FDM vs FFF :comparaison experte des techniques d'impression 3D

Définition FDM et comparaison avec FFF

FDM a été développé pour la première fois par S. Scott Crump et breveté par Stratasys en 1989. Il s'agissait de l'un des premiers procédés d'impression 3D. FDM utilise des matériaux de fabrication et des additifs courants pour créer des modèles précis. La plupart des fabricants professionnels préfèrent le FDM au FFF en raison de la qualité de sa production. Les modèles FDM sont plus susceptibles de répondre à des exigences strictes que les pièces FFF.

FDM utilise un mécanisme de transport X-Y pour déplacer une tête d'impression contenant une extrudeuse à température contrôlée. Il se traduit sur une table qui se déplace elle-même sur l'axe Z (vertical). L’extrudeuse libère un filament polymère semi-fondu selon le motif de la section 2D de la pièce. Chaque « tranche » transversale est appliquée à celle du dessous. La pièce est construite à partir de brins de filament polymère mutuellement liés. Outre les machines avancées, une autre différence entre FDM et FFF est sa chambre chauffée. L’ensemble de l’environnement d’impression est maintenu proche de la température de transition vitreuse du polymère afin de réduire les contraintes de construction pendant l’impression. Cela se traduit par une meilleure précision et moins de modèles déformés qu'avec FFF.

L'équipement FDM est plus convivial que le FFF car ses fumées sont contenues et la machine nécessite moins d'entretien. L'épaisseur de paroi minimale différencie également le FDM du FFF. Les systèmes FFF utilisent souvent des filaments plus gros, ils ont donc une résolution x-y inférieure. En règle générale, l'épaisseur de paroi minimale pratique est égale à trois diamètres de filament, FFF a donc besoin de parois plus épaisses pour rendre ses structures stables.

Pour plus d'informations, consultez notre article sur Qu'est-ce que l'impression FDM.

Définition FFF et comparaison avec FDM

FFF est né en 2009, lorsque le brevet Stratasys a expiré. Rep-Rap a été la première entreprise à capitaliser sur la disponibilité de la technologie. Ils ont popularisé l’impression 3D domestique avec des machines bon marché et faciles à utiliser. La gamme de machines FFF s’est depuis élargie. Sur le plan opérationnel, les machines FFF sont simples à utiliser, tiennent sur un bureau et ont de faibles frais généraux de fonctionnement.

FFF utilise le même processus que FDM. Il applique des couches de filaments sur un lit d'impression plat à l'aide d'une buse chauffée ou d'une extrudeuse. La principale différence entre FFF et FDM réside dans l’absence d’environnement d’impression chauffé. La chambre chauffée de FDM permet de contrôler la température de la pièce et de réduire les contraintes résiduelles dans le produit fini. La température incontrôlée dans les machines FFF rend leurs résultats moins précis et plus susceptibles de se déformer.

Quels sont les avantages du FFF par rapport au FDM ?

Ce qui suit décrit les avantages de FFF par rapport à FDM :

1. Les machines FFF sont plus abordables que les machines FDM. Le prix FFF est destiné à un usage domestique ou de loisir.
2. Les systèmes FFF sont plus petits que les systèmes FDM et s'intègrent donc mieux dans les maisons ou les petits bureaux.
3. FFF a des besoins en électricité inférieurs à ceux de FDM.

Quels sont les inconvénients du FFF par rapport au FDM ?

Voici une liste des inconvénients de FFF par rapport à FDM :

1. Les pièces imprimées FFF sont de moindre qualité ; ils sont plus poreux, présentent des « étapes Z » et ne peuvent pas contenir de caractéristiques particulièrement petites et détaillées.
2. Les pièces imprimées FFF ont tendance à se déformer et à se déformer, en particulier sur les modèles de grande taille.
3. Les machines FFF produisent des fumées nauséabondes, tandis que les machines FDM contiennent de telles fumées dans la chambre fermée.

Les avantages essentiels du FDM par rapport au FFF sont :la résolution de la construction (des modèles plus beaux et plus précis) et le risque réduit de distorsion et de porosité résultant d'un environnement de température aléatoire.

FDM vs FFF :comparaison technologique

Les machines FDM sont bien construites, robustes et performantes et nécessitent peu d’entretien. Les machines FFF, en revanche, vont des types de base à cadre ouvert aux appareils professionnels qui ressemblent à des « bébés » machines FDM. Les deux technologies utilisent des rails X-Y-Z et des moteurs pas à pas similaires. La rigidité, cependant, est un facteur important dans la résolution/qualité du modèle. Les machines plus lourdes impriment de meilleurs modèles car ils sont plus stables mécaniquement et thermiquement.

FDM vs FFF :comparaison des matériaux

Les machines FDM et FFF peuvent toutes deux utiliser une large gamme de matériaux, dont beaucoup sont parfaits pour la production de masse. Les machines FDM ont cependant un meilleur contrôle sur la température des buses. Ils peuvent gérer des polymères techniques avec des points de fusion plus élevés. Ils sont également meilleurs avec des additifs dans le filament.

FDM et FFF :comparaison des applications de produits

FFF fabrique des modèles poreux, à faible résistance et à faible résolution. Ceux-ci conviennent à l’évaluation de la forme et du toucher, mais pas aux pièces opérationnelles ou étanches. Les couches des pièces FDM, en revanche, fusionnent plus complètement et dépassent la résistance des pièces FFF. Cela rend les pièces imprimées FDM mieux adaptées aux modèles d'ingénierie.

Les imprimantes FDM acceptent également une plus large gamme de propriétés de filament, notamment la température de fusion et les additifs. S’ils sont utilisés pour le prototypage, cela signifie que les modèles ressembleront davantage aux produits finis. Les imprimantes FFF ne sont pas adaptées aux constructions de modèles aux fonctionnalités détaillées. Ils ne peuvent tout simplement pas produire de petites fonctionnalités. 

FDM vs FFF :comparaison des volumes d'impression

Les systèmes FDM sont conçus pour répondre aux normes professionnelles ; leurs coûts plus élevés sont censés être compensés par la qualité supérieure de leurs produits. Ces machines sont construites avec des volumes allant de 305 x 305 x 254 mm (X-Y-Z) jusqu'à 914 x 914 x 609 mm. Cela se compare aux machines FFF typiques qui fonctionnent entre 150 x 150 x 150 mm et 600 x 600 x 600 mm d'espace de construction. La plupart des machines FFF sont petites mais ont encore du mal à produire des modèles dont la qualité est constante sur toute la gamme de l'axe Z. Les imprimantes FFF ont une précision dimensionnelle relativement faible et leurs pièces ont tendance à se déformer.

FDM vs FFF :comparaison de l'état de surface

Parmi les deux, les pièces FDM sont généralement construites à partir de filaments plus fins et de pas Z plus petits, de sorte que leur finition de surface est plus impressionnante. Le stock FFF est d'un diamètre plus grand, donc les pièces résultantes ont une résolution inférieure et les couches ne fusionnent pas aussi bien.

FDM vs FFF :comparaison des coûts

Les machines FDM sont généralement destinées au marché professionnel avec des prix allant d'environ 2 500 $ à 25 000 $ pour les qualités industrielles avancées. Cela reflète une qualité de fabrication élevée, des axes de mouvement rigides et la capacité d'imprimer toute la journée sans problème. Alors que les machines FFF commencent à s'imposer dans un usage professionnel, elles sont plus souvent destinées à un usage léger, amateur et domestique. Les prix commencent généralement à 500 $.

Quelles sont les alternatives mutuelles au FDM et au FFF ?

Les alternatives mutuelles pour FDM et FFF sont répertoriées ci-dessous :

1. SLS : Le SLS (Selective Laser Sintering) fonctionne en déposant des couches de poudre de polymère sur le lit/le modèle. Un laser fait ensuite fondre les particules pour les fusionner.  Comme FDM et FFF, SLS fabrique des pièces en thermoplastique.
2. SLA : SLA (stéréolithographie) utilise la lumière laser UV pour durcir un matériau photopolymère liquide. Il construit la pièce en plastique couche par couche, un peu comme FDM et FFF, mais le fait avec la pièce à l'envers. Le modèle « émerge » du réservoir photopolymère liquide. 

Quelles sont les similitudes entre FDM et FFF ?

Les similitudes entre FDM et FFF sont répertoriées ci-dessous :

• Les deux systèmes utilisent une matière première de filament qui est fondue au point d'application. La buse construit sa pièce une couche 2D à la fois.
• Les deux systèmes utilisent des matériaux polymères utiles. Cependant, la nature du processus d'impression limite la pièce finale à 10 à 40 % de la résistance native du matériau.
• Les deux systèmes ont du mal, dans une certaine mesure, à reproduire les petites fonctionnalités et les composants fonctionnels.

Quelles sont les autres comparaisons entre FDM et FFF ?

La technologie d'impression suivante partage certaines similitudes avec FDM :

• FDM contre MJF : MJF (Multi Jet Fusion) est une technologie d’impression 3D sur lit de poudre. Il est similaire au FDM dans la mesure où les deux produisent des pièces en plastique. MJF et FDM utilisent également la chaleur pour produire les pièces finales. La chaleur lie le plastique entre eux. Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur FDM et MJF.

Quelles sont les autres comparaisons entre FFF et FDM ?

D'autres technologies comparables à FFF sont :

• FFF contre DLP : Les machines DLP (Digital Light Processing) projettent successivement une image UV de chaque tranche 2D dans une résine photopolymère. Les régions de résine éclairée qui sont en contact avec une surface solide durcissent ensuite et font partie de la structure solide. Cet équipement est simple et se rapproche d'une utilisation amateur, même si le processus (y compris le post-durcissement) peut être assez compliqué.
• FFF contre CLIP : CLIP (Production Continue d'Interface Liquide) produit des pièces simples à l’aide d’équipements peu coûteux comme FFF. Cependant, comme le DLP, les systèmes CLIP nécessitent une étape de post-durcissement pour terminer les modèles.

Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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