Comprendre l'impression 3D FDM : Guide complet

Vous vous demandez ce que signifient FDM et FFF ? Ces termes techniques de l'impression 3D vous intimident-ils ?

Le FDM (Fused Deposition Modeling) et le FFF (Fused Filament Fabrication) désignent la même technologie. Cette méthode d'impression 3D par fabrication additive repose sur l'extrusion de matière. Le filament est déposé couche par couche selon un trajet prédéfini pour créer l'objet final.

Cette technologie de fabrication de pièces polymères par processus thermique induit des contraintes résiduelles, des concentrations de contraintes, des distorsions et des délaminages entre couches.

Le FDM est la technologie d'impression 3D la plus utilisée au monde, particulièrement prisée des amateurs.

Que signifie FDM en impression 3D ? À quoi sert-il ?

FDM signifie Fused Deposition Modeling (Modélisation par Dépôt Fondu). Cette technologie populaire permet de créer des pièces durables, solides et précises. Stratasys Inc., leader des imprimantes FDM, en détient la marque déposée.

En substance, le FDM est une technologie de fabrication additive qui permet la construction d'objets tridimensionnels via un processus de fabrication assistée par ordinateur.

Le FDM répond à divers besoins pour la réalisation de modèles conceptuels. Il est idéal pour les fonctions majeures suivantes :

1. Production de prototypes conceptuels précoces

La technologie FDM produit efficacement des prototypes conceptuels précoces. Fabriqués en thermoplastique ABS-M30 de qualité production, ils incluent des structures de support facilement retirables à la main.

Les pièces FDM offrent la résistance et la durabilité d'un produit final, les rendant idéales pour les tests physiques.

Le prototypage FDM est populaire chez les ingénieurs et designers, notamment dans l'automobile. Bien que plus lent que la SLA et le SLS, il permet la production de prototypes en ASA, idéal pour les tests fonctionnels.

Ses propriétés (résistance, stabilité UV, résistance à la chaleur et à l'eau) se rapprochent du produit final.

2. Validation des designs

La technologie FDM valide les designs proposés par les ingénieurs et designers. Des éprouvettes en ABS FDM sont testées sous diverses conditions, puis une simulation de modèle en deux étapes est réalisée dans le processus de fabrication FDM.

L'analyse détermine si le prototype reflète fidèlement le design souhaité.

3. Assemblage de gabarits et fixations

Les gabarits et fixations positionnent, maintiennent, protègent et organisent les composants à toutes les étapes de fabrication. Traditionnellement en métal, plastique ou bois, leur fabrication est simplifiée par le FDM/FFF.

La fabrication d'outillage devient moins coûteuse et chronophage, améliorant significativement productivité, qualité et efficacité.

Comment fonctionne le FDM ?

Scott Crump, fondateur de la révolution FDM, a inventé une technologie remarquable.

Comment fonctionne le FDM ?

• Première étape : charger une bobine de filament thermoplastique dans l'imprimante FDM.
• Une fois la buse à température, le filament fond et s'extrude par son extrémité.
• La tête d'extrusion se déplace selon les directions sélectionnées, déposant des fils fins couche par couche aux emplacements prédéfinis pour construire le volume.
• Le matériau refroidit et se solidifie pour créer l'objet 3D désiré.

Des ventilateurs de refroidissement sur la buse accélèrent la solidification.

Avantages et limites de la technologie FDM

Une large gamme d'imprimantes 3D de bureau utilise le FDM. Stratasys Inc. en est le principal promoteur mondial grâce à ses nombreux avantages.

• Précision

Les imprimantes FDM chauffent le thermoplastique à son point de fusion puis l'extrudent. Selon Carnegie Mellon University, les processus FDM sont précis à 0,0127 mm (0,005 pouce) près.

• Vitesse

Les imprimantes FDM sont réputées pour leur performance. En conditions optimales, les pièces peuvent être prêtes en quelques minutes ou heures. L'impression CAO ne nécessite qu'une seule étape pour obtenir le produit fini.

• Facilité d'utilisation

Les imprimantes FDM sont simples d'utilisation car elles créent des objets conçus en CAO. Tout le processus est configuré sur ordinateur, ce qui en fait l'un des types d'impression 3D les plus accessibles.

L'application informatique lance et termine le processus automatiquement.

• Abordabilité

Les matériaux céramiques et thermoplastiques du FDM sont abordables. Les imprimantes sont de taille modeste, évitant de grands locaux pour les petites pièces, ce qui réduit les coûts.

• Mise à l'échelle

Le FDM redimensionne automatiquement les pièces tout en conservant la précision. Les utilisateurs peuvent créer des prototypes miniatures pour présentations ou exemples réduits lors de ventes.

Qu'est-ce qui est plus robuste : FDM ou SLA ?

La SLA offre une force de liaison inter-couches supérieure au FDM.

Technologie FDM

Les imprimantes FDM utilisent des filaments PLA, PETG ou ABS. La plupart gèrent aussi le nylon, PVA, TPU et divers mélanges PLA (bois, fibre de carbone, céramique, métal).

C'est un processus de fabrication additive favorisant le prototypage rapide via logiciel CAO.

Technologie SLA

SLA signifie Stereolithography Apparatus (Stéréolithographie). Comme le FDM, c'est un processus additif construisant couche par couche, mais utilisant un photopolymère liquide durci par lumière UV.

Différences entre FDM et SLA

• Précision et lissage

En FDM, la résolution dépend de la taille de buse et de la précision des mouvements d'extrusion. Le poids des couches supérieures peut comprimer les inférieures, causant gauchissement, retrait et dommages.

À l'inverse, les imprimantes SLA produisent systématiquement des objets à plus haute résolution. Elles sont bien plus précises car un projecteur ou laser à petite taille optique détermine la résolution.

• Retrait après impression

Le FDM cause une adhérence au plateau. Les objets se retirent facilement, ou avec une spatule si collés.

En SLA, le retrait du modèle du plateau est difficile. Beaucoup de résine reste attachée, nécessitant une spatule.

• Post-traitement

En FDM, il faut retirer les supports (surtout pour les porte-à-faux) et l'excès de plastique, aux doigts ou outil de coupe.

En SLA, une résine collante recouvre le modèle. Il faut le tremper dans de l'alcool isopropylique. Des gants en caoutchouc protègent de la résine et de l'alcool.

Matériaux FDM courants

• Filament PLA

Le PLA est un filament populaire, biodégradable et biosourcé, polyester thermoplastique issu de plantes (amidon de maïs). Sa composition en fait un matériau écologique.

Usage : pièces, prototypes et produits ne subissant pas de contraintes extrêmes.

• Filaments ABS

L'ABS est un polymère amorphe. Produit par émulsion à partir de trois composants ou recyclé, il est très répandu. Utilisé pour claviers, keycaps et pièces nécessitant une résistance accrue.

• PET

Le PET (polyester) est une résine thermoplastique polymère combinant deux monomères. Largement utilisé pour vêtements et bouteilles.

• PETG

Thermoplastique amorphe transparent, version améliorée du PET par ajout de glycol, le rendant plus robuste.

• TPU

Matériau caoutchouteux pour pièces semi-flexibles. Sa structure alterne segments durs et mous, compatible avec de nombreuses impressions 3D.

Conclusion

La technologie d'impression FDM a été détaillée ici. Vous savez maintenant comment l'optimiser pour de meilleurs résultats.

L'impression FDM est là pour durer. Cet article documenté enrichit vos connaissances et vous permet d'apprécier pleinement cette technologie.