résistant et ductile. Le nylon chargé d'aluminium et le TPU sont d'autres options de poudre SLS.

Poudres métalliques (SLM, DMLS)

Les procédés de fabrication additive métallique comme le SLM sont compatibles avec les poudres métalliques qui peuvent être fondues par le faisceau laser de l'imprimante. Ces poudres sont souvent fabriquées par atomisation au gaz, ce qui produit des particules sphériques qui s'écoulent facilement.

Une grande variété de métaux sont disponibles sous forme de poudres d'impression 3D pour SLM et d'autres procédés de fusion sur lit de poudre. Ceux-ci incluent des alliages de titane à haute résistance et à haute température; alliages d'aluminium; aciers inoxydables; alliages cobalt-chrome; et alliages de nickel.

Logiciel d'impression 3D

Les imprimantes 3D sont des machines numériques, et les logiciels jouent donc un rôle important dans le processus d'impression 3D. Bien qu'il existe un certain chevauchement entre les types de logiciels d'impression 3D (certaines suites logicielles contiennent de nombreux outils différents), il existe quatre catégories principales :la modélisation 3D, la réparation STL, le découpage et la gestion de l'impression.

Logiciel de modélisation 3D

Un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), parfois appelé logiciel de modélisation 3D, est utilisé pour concevoir des modèles 3D sur un écran d'ordinateur qui peuvent finalement être transformés en objets physiques imprimés en 3D.

Ce type de logiciel peut vous permettre de modéliser visuellement des formes 3D, en sélectionnant des paramètres ou en écrivant du code. Les fonctionnalités peuvent inclure des outils de modélisation automatique, l'intégration CAM et des outils de simulation.

Certains logiciels de modélisation 3D d'impression 3D courants sont TinkerCAD et Fusion 360 (tous deux d'Autodesk), SolidWorks de Dassault Systèmes, Rhino et Blender.

Logiciel de réparation STL

Le logiciel de réparation STL ou de réparation de maillage, parfois fourni avec un logiciel de CAO ou de découpage, est conçu pour analyser et réparer les fichiers imprimables en 3D afin de faciliter une impression fluide.

Les packages de réparation STL autonomes populaires incluent Magics de Materialise et Netfabb/Meshmixer d'Autodesk, tandis que les Fusion 360 et Blender susmentionnés sont livrés avec des outils de réparation STL.

Logiciel de découpage

Un logiciel de modélisation 3D crée des fichiers de maillage contenant des informations sur un modèle 3D, mais une imprimante 3D ne peut pas calculer ces fichiers. C'est là qu'intervient le logiciel de découpage d'imprimante 3D.

Le logiciel de découpage découpe un maillage 3D en couches individuelles qui peuvent être imprimées en 3D en séquence, et exporte les données concernant ces couches sous forme de code G, qu'une imprimante 3D peut lire et exécuter.

Slic3r, Cura et Repetier sont tous des logiciels de découpage d'impression 3D courants.

Logiciel de gestion d'impression

Certains utilisateurs d'imprimantes 3D, en particulier ceux qui exécutent plusieurs imprimantes à la fois, peuvent avoir besoin d'un logiciel de gestion d'impression 3D pour gérer les travaux d'impression, superviser les performances et l'état de la machine et surveiller les fournitures de matériel.

Les outils de gestion d'impression incluent des outils Web conviviaux comme OctoPrint, jusqu'aux systèmes d'exécution de fabrication additive (MES) professionnels comme Materialise Streamics et Oqton FactoryOS.

Avantages de l'impression 3D

L'utilisation de l'impression 3D présente de nombreux avantages par rapport à des processus alternatifs tels que l'usinage CNC et le moulage par injection. Ceux-ci incluent :

Vitesse : Surtout pour le prototypage rapide de pièces uniques, l'impression 3D est l'une des méthodes de fabrication les plus rapides. Les fichiers numériques peuvent être envoyés à une imprimante 3D avec un minimum de préparation. Cela peut donner aux entreprises un avantage concurrentiel, en raccourcissant les cycles de R&D et les délais de mise sur le marché.

Coût : Comme aucun outillage coûteux n'est requis, l'impression 3D est très bon marché pour la fabrication de pièces uniques ou de petites séries. Le gaspillage de matériau est également minime, car le processus est additif et non soustractif.

Liberté géométrique : L'impression 3D est soumise à moins de contraintes de conception que des processus tels que le moulage par injection, permettant des motifs complexes et même des sections internes complexes. Cela est particulièrement vrai pour les procédés à lit de poudre comme SLS, car la poudre soutient la structure imprimée de tous les côtés.

Cohérence : Bien que l'impression 3D soit souvent utilisée pour des pièces uniques et des prototypes, elle produit en fait des doublons très cohérents, car la qualité des pièces ne dépend pas de facteurs tels que la durée de vie du moule ou l'usure des outils.

Les limites de l'impression 3D incluent la lenteur dans les grands volumes, la résistance limitée des pièces par rapport aux processus soustractifs et de formage, le coût des matériaux (le filament FDM est plus cher que des volumes équivalents de granulés de moulage par injection, par exemple), la gamme de matériaux limitée et les options de coloration limitées.

Applications d'impression 3D

L'impression 3D est utilisée dans de nombreux secteurs, à la fois pour le prototypage rapide et la production à court terme.

Prototypage rapide

Dans tous les secteurs, une application clé de l'impression 3D est le prototypage rapide de nouvelles pièces pendant la R&D. Aucune autre technologie n'est aussi bien équipée pour la fabrication instantanée de pièces en plastique ou en métal, même dans des environnements non industriels.

Les imprimantes 3D peuvent être utilisées en interne par les entreprises, tandis que certaines entreprises préfèrent commander des prototypes imprimés en 3D via des bureaux de service.

Médecine

L'impression 3D peut être utilisée pour fabriquer des composants médicaux tels que des implants en titane et des guides chirurgicaux (SLM) spécifiques au patient, des prothèses imprimées en 3D (SLS, FDM) et même des tissus humains bio-imprimés en 3D. Les composants des équipements et machines médicaux (appareils à rayons X, équipements IRM, etc.) peuvent également être imprimés en 3D.

Des technologies telles que SLA et SLS sont également largement utilisées dans l'industrie dentaire pour les modèles, les prothèses et les restaurations.

Aéronautique

L'industrie aérospatiale a été un grand adopteur de la technologie d'impression 3D, car il est possible de fabriquer des pièces très légères avec un excellent rapport résistance/poids. Les exemples de pièces incluent des composants simples tels que des cloisons de cabine (SLS), jusqu'à des composants de moteur révolutionnaires (SLM) tels qu'un embout de buse de carburant imprimé en 3D développé et fabriqué par GE.

Automobile

Les constructeurs automobiles utilisent régulièrement des imprimantes 3D pour fabriquer des pièces de rechange et des réparations uniques, ainsi que des prototypes rapides. Les pièces de voiture imprimées en 3D courantes incluent les supports, les composants du tableau de bord et les composants d'antenne (FDM).

Des exemples plus extrêmes incluent des voitures avec de grands composants structurels en métal imprimés en 3D, tels que les premiers modèles de la startup automatique Divergent.

Bijoux et art

Les technologies d'impression 3D telles que SLA sont largement utilisées (en tant que processus de fabrication indirecte) dans la production et la réparation de bijoux, tandis que pratiquement tous les types d'imprimantes 3D peuvent être utilisés pour créer des œuvres d'art et des sculptures.

Construction

Les progrès de la fabrication additive de qualité de production ont élargi le champ des applications dans la construction et l'architecture. L'impression 3D concrète, qui fonctionne un peu comme le FDM mais avec des extrudeuses à très larges buses, joue un rôle dans cette industrie, mais des technologies d'impression 3D plus courantes comme le SLM peuvent être utilisées pour fabriquer des éléments comme des structures de pont.

Formats de fichiers d'impression 3D

Les pièces imprimées en 3D peuvent être conçues à l'aide d'un logiciel de CAO standard, mais les imprimantes 3D ne peuvent lire que des formats de fichiers spécifiques. Il existe quatre principaux formats de fichiers d'impression 3D lisibles par machine.

STL : De loin le format de fichier d'imprimante 3D le plus courant, STL contient des informations sur la géométrie des pièces sous la forme de triangles tessellés. Il ne contient pas d'informations telles que la couleur, le matériau ou la texture. La taille du fichier est proportionnelle aux détails, ce qui peut poser problème.

OBJ : Le format de fichier OBJ, moins répandu que STL, code la géométrie du modèle 3D et peut inclure des courbes de forme libre et des surfaces de forme libre en plus des pavages. Il peut également contenir des informations sur la couleur, le matériau et la texture, ce qui le rend utile pour les processus en couleur.

3MF : Inventé par Microsoft, 3MF est un format basé sur XML avec des fichiers de petite taille et un bon niveau de prévention des erreurs. Il n'a pas encore été largement adopté, mais il est pris en charge par des sociétés telles que Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP et GE.

AMF : Successeur du format STL, AMF est beaucoup plus léger et permet la tessellation de triangles courbes ainsi que de triangles plats, ce qui facilite beaucoup l'encodage de pièces détaillées dans une gamme de formes. L'adoption du format a été lente depuis son introduction.

Paramètres et spécifications d'impression 3D

L'impression 3D utilise une terminologie spécifique au processus qui peut prêter à confusion pour les nouveaux arrivants. Ces termes font référence aux paramètres et/ou aux spécifications de l'imprimante qui peuvent affecter le rendu des pièces imprimées en 3D.

Remplir

Lors de la fabrication de pièces imprimées en 3D, vous devrez peut-être spécifier un pourcentage de remplissage, qui fait référence à la densité interne de la pièce. Un faible pourcentage de remplissage se traduira par une partie principalement creuse avec le strict minimum de matériau maintenant la forme ensemble ; un remplissage élevé se traduira par une pièce solide, dense et plus lourde.

Hauteur du calque

La hauteur de couche, parfois appelée résolution de l'axe Z, est la distance entre une couche 2D d'une pièce et la suivante. Une hauteur de couche plus petite signifie une résolution plus fine (et un niveau de détail possible plus élevé) le long de l'axe Z, c'est-à-dire de haut en bas. Une petite hauteur de couche est une indication d'une imprimante de haute qualité, mais les utilisateurs peuvent spécifier des hauteurs de couche plus grandes pour une impression plus rapide et plus économique.

Vitesse d'impression

La vitesse d'impression d'une imprimante, mesurée en millimètres par seconde, indique la vitesse à laquelle la machine peut traiter la matière première. Comme la hauteur de couche, cette valeur peut être soit une indication de la vitesse maximale d'une imprimante, soit une valeur déterminée par l'utilisateur :des vitesses d'impression plus lentes produisent généralement des impressions plus précises.

Température d'impression

Applicable à des processus tels que FDM, la température d'impression fait généralement référence à la température de la tête d'impression, la partie de la tête d'impression qui chauffe le filament thermoplastique. Certaines imprimantes FDM disposent également d'un lit d'impression chauffé, dont la température sera spécifiée par le fabricant. Dans les deux cas, la température est généralement contrôlable par l'utilisateur.

Résolution

En impression 3D, la résolution fait presque toujours référence au plus petit mouvement possible le long des axes X et Y (largeur et profondeur), soit par un faisceau laser (SLA, SLM, etc.) ou une tête d'impression (FDM). Cette valeur est plus difficile à mesurer que la hauteur de couche et n'est pas toujours proportionnelle à celle-ci.

Coquillages

Comme l'épaisseur de paroi dans le moulage par injection, les coques (ou épaisseur de coque) font référence à l'épaisseur d'une paroi extérieure d'une pièce imprimée en 3D. Lors de l'impression 3D, les utilisateurs doivent généralement sélectionner un certain nombre de coques :une coque =murs extérieurs de l'épaisseur de la buse de l'imprimante 3D ; 2 coques =2 fois cette épaisseur, etc.

Impression 3D en couleur

Étant donné que l'impression 3D est principalement utilisée comme outil de prototypage, les impressions monochromes suffisent pour la plupart des applications. Cependant, il existe quelques options pour l'impression 3D en couleur, notamment les imprimantes à jet de matériau haut de gamme, les imprimantes FDM multi-extrudeuses et les options de post-traitement.

Technologies de projection

De grandes sociétés d'impression 3D telles que Stratasys, 3D Systems et Mimaki ont développé des imprimantes 3D à jet de matériau et à jet de liant capables d'imprimer des modèles 3D en couleur, tout comme les imprimantes à jet d'encre 2D. Cependant, ces machines sont chères et les pièces n'ont pas toujours d'excellentes propriétés mécaniques.

Multi-extrusion

Plusieurs imprimantes 3D FDM sont équipées de têtes d'impression doubles (ou plus), permettant d'imprimer simultanément deux bobines de filament - de couleurs différentes ou même de matériaux différents - sur le même travail d'impression. C'est simple et abordable mais généralement limité à deux couleurs.

Échange de filaments

Il est possible de réaliser des impressions multicolores à l'aide d'une imprimante 3D FDM mono-extrudeuse. Cela implique de suspendre l'impression à certains endroits et de remplacer la bobine de filament par un filament d'une couleur différente. Il s'agit d'une méthode d'application de couleur très lente et qui n'offre pas de contrôle très précis sur l'emplacement de chaque couleur.

Ajouter de la couleur après l'impression

De nombreuses pièces imprimées en 3D peuvent être teintes, teintées ou peintes après l'impression. Bien que cela ajoute une étape supplémentaire au processus, c'est souvent le meilleur équilibre entre qualité et rentabilité.

Post-traitement des pièces imprimées en 3D

De nombreuses pièces imprimées en 3D nécessitent au moins un certain niveau de post-traitement après leur sortie du lit d'impression. Cela peut inclure des processus essentiels tels que le retrait du support ou des processus cosmétiques facultatifs comme la peinture. Certains processus s'appliquent à toutes ou à la plupart des technologies d'impression 3D, tandis que d'autres sont spécifiques à une technologie.

Prise en charge de la suppression

Les technologies d'impression 3D telles que FDM et SLA nécessitent l'impression de structures de support (entretoises verticales entre le lit d'impression et la pièce elle-même) afin que l'objet imprimé ne s'effondre pas pendant sa fabrication.

Ces supports doivent être retirés lorsque la pièce est terminée. Certaines imprimantes, telles que les machines FDM à double extrusion, peuvent imprimer les structures de support dans un matériau soluble, ce qui permet de déconnecter facilement les supports de la pièce réelle à l'aide de produits chimiques liquides. Les supports non solubles doivent être coupés manuellement de la pièce, laissant une marque qui devra éventuellement être poncée.

Lavage et élimination de la poudre

Certaines technologies d'impression 3D (par exemple SLA) laissent un résidu collant sur les pièces, tandis que d'autres (SLM, SLS) peuvent laisser des traces de poudre. Dans ces cas, les pièces doivent être lavées - manuellement ou avec une machine dédiée - ou dépoussiérées à l'air comprimé.

Traitement thermique

De nombreuses technologies d'impression 3D clés impriment des pièces dans des matériaux qui, à la sortie du lit d'impression, ne sont pas encore dans leur état chimique final. Celles-ci sont parfois appelées parties "vertes".

De nombreuses pièces métalliques imprimées en 3D nécessitent un traitement thermique après l'impression pour augmenter la fusion des couches et éliminer les contaminants. Et les imprimantes 3D à jet de liant, par exemple, produisent des pièces qui doivent être déliantées et frittées après l'impression pour éliminer le liant polymère de l'intérieur des pièces métalliques.

Certaines pièces imprimées en résine 3D doivent être post-polymérisées après l'impression pour augmenter leur dureté et les rendre utilisables.

Finition de surface

Les pièces imprimées en 3D peuvent être soumises à un grand nombre de techniques de finition de surface, des procédures texturales telles que le ponçage et le lissage aux procédures visuelles telles que la peinture et la teinture. Certaines technologies, comme le FDM, peuvent produire une surface assez rugueuse qui nécessite un ponçage, tandis que d'autres, comme le SLA, produisent une surface beaucoup plus lisse. Consultez notre liste complète de services de finition de surface pour plus d'informations.

Combiner l'impression 3D avec d'autres technologies

L'impression 3D ne doit pas être utilisée comme un processus autonome. Au lieu de le considérer comme un concurrent de l'usinage CNC et du moulage par injection, il peut en fait être complémentaire à ces autres procédés de fabrication. Exemples de combinaisons :

Impression 3D de la section principale d'une pièce, puis fraisage CNC des caractéristiques fines avec des tolérances plus strictes

Impression 3D d'un modèle maître pour la fonderie de précision ou la coulée sous vide

Impression 3D d'un composant, puis moulage par injection d'une structure par-dessus avec surmoulage

Il existe des systèmes de fabrication hybrides qui combinent l'impression 3D avec d'autres technologies. L'INTEGREX i-400 AM de Mazak et le Lasertec DED de DMG MORI, par exemple, peuvent effectuer à la fois l'impression 3D et le fraisage CNC.

L'impression 3D remplacera-t-elle d'autres procédés de fabrication ?

Les analystes se demandent depuis longtemps si l'impression 3D pourrait rendre redondants d'autres processus de fabrication, notamment :

Usinage

Moulage

Lancer

Cependant, malgré la volonté des fabricants de matériel de fabrication additive de positionner l'impression 3D comme une technologie de production de bout en bout (voir, par exemple, l'initiative Industrie 4.0 d'EOS), dans la pratique, l'impression 3D reste limitée à certains travaux de fabrication spécifiques, en particulier à faible volume. fabrication dans des matériaux spécifiques.

L'impression 3D a certainement dépassé d'autres procédés dans certains domaines. Par exemple, le prototypage rapide dans des plastiques à faible coût comme l'ABS est désormais dominé par l'impression 3D, car il est moins coûteux d'imprimer de l'ABS que de l'usiner. L'impression 3D semble également avoir consolidé sa place en tant qu'outil idéal pour fabriquer des objets tels que des implants médicaux en titane sur mesure :la vitesse et la flexibilité géométrique de l'impression 3D sont difficiles à égaler dans des situations spécifiques comme celle-ci.

Néanmoins, des processus tels que l'usinage CNC restent actuellement meilleurs pour produire des pièces et des prototypes de haute qualité dans des matériaux d'ingénierie tels que le POM, le PEI, le PPS et le PEEK, tout en laissant une finition de surface bien supérieure à l'impression 3D. De plus, des processus tels que le moulage par injection sont encore infiniment plus rapides pour la production en série de composants en plastique simples.

De plus, alors que la fabrication additive connaît certaines des avancées technologiques les plus importantes dans le domaine de la fabrication - ce qui lui permet de revendiquer une plus grande présence dans la fabrication dans son ensemble - des processus plus établis comme la CNC et le moulage par injection sont également affinés pour produire des pièces de meilleure qualité.

L'impression 3D continuera d'occuper une part plus importante des emplois de fabrication, mais elle ne remplacera pas complètement les autres technologies.

À quoi ressemblait l'impression 3D il y a 10 ans ?

Il y a dix ans, l'industrie naissante de l'impression 3D se préparait à ce qu'elle croyait être une révolution de l'impression 3D :une imprimante 3D dans chaque foyer, permettant aux familles d'imprimer en 3D de nouveaux objets dont elles pourraient avoir besoin, comme une pièce de rechange pour leur réfrigérateur, un nouveau jouet pour leurs enfants, ou même des composants pour construire une deuxième imprimante 3D.

Vers 2012-2014, les fabricants d'imprimantes 3D FDM comme MakerBot ont commercialisé de manière agressive leurs imprimantes 3D sur le marché grand public, tentant de convaincre les gens normaux qu'une imprimante 3D pouvait améliorer leur vie à la maison et leur vie professionnelle. Cependant, il était clair que ces entreprises essayaient d'exploiter le facteur de nouveauté de l'impression 3D et que leurs produits avaient peu d'utilité pratique; un communiqué de presse de MakerBot de 2012 semble le prouver :« Créez un jeu d'échecs complet en appuyant sur un bouton. Les amis, les camarades de classe, les collègues et la famille verront les choses que vous faites et diront "Wow !""

Quelques années plus tard, cette soi-disant révolution de l'impression 3D avait manifestement échoué, et de nombreux fabricants d'imprimantes 3D ont commencé à réaligner leurs cibles, passant de la sphère grand public aux marchés professionnels et industriels, où il y avait des applications plus concrètes (et lucratives). de la technologie additive.

De plus, ceux qui étaient déjà dans la sphère professionnelle et industrielle - des entreprises comme 3D Systems et Stratasys - ont commencé à essayer de briser l'idée de l'impression 3D en tant que technologie de prototypage, la positionnant plutôt comme un outil de production de masse viable (qui pourrait évidemment être plus lucratif pour l'industrie de l'impression 3D, puisque les fabricants devraient remplir des usines entières d'imprimantes 3D, acheter un logiciel de gestion d'imprimante 3D et embaucher des consultants en impression 3D).

À quoi ressemblera l'impression 3D dans 10 ans ?

Les entreprises d'impression 3D ont abandonné la perspective d'installer une imprimante 3D dans chaque foyer. Cependant, dans 10 ans, ils peuvent s'attendre à voir une certaine forme de fabrication additive dans un plus grand nombre d'usines.

Bien que l'impression 3D fasse moins parler d'elle aujourd'hui qu'elle ne l'était en 2012, la technologie continue de s'accélérer dans le monde professionnel et industriel.

Selon un rapport récent, la société d'études de marché 3DPBM Research s'attend à ce que la valeur de la fabrication additive métallique passe de 1,6 milliard de dollars en 2020 à 30 milliards de dollars d'ici 2030, et cela est largement dû au repositionnement de la FA en tant qu'outil de production et au développement de plus haute -matériaux d'ingénierie performants. (Cela étant dit, l'impression 3D restera un outil de prototypage précieux dans de nombreux secteurs, et les applications de prototypage bénéficieront également des améliorations technologiques.)

Cependant, il n'y a pas que la FA métallique qui se développe. Des technologies comme Multi Jet Fusion de HP ont ouvert de nouvelles possibilités dans l'impression plastique, tandis que des innovateurs comme Carbon ont développé de nouveaux procédés à grande vitesse dans la catégorie de la photopolymérisation. Des domaines de niche tels que la bio-impression 3D et la micro-impression 3D innovent également régulièrement, tandis que l'impression 3D composite (par exemple, l'impression 3D en fibre de carbone continue) est également en hausse :IDTechEX prévoit que le marché de l'impression 3D composite vaudra 1,7 milliard de dollars d'ici 2030.

En bref, l'impression 3D deviendra progressivement un concurrent sérieux des autres processus de fabrication dans de nombreuses disciplines.

Comment se développe l'impression 3D en Chine ?

Bien que la Chine ne compte que quelques fabricants d'imprimantes 3D notables - UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP) et Creality (FDM, DLP, SLA) sont quelques-uns des noms les plus connus - La Chine et la région Asie-Pacifique sont l'un des marchés de l'impression 3D à la croissance la plus rapide, affichant une adoption généralisée (en partie grâce aux incitations gouvernementales).

At present, AM activity in China is concentrated in Shanghai, Xi’an, Guangdong (where 3ERP is headquartered), and the Bohai Economic Rim, which includes Tianjin, Hebei, Liaoning, and Shandong. Some major western AM companies like 3D Systems, Stratasys, and EOS have offices in Shanghai.

Although production of Chinese 3D printers is dominated by FDM and resin technologies, around half of printers sold in China are for industrial use (as opposed to personal or small-scale professional use).

In October 2020, market research company CONTEXT found that China’s 3D printing market had been far more resilient in the face of the pandemic than other markets and was playing a major role in the recovery of the global 3D printing market.

How to outsource 3D printing services?

Investment in 3D printing hardware and software is not suitable for all businesses, and many successful companies outsource their 3D printing needs to third parties, such as online 3D printing service bureaus (for one-off projects) or with prototyping and manufacturing partners like 3ERP (for one-off projects or repeat orders).

When outsourcing 3D printing services, it is important to consider whether your business needs design and production services, or production services only. (Bear in mind that a poorly executed 3D model may not 3D print successfully.)

In general, however, ordering 3D printed parts from a third party is simpler than ever. Many manufacturers are able to commence 3D printing with just a digital 3D model, although more important projects may also require a technical drawing to convey extra information such as materials, colors, and tolerances. Some 3D printing service providers (3ERP included) will offer advice on suitable 3D printing technologies and materials for your project.

See our 3D printing services in full, including available technologies and materials, or request a quote for your 3D printing project.