Fabrication additive expliquée : de la conception à la pièce finie

Introduction

La fabrication additive (parfois appelée prototypage rapide ou impression 3D) est une méthode de fabrication où des couches de matériau sont superposées pour créer un objet solide. Bien qu'il existe de nombreuses technologies d'impression 3D différentes, cet article se concentre sur le processus général de la conception à la pièce finale. Que la pièce finale soit un prototype rapide ou une pièce fonctionnelle finale, le processus général ne change pas.

Processus de fabrication additive

1. CAO (Conception Assistée par Ordinateur)

Produire un modèle numérique est la première étape du processus de fabrication additive. La méthode la plus courante pour produire un modèle numérique est la conception assistée par ordinateur (CAO). Il existe une large gamme de logiciels CAO gratuits et professionnels compatibles avec la fabrication additive. L'ingénierie inverse peut aussi être utilisée pour générer un modèle numérique via scan 3D.

Plusieurs considérations de conception doivent être évaluées lors de la conception pour la fabrication additive. Elles se concentrent généralement sur les limitations géométriques des fonctionnalités et les exigences de support ou de trous d'évacuation, et varient selon la technologie.

2. Conversion STL et manipulation de fichier

Une étape critique du processus de fabrication additive, qui diffère de la méthodologie de fabrication traditionnelle, est l'exigence de convertir un modèle CAO en fichier STL (stéréolithographie). Le STL utilise des triangles (polygones) pour décrire les surfaces d'un objet. Un guide sur la conversion d'un modèle CAO en fichier STL est disponible ici. Plusieurs limitations de modèle doivent être considérées avant la conversion en STL : taille physique, étanchéité (watertightness) et nombre de polygones.

Une fois le fichier STL généré, il est importé dans un logiciel de tranchage (slicer). Ce programme prend le fichier STL et le convertit en G-code. Le G-code est un langage de programmation de commande numérique (NC). Il est utilisé en fabrication assistée par ordinateur (FAO) pour contrôler les outils machines automatisés (incluant machines CNC et imprimantes 3D). Le logiciel de tranchage permet aussi au concepteur de personnaliser les paramètres de construction : supports, hauteur de couche, orientation de la pièce.

3. Impression

Les machines d'impression 3D comprennent souvent de nombreuses pièces petites et complexes, donc une maintenance et un calibrage corrects sont critiques pour produire des impressions précises. À cette étape, le matériau d'impression est aussi chargé dans l'imprimante. Les matières premières utilisées en fabrication additive ont souvent une durée de vie limitée et nécessitent une manipulation soigneuse. Bien que certains procédés offrent la capacité de recycler l'excès de matériau de construction, la réutilisation répétée peut entraîner une réduction des propriétés du matériau si pas remplacé régulièrement.

La plupart des machines de fabrication additive n'ont pas besoin d'être surveillées après le début de l'impression. La machine suit un processus automatisé et les problèmes surviennent généralement seulement quand la machine manque de matériau ou s'il y a une erreur logicielle. Une explication sur comment chaque imprimante de fabrication additive produit des pièces est disponible ici.

4. Retrait des impressions

Pour certaines technologies de fabrication additive, le retrait de l'impression est aussi simple que de séparer la pièce imprimée de la plateforme de construction. Pour d'autres méthodes d'impression 3D plus industrielles, le retrait est un processus hautement technique impliquant l'extraction précise de l'impression tandis qu'elle est encore enfermée dans le matériau de construction ou attachée à la plaque de construction. Ces méthodes nécessitent des procédures de retrait complexes et des opérateurs de machine hautement qualifiés avec équipements de sécurité et environnements contrôlés.

5. Post-traitement

Les procédures de post-traitement varient à nouveau selon la technologie d'imprimante. La SLA nécessite un durcissement sous UV avant manipulation, les pièces métalliques ont souvent besoin d'un traitement de détente dans un four, tandis que les pièces FDM peuvent être manipulées immédiatement. Pour les technologies utilisant des supports, c'est aussi à l'étape de post-traitement qu'ils sont retirés. La plupart des matériaux d'impression 3D peuvent être poncés et d'autres techniques de post-traitement — grenaillage, nettoyage air haute pression, polissage, coloration — sont implémentées pour préparer une impression pour l'usage final.