L'impression 3D PolyJet expliquée : Différences avec FDM et SLA

L'impression 3D est désormais connue de tous et bouleverse de nombreux secteurs en créant chaque jour de nouvelles opportunités. Les technologies les plus populaires auprès des makers sont le dépôt de fil fondu (FDM) et la stéréolithographie (SLA). Toutefois, des exigences plus poussées nécessitent souvent des machines industrielles plus onéreuses, comme les imprimantes PolyJet.

On peut se demander ce qu'elles sont, comment elles s'utilisent et quel est leur coût !

Les imprimantes PolyJet fonctionnent en projetant des gouttelettes de photopolymères couche par couche. Chaque couche est instantanément durcie sous lumière UV, construisant ainsi l'objet systématiquement. L'impression PolyJet permet l'impression multi-matériaux, offrant aux modèles plusieurs profils techniques. Grâce à ses avantages intrinsèques, elle est utilisée dans l'aérospatiale, l'automobile, la mode, le ferroviaire et le médical.

Qu'est-ce qu'une imprimante 3D PolyJet ?

Les noms dans l'impression 3D peuvent prêter à confusion, souvent plusieurs appellations désignent la même technologie. Un bon exemple : FDM (Fused Deposition Modeling) et FFF (Fused Filament Fabrication), qui font tous deux référence à l'impression par filament thermoplastique.

PolyJet ou Poly Jet ne fait pas exception : il repose sur les mêmes principes que les imprimantes Material Jetting (MJ). L'entreprise Stratasys a développé sa propre technologie de jet de liquide et l'a nommée Poly Jet en lien avec la technologie.

Cette méthode utilise des photopolymères comme matériau de construction. La technologie projette des gouttelettes de photopolymère sur le plateau d'impression, durcies par lumière UV. Le processus est extrêmement rapide et la précision figure parmi les meilleures de l'industrie.

L'entreprise 3D Systems a nommé ses imprimantes utilisant cette technologie MJ ou MultiJet. Ici encore, le nom renvoie à un aspect technique : l'utilisation de multiples jets pour déposer précisément le photopolymère liquide sur le plateau.

Comme on le voit, les appellations peuvent sembler déroutantes mais sont en réalité logiques. L'absence de standardisation tient au branding et au marketing : plus une entreprise attire l'attention sur ses produits, meilleure est sa rentabilité. C'est comme un jeu de « Survivor » avec une quatrième dimension : « Outname » (surpasser par le nom).

Le jet de photopolymère relève de la catégorie extrusion/jet de matériau. Le Material Jetting utilise des technologies qui projettent du photopolymère liquide depuis une tête d'impression, durci par UV. La plupart, mais pas tous, utilisent des photopolymères comme matériau de construction.

Stratasys est leader mondial en FDM (FFF), et son acquisition d'Objet en 2012 a mené aux imprimantes PolyJet et PolyJet Matrix. Celles-ci permettent l'impression multi-matériaux et multi-couleurs, offrant des impressions de haute qualité.

Comment fonctionne une imprimante PolyJet ?

À bien des égards, l'impression 3D PolyJet ressemble aux imprimantes à jet d'encre classiques. La différence : les imprimantes PolyJet impriment des modèles 3D, ajoutant cette dimension supplémentaire. Cela s'obtient en imprimant couche par couche, comme en FDM.

Chaque couche déposée est durcie sous UV, construisant l'impression systématiquement. Une fois l'impression terminée, elle peut être manipulée et utilisée immédiatement sans post-durcissement supplémentaire, un gain de temps considérable.

Des supports restent nécessaires pour les porte-à-faux et éléments géométriques nécessitant un maintien jusqu'à la fin du durcissement. Un matériau gélatineux spécial est utilisé pour les supports, facilement retirés à la main, lavés à l'eau puis immergés dans une solution chimique pour éliminer les résidus.

Les avantages du PolyJet sont nombreux : vitesse d'impression, précision et qualité exceptionnelles, ainsi qu'une grande variété de matériaux utilisables simultanément, comme sur l'Objet Connex 3D printer de Stratasys.

Les imprimantes PolyJet reposent sur les mêmes principes que les imprimantes 3D Material Jetting. Avant l'impression, le photopolymère dans le réservoir doit être chauffé à la température optimale pour assurer la viscosité d'impression correcte.

L'impression commence par le déplacement du chariot sur l'axe X du plateau. Pendant ce mouvement, la tête d'impression projette sélectivement la résine en fines gouttelettes sur le plateau, immédiatement durcies par UV.

Grâce à la technologie multi-têtes, les supports sont imprimés simultanément avec un matériau spécifique, facilement retirable ensuite. Après chaque couche, le plateau descend d'un cran et le processus se répète jusqu'à la fin. Les bio-résines font partie de la large gamme de matériaux disponibles.

Avec la technologie PolyJet, les impressions finies sont aspergées d'eau sous pression pour retirer les supports, puis plongées dans une solution chimique pour dissoudre les derniers résidus. Les imprimantes MultiJet utilisent de la cire de paraffine comme support, qu'il faut faire fondre au four.

Il est toujours instructif de voir une imprimante en action pour bien comprendre son fonctionnement, alors regardez la vidéo suivante !

Le PolyJet est-il similaire au FDM ?

Bien que PolyJet et FDM construisent tous deux couche par couche, les procédés diffèrent grandement. Le FDM utilise des thermoplastiques, le PolyJet des photopolymères liquides.

En FDM, le filament thermoplastique est enroulé sur une bobine, alimenté dans la tête d'impression où il est fondu et extrudé en couche qui refroidit et se solidifie. Chaque couche suit le même processus. En PolyJet, chaque couche de résine liquide projetée est durcie par UV, les couches s'empilant pour former l'impression finale.

Le PolyJet est-il similaire au SLA ?

Le PolyJet ressemble au SLA en ce que les deux utilisent une résine liquide durcie par UV, mais les procédés sont très différents. Le SLA imprime à l'envers en utilisant une cuve de résine, tandis que le PolyJet projette de minuscules gouttelettes sur un plateau et construit vers le haut.

Les deux impriment couche par couche, mais le PolyJet a des avantages distincts sur le SLA. Pour commencer, il n'est pas limité à un seul type de résine, et le matériau de support se lave sans post-traitement chronophage. En volume d'impression, le PolyJet permet des volumes plus élevés grâce à la finition durcie à sec.

Le plus grand avantage du PolyJet sur le SLA est l'usage multi-matériaux permettant de modifier la structure du produit final. Là où le SLA produit une impression uniforme à rigidité fixe, le PolyJet combine différents matériaux pour rendre certaines zones rigides et d'autres plus flexibles.

Quels matériaux les imprimantes PolyJet utilisent-elles ?

La gamme de photopolymères pour imprimantes PolyJet est vaste avec de nombreuses applications. Voici quelques applications à forte valeur ajoutée pour le médical et le dentaire :

• BoneMatrix : Modèles imitant structures osseuses poreuses, tissus fibreux et ligaments.
• GelMatrix : Structures vasculaires détaillées.
• Med610 : Guides chirurgicaux pour implants dentaires ou procédures orthopédiques.
• Med620 : Modèles d'essayage précis pour travaux dentaires.
• Med690 : Conception de couronnes et bridges durables.
• VeroFlex : Conception de montures de lunettes.

Il est fascinant de voir comment ces matériaux imitent la fonction réelle de la pièce créée. En dentisterie, on peut créer une armature de prothèse plus souple, type caoutchouc, limitant la pression directe sur la gencive. La capacité de créer des prothèses solides et durables reprenant le toucher des tissus et structures osseuses réels est phénoménale.

Avantages et inconvénients de l'impression 3D PolyJet

Comme tout dans la vie, il y a des avantages et inconvénients. L'impression 3D en faisant partie, elle a aussi ses pour et contre. Passons aux choses sérieuses !

Avantages

• Précision jusqu'à 16 microns et finition de surface lisse comparable au moulage par injection. Le processus permet l'impression simultanée de plusieurs pièces sans perte de vitesse.
• Conception et impression en couleur complète, avec différents matériaux sur une même impression, grâce aux multiples têtes de projection.
• Durcissement instantané : les impressions sont utilisables immédiatement.
• Détail supérieur et supports facilement lavables après impression.
• Plus de 100 matériaux d'impression disponibles, en croissance continue.

Inconvénients

Malgré les nombreux avantages, les propriétés mécaniques sont le point faible du PolyJet : elles sont souvent inférieures au FDM et SLA. Les pièces PolyJet sont sensibles à la chaleur et au soleil, perdant en résistance avec le temps. Cela dépend des matériaux utilisés, et vu le vaste choix, la plupart des cas d'usage sont adressables par un bon choix de matériau.

L'autre point négatif : les imprimantes Material Jetting et leurs matériaux sont très onéreux, hors de portée de nombreux passionnés.

Le PolyJet est-il cher ?

La réponse simple est oui, le PolyJet est cher. Cela s'explique parce que le Material Jetting est une addition relativement récente à l'impression 3D, utilisée principalement en milieu professionnel. Cela ne doit pas freiner l'exploration de ses options face au FDM ou SLA.

Pour acquérir une imprimante PolyJet, comptez au moins 35 000 $. À ce prix, il faut vraiment savoir à quoi elle servira, car imprimer des PolyPikachu de haute qualité n'a pas beaucoup de sens financièrement.

Alternatives recommandées pour l'impression à domicile

À moins d'être prêt à débourser 35 000 $, il faut regarder ailleurs pour s'équiper.

Il existe de nombreuses imprimantes sur le marché abordables qui produisent de très beaux modèles.

Je possède une Ender 3 Pro, une excellente petite imprimante pour moins de 200 $, mais on peut aussi investir dans une Prusa MK3S+, bien meilleure mais un peu plus chère (un « peu » plus).

Enfin, si vous préférez les imprimantes résine, considérez les Elegoo, comme l'Elegoo Mars 3 Ultra 4k, incroyable pour créer vos propres figurines haute définition.

Applications de l'impression 3D PolyJet

Comme mentionné, les applications du PolyJet sont vastes et recherchées en milieu professionnel car elles gèrent bien les détails complexes et caractéristiques délicates quelle que soit la complexité du design.

Aux États-Unis, le PolyJet se trouve dans l'automobile, l'architecture, l'industrie et l'éducation. Le médical le soutient fortement pour prothèses, remplacements articulaires et dentisterie. Les applications dentaires sont courantes dans les pays développés mais moins dans les économies émergentes comme l'Inde, offrant un fort potentiel de croissance mondial.

PolyJet dans la santé

La dentisterie a adopté les technologies Material Jetting car elles ont permis d'industrialiser le marché des aligneurs transparents. La facilité d'utilisation et la rapidité permettent de répondre aux demandes à la demande.

Aérospatiale

D'énormes économies ont été réalisées grâce au PolyJet, par exemple 3,8 millions $ économisés par le Département de la Défense US, avec 15 millions supplémentaires attendus sur 10-15 ans.

Avec de nouveaux designs d'avions constamment à l'étude, les pièces prototypes sont essentielles, et le Material Jetting est le moyen le plus simple de les créer selon spécifications.

Automobile

L'industrie automobile a grandement bénéficié des technologies 3D, et l'inclusion du Material Jetting pour le prototypage rapide, outillages, gabarits, fixations et pièces de production a été un atout majeur.

Ferroviaire

Avec le PolyJet, le temps de production de pièces sur mesure de qualité production a été réduit jusqu'à 95%, synonyme d'efficacité et de réponse effective avec solutions conformes à la sécurité.

Art & Mode

L'art et la mode collaborent avec l'impression 3D où des entreprises comme Stratasys allient innovation et création englobant avancées technologiques et dimensions philosophiques et culturelles. L'impression jet de chocolat n'est qu'une des nombreuses applications du PolyJet.

Conclusion

Vous avez maintenant une bonne compréhension du PolyJet et probablement une envie pressante d'en posséder une. En attendant d'économiser 35 000 $, je recommande personnellement une imprimante FDM ou SLA loisir pour tremper vos pieds dans l'immense monde de l'impression 3D. Non seulement vous découvrirez si ce secteur vous intéresse, mais vous apprendrez peut-être qu'une machine industrielle dernier cri n'est pas nécessaire pour vos besoins.

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