Impression 3D pour la fabrication additive - Ce que vous devez savoir

Il y a beaucoup de confusion autour de ce que les termes fabrication additive et impression 3D signifie.

Et ce n'est guère surprenant. Après tout, les deux termes se rapportent à des processus très similaires.

La fabrication additive et l'impression 3D décrivent toutes deux un processus de création d'objets en accumulant progressivement de fines couches de matériau.

Dans cet article, nous expliquerons exactement ce que sont la fabrication additive et l'impression 3D, comment elles sont liées l'une à l'autre et à quoi elles servent.

À quoi sert la fabrication additive dans l'impression 3D ?

Dans la fabrication traditionnelle, les pièces sont souvent usinées à partir de blocs de matériau plus gros. En d'autres termes, la matière est soustraite du bloc de départ pour former la pièce. Naturellement, cela génère beaucoup de déchets. Si vous avez déjà vu une vidéo d'un machiniste transformant un bloc solide de métal ou de bois en une pièce finie, vous avez probablement été frappé par la quantité de matériau gaspillé.

En revanche, dans la fabrication additive, les pièces sont fabriquées en accumulant des couches de matériau pour former la pièce finie. Comment ça marche? Cela dépend du type de fabrication additive utilisée.

Selon l'American Society for Testing and Materials (ASTM), il existe sept catégories de fabrication additive :

1. Photopolymérisation TVA — les objets sont construits à partir de couches de résine photopolymère liquide, qui est durcie à l'aide de lumière ultraviolette.
2. Fusion sur lit de poudre — les objets sont construits à partir de couches de poudre de matériau et fondus (ou «fusionnés») à l'aide de la chaleur ou d'un laser puissant. Les techniques courantes incluent le frittage sélectif par laser (SLS).
3. Jet de matière — chaque couche d'un objet est construite à l'aide d'une tête d'impression, qui dépose des gouttelettes d'un matériau liquide sur une surface de construction où elles se solidifient rapidement. Une fois terminée, chaque couche est durcie à l'aide de lumière ultraviolette.
4. Laminage de feuilles — les objets sont construits à partir de feuilles ou de rubans de métal, qui sont liés ensemble par soudage par ultrasons. La stratification des feuilles n'est pas une technique complètement additive, car le surplus de matériau doit généralement être éliminé à l'aide de techniques de fabrication traditionnelles telles que l'usinage CNC.
5. Extrusion de matériaux — le matériau est aspiré à travers une buse, où il est chauffé et déposé en couches sur une plate-forme de fabrication. Dans ce cas, aucun processus supplémentaire n'est nécessaire pour durcir les couches, car chaque couche est déposée à l'état fondu.
6. Dépôt d'énergie dirigé — Le DED englobe une gamme de techniques de fabrication additive complexes utilisées pour réparer ou ajouter de la matière à des composants existants. Dans la plupart des mises en œuvre, un matériau fondu est déposé à travers une buse sur la surface cible, où il se solidifie. Le processus est similaire en principe à l'extrusion de matériaux, à l'exception que la buse doit pouvoir se déplacer dans plusieurs directions pour tenir compte des surfaces cibles de formes différentes.
7. Jet de liant - également connu sous le nom d'impression 3D .

Étant donné que cet article se concentre spécifiquement sur l'impression 3D pour la fabrication additive, nous allons examiner celui-ci de plus près.

Qu'est-ce que le processus de fabrication additive (impression 3D) ?

L'impression 3D utilise deux matériaux :

1. Un matériau à base de poudre, généralement du plastique, du métal ou de la céramique, et 
2. Un liant, qui agit comme un adhésif entre les couches de poudre. La plupart des liants se présentent sous forme liquide.

Le terme impression 3D vient de la similitude visuelle du jet de liant avec l'impression 2D. À l'intérieur d'une imprimante à jet d'encre standard, une tête d'impression se déplace horizontalement le long des axes X et Y pour déposer des gouttes d'encre sur une feuille de papier.

De même, pour construire un objet en utilisant l'impression 3D, la tête d'impression se déplace horizontalement le long des axes X et Y de la machine et dépose des couches alternées de matériau de construction et de liant. Une fois chaque couche terminée, la plate-forme de construction qui contient l'objet est légèrement abaissée pour permettre l'impression de la couche suivante.

Selon la taille de l'objet à imprimer, cela peut nécessiter des centaines, des milliers, voire des dizaines de milliers de ces couches. Pour vous donner une idée de ce à quoi ressemble le processus, regardez cette vidéo accélérée d'un modèle de tour Eiffel imprimé en 3D.

Importance des logiciels de fabrication additive et d'impression 3D

Toutes les techniques de fabrication additive, y compris l'impression 3D, reposent sur des techniques de conception numérique telles que la conception assistée par ordinateur (CAO). En fait, tout le but de l'impression 3D consiste à transformer des conceptions numériques en objets du monde réel.

Dans le passé, les ingénieurs utilisaient des logiciels de CAO combinés à des techniques de modélisation de simulation rigoureuses pour concevoir des objets qui seraient robustes et efficaces dans le monde réel. Mais il y avait un problème. Les techniques de fabrication traditionnelles telles que l'usinage CNC et le moulage par injection présentent certaines limites, ce qui rend la production ces objets autrement "parfaits" impossibles.

C'est là qu'intervient la relation harmonieuse entre la CAO et l'impression 3D. L'un des avantages les plus importants de l'impression 3D est qu'elle permet de produire des conceptions numériques dans le monde réel sans les contraintes des techniques de fabrication traditionnelles.

La CAO et l'impression 3D permettent à la fabrication d'être pilotée par la conception , alors qu'historiquement, le processus de conception devait être guidé par ce qui était possible en utilisant des techniques de fabrication conventionnelles. Cela donne aux ingénieurs une plus grande liberté de conception que jamais auparavant et a facilité d'énormes percées dans un certain nombre d'industries.

Alors que la plupart des logiciels de CAO commerciaux ont introduit un module pour la fabrication additive, créer votre propre application de CAO personnalisée pour la fabrication additive est assez facile avec les SDK 3D de Spatial. Consultez www.spatial.com pour en savoir plus.

Découvrez la différence entre la fabrication additive et l'impression 3D

1. Les 7 principaux types de fabrication additive
2. 6 avancées médicales de l'impression 3D
3. Comment tirer pleinement parti de la CAO dans le processus de fabrication additive

Avantages de la fabrication additive par impression 3D par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles

Bien sûr, la liberté de conception n'est pas le seul avantage de l'impression 3D par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles. Certains des autres principaux avantages incluent :

• Produisez des structures complexes mais légères grâce à la fabrication additive et aux matériaux d'impression 3D.

Nous avons déjà noté que l'impression 3D permet de construire des objets qui ne peuvent pas être construits avec des techniques traditionnelles. Cependant, il convient également de noter que parce qu'ils sont construits couche par couche, des pièces très complexes peuvent être construites en une seule pièce. Dans le même temps, en raison de la gamme de matériaux disponibles, même les pièces imprimées en 3D complexes peuvent être à la fois légères et résistantes à la traction.

• C'est moins cher pour les versions uniques.

L'un des grands avantages de l'impression 3D est qu'elle ne nécessite aucun moule ni équipement d'assemblage spécial. En conséquence, de petits lots d'objets uniques peuvent être produits facilement et à moindre coût.

• Moins de déchets.

Comme déjà noté, l'impression 3D est un additif technique de fabrication, alors que de nombreuses techniques traditionnelles impliquent une extraction de matériau . Ce seul fait signifie que l'impression 3D génère beaucoup moins de déchets que les autres techniques de fabrication courantes.

• Délai de mise sur le marché plus rapide.

Tout simplement, aucune autre technique ne permet aux fabricants de concevoir et de construire des objets aussi rapidement que l'impression 3D. Ceci est particulièrement utile lorsqu'il s'agit de construire et de tester des prototypes. C'est pour cette raison que l'impression 3D est devenue synonyme de l'une de ses applications les plus courantes :le prototypage rapide.

Impression 3D pour la fabrication additive utilisée pour la construction de prototypes rapides

Le prototypage rapide est, tout simplement, la production rapide d'un objet physique, d'une pièce ou d'un modèle.

Toute technique de fabrication peut être utilisée dans le prototypage rapide, des techniques de fabrication traditionnelles comme l'usinage CNC aux techniques plus modernes comme le soudage 3D. Pour des raisons évidentes, cependant, les technologies additives telles que l'impression 3D sont les plus couramment utilisées.

Comme son nom l'indique, le prototypage rapide est principalement utilisé pour construire une série de prototypes, qui peuvent être rapidement testés et rejetés jusqu'à ce que la meilleure conception soit trouvée. Cette approche itérative de la conception et de la fabrication a toujours été populaire et n'a fait que gagner en efficacité avec l'évolution des processus de fabrication additive.

Le prototypage rapide présente trois avantages distincts pour les fabricants lorsqu'il est associé à l'impression 3D :

• C'est très rentable. La plupart du processus est automatisé, donc peu de personnel est nécessaire pour terminer le processus. De même, les matériaux et les processus de fabrication sont moins chers à mettre en place que ce ne serait le cas avec des techniques de fabrication alternatives.

• Vitesse. Le prototypage rapide aide les fabricants à produire et à éliminer des conceptions plus rapidement que jamais, en apprenant de chaque itération et en se rapprochant de plus en plus du produit final. Cela se traduit par un délai de mise sur le marché (TTM) plus rapide, ce qui constitue souvent un avantage concurrentiel important.

• Risque réduit. Les erreurs de fabrication peuvent être extrêmement coûteuses. En raison du faible coût et du temps nécessaire pour produire des prototypes supplémentaires, le prototypage rapide réduit considérablement le risque d'erreurs coûteuses lors de la phase de production de masse.

À quoi sert l'impression 3D ?

À ce stade, en dehors de la fabrication, la plupart du battage médiatique et de l'attention des médias pour l'impression 3D a entouré ses applications grand public. C'est indéniablement "sympa" que n'importe qui avec un ordinateur portable et moins de mille dollars puisse concevoir et construire presque n'importe quel objet qu'il peut imaginer.

Cependant, la véritable valeur de l'impression 3D réside dans ses applications commerciales. Certaines des principales industries tirant parti de l'impression 3D incluent :

Aéronautique et aérospatiale — L'impression 3D présente des avantages évidents pour l'industrie aéronautique. Plus particulièrement, il permet aux entreprises aéronautiques de construire des prototypes rapidement et à faible coût tout en utilisant des matériaux solides et légers. À l'heure actuelle, l'impression 3D est utilisée pour tout fabriquer, des éléments de garniture internes tels que les tables de dossier de siège et les appuie-tête aux composants de moteur et aux armements.

Avec le développement d'imprimantes 3D de plus en plus grandes, nous pouvons nous attendre à voir encore plus de composants construits à l'aide de l'impression 3D dans un proche avenir, peut-être même un moteur d'avion entier.

Santé — Dans le passé, la disponibilité des implants et des prothèses a été un obstacle important et coûteux aux soins des patients. Cependant, depuis plusieurs années, l'impression 3D est utilisée dans le développement d'une grande variété de guides de coupe chirurgicaux, de prothèses et même d'implants sur mesure.

Au fur et à mesure que les matériaux ont évolué, l'industrie a pu utiliser l'impression 3D pour créer des produits de plus en plus légers, solides et sûrs tout en réduisant les délais et les coûts.

Automobile — Depuis plusieurs décennies, l'industrie automobile utilise l'impression 3D et d'autres techniques de fabrication additive pour produire des prototypes. Au départ, c'était la seule utilisation viable de l'impression 3D dans l'industrie automobile, car les matériaux disponibles n'étaient pas suffisamment robustes pour une utilisation dans le monde réel.

Cependant, à mesure que les matériaux ont évolué, l'impression 3D a joué un rôle plus important dans l'industrie. Aujourd'hui, la technique est couramment utilisée pour produire une variété de moules, d'outils de thermoformage, de poignées, de gabarits et de montages qui sont nécessaires pendant la fabrication. En d'autres termes, l'impression 3D est utilisée pour compléter d'autres techniques de fabrication.

Mais ce n'est pas tout. L'impression 3D, c'est aussi inestimable pour la production de pièces personnalisées telles que des coques de carrosserie et des composants internes utilisés pour personnaliser des véhicules spécifiques.

Architecture — L'industrie de l'architecture s'appuie sur des modèles réduits pour montrer aux clients et aux investisseurs à quoi ressemblera un projet une fois construit. Ces modèles ont toujours été construits à la main et ont souvent nécessité des centaines d'heures de travail. Naturellement, l'impression 3D a tout changé.

Puisque les projets architecturaux sont déjà conçus à l'aide de logiciels informatiques, ils sont des candidats naturels à l'impression 3D. Désormais, une fois qu'un fichier CAO est terminé, il peut être envoyé directement à l'impression, ce qui permet de gagner un temps considérable et de garantir une réplique précise du modèle.

Quelle est la prochaine étape pour l'impression 3D et la fabrication additive ?

Jusqu'à présent, l'adoption commerciale à grande échelle s'est limitée aux secteurs déjà réputés pour être à la pointe de la technologie :fabrication, aviation, automobile et soins de santé, en particulier.

Cependant, avec l'amélioration constante du matériel et des matériaux, il ne fait aucun doute que l'impression 3D continuera de croître dans les années à venir.

Des maisons imprimées en 3D aux voitures, il ne faudra pas longtemps avant que presque tout ce que nous utilisons quotidiennement puisse être construit à l'aide de cette technique apparemment de l'ère spatiale.