Traitement numérique de la lumière (DLP) impression 3D : comment ça marche et pourquoi c'est important

Comment fonctionne l'impression 3D par traitement numérique de la lumière ?

Le processus de traitement numérique de la lumière fonctionne généralement en abaissant une plateforme de construction dans un réservoir de résine transparent rempli de photopolymère liquide. Un projecteur haute résolution brille alors une lumière UV sur la plateforme de construction dans la même forme que la section transversale de la couche de la pièce. La projection de section transversale est créée avec un réseau de miroirs microscopiques appelé DMD qui dirigent la lumière seulement où nécessaire. La densité du réseau détermine la résolution d'impression. Ce style d'imprimante DLP construit l'objet à l'envers.

Dans les cas plus rares où la pièce est construite du bon côté, une fine couche de résine est étalée sur la plateforme de construction. Le DMD peut alors diriger la lumière d'en haut pour former cette première couche.

Seul le photopolymère qui est à la fois illuminé et physiquement en contact avec une surface solide (la plateforme de construction ou une couche précédente) est durci. La plupart des imprimantes DLP à l'envers font passer une action de pelage sur le fond du réservoir après chaque couche pour enlever toute résine qui a durci au fond du réservoir. Une fois une couche complétée, la plateforme de construction monte de l'épaisseur d'une couche, et le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit complétée. Pour les imprimantes DLP du bon côté, après qu'une couche est complétée, la plateforme de construction descendra d'une couche, et une autre couche de résine est étalée sur le dessus de la couche précédente.

Une pièce DLP finie est effectivement construite de milliers de petits volumes cubiques ; la section transversale du cube est égale à la taille du miroir projeté et la hauteur du cube est égale à la hauteur de couche. Chacun de ces volumes cubiques est appelé un voxel.

Tableau 1 : Avantages et inconvénients du DLP

Avantages	Inconvénients
Vitesse élevée : Parce qu'il imprime une couche entière à la fois, l'impression 3D DLP est l'une des technologies d'impression 3D les plus rapides. Certaines imprimantes de type SLA peuvent imprimer à des vitesses comparables mais le DLP dépasse de loin la vitesse d'autres technologies comme le FDM.	Matière première coûteuse : La résine photopolymère est un matériau spécialisé et en tant que tel est significativement plus chère que d'autres matériaux d'impression comme le filament plastique.
Haut niveau de détail : Les imprimantes DLP peuvent faire des pièces avec des niveaux de détail très élevés. Plus la résolution du dispositif à miroirs numériques est grande, plus la pièce est détaillée.	Pièces fragiles : La résine photopolymère rigide n'a typiquement pas de bonnes propriétés mécaniques. Un des problèmes principaux est que les pièces DLP sont très fragiles et peuvent se fissurer plus facilement que d'autres matériaux courants comme l'ABS ou le Nylon. Les résines DLP élastomères plus résilientes sont plus chères que les rigides.
Impressions caoutchouteuses : Le DLP peut imprimer dans des matériaux élastomères qui ont une dureté shore A d'environ 90. Cela signifie que des pièces fonctionnelles caoutchouteuses peuvent être imprimées avec un haut niveau de détail et des structures de treillis internes complexes.	Post-traitement salissant : Les pièces DLP ne sont pas prêtes à l'emploi directement depuis l'imprimante. Elles doivent d'abord être nettoyées de toute résine excédentaire en utilisant un solvant et puis post-durcies sous une lumière UV pour atteindre la pleine résistance.

Quels sont les matériaux d'impression DLP ?

Seuls les matériaux photopolymères fonctionnent dans les imprimantes DLP. Un photopolymère est composé de monomères, oligomères et photoinitiateurs. Quand exposé à la lumière UV, le photoinitiateur se décompose en radicaux libres réactifs qui initient le processus de polymérisation. Les nouvelles chaînes polymères peuvent alors se réticuler entre elles, durcissant finalement pour former la pièce. La plupart des photopolymères sont conçus pour exhiber des propriétés similaires à celles d'autres thermoplastiques d'ingénierie courants. Cependant, ils peuvent rarement répliquer toutes ces propriétés mécaniques à la fois. Les utilisateurs doivent choisir quelle propriété est la plus critique. Listées ci-dessous sont quelques catégories courantes de matériaux DLP :

1. Type polycarbonate : Excellente résistance et résistance thermique avec une apparence translucide ou claire.
2. Type ABS : Excellente ténacité et rigidité, plus retrait minimal.
3. Type polypropylène : Matériau durable résistant aux chocs. Peut être utilisé pour joints à encliquetage et charnières vivantes.
4. Photo-élastomères : Haut allongement à la rupture et excellente résistance aux chocs.
5. Chargés : Ces résines incluent des particules de céramique ou de verre en suspension dans le liquide. Elles exhibent une bonne résistance au fluage et de hautes températures de déflexion thermique.

Quelles sont les pièces principales d'une imprimante 3D DLP ?

Les imprimantes DLP ont très peu de pièces mobiles. Arguablement les composants les plus critiques sont leur projecteur et dispositifs micromiroirs numériques. Listées ci-dessous sont toutes les pièces de base qui composent une imprimante 3D DLP.

1. Écran de projecteur de lumière numérique

Le projecteur de lumière numérique est la source de lumière pour le processus de photopolymérisation. Cette source de lumière peut être soit un écran, soit une ampoule. La source de lumière doit émettre de la lumière UV car cette longueur d'onde est assez énergétique pour initier le processus de lumière numérique qui polymérise le photopolymère.

2. DMD (Dispositif Micromiroir Numérique)

Un dispositif micromiroir numérique est essentiellement une puce avec des centaines de milliers de miroirs microscopiques. Tout miroir donné peut être roté en appliquant une différence de potentiel électrique à travers lui. La lumière est ainsi dirigée soit dans un dissipateur de chaleur, soit dans la lentille qui la focalise sur le plateau de construction. Celle qui passe à travers la lentille polymérisera la résine qu'elle frappe. Chaque miroir peut être aussi petit que 10 microns de large.

3. Cuve (Réservoir de résine)

Le réservoir de résine abrite le photopolymère liquide. Le fond du réservoir de résine est transparent pour permettre le passage de la lumière UV. Les réservoirs de résine DLP sont généralement assez peu profonds comparés aux réservoirs d'imprimantes SLA. Une alternative à l'utilisation d'un réservoir de résine est le processus qui étale la résine sur le plateau de construction une couche à la fois, un peu comme l'impression 3D SLS.

4. Plateau de construction

Un plateau de lit ou plateau de construction est la surface à laquelle l'impression est attachée pendant le processus de lumière numérique. Avec la plupart des imprimantes DLP, le lit d'impression est à l'envers, et il montera lentement d'une couche à la fois pendant que la pièce est imprimée.

5. Élévateur pour le plateau de construction

Le plateau de construction monte le long de l'axe z via un actionneur linéaire. Le type le plus courant d'actionneur linéaire pour ce but est une vis à billes. À la place de filets traditionnels, une vis à billes a des canaux pour de petites billes métalliques. Ces billes métalliques sont logées dans l'écrou à billes pour créer un mouvement fluide, à faible friction. Quand l'arbre est roté par un moteur pas à pas, l'écrou à billes monte ou descend. Les vis à billes offrent un mouvement fluide et précis.

Quelle est la meilleure résine d'impression 3D DLP ?

La meilleure résine d'impression 3D dépend de l'application. Cependant, les résines type polypropylène offrent généralement la gamme d'utilisations la plus large. Ces matériaux peuvent même être utilisés pour créer des pièces avec des caractéristiques d'encliquetage et des charnières vivantes.

Comment l'impression 3D DLP est-elle utilisée dans l'industrie médicale ?

L'impression 3D DLP est largement utilisée dans l'industrie médicale — particulièrement en dentisterie. Modèles dentaires précis, modèles anatomiques, aides chirurgicales et prothèses sur mesure sont tous de parfaits ajustements pour cette technologie d'impression.

Comment l'impression 3D DLP est-elle utilisée dans l'industrie de la joaillerie ?

Les imprimantes DLP sont utilisées pour faire des modèles de joaillerie pour des fins de moulage. Les imprimantes DLP peuvent produire des pièces avec une qualité et résolution exceptionnelles, ce qui les rend idéales pour des pièces de joaillerie complexes. La joaillerie est conçue sur logiciel CAO et imprimée en 3D sur une imprimante DLP. La pièce est ensuite utilisée pour créer un moule en plâtre ou silicone. Certaines résines de moulage se décomposeront complètement dans un four, ne laissant aucun résidu. Le moule est ensuite rempli de métal en fusion, qui prend la forme de la pièce imprimée en 3D. Cela permet aux joailliers de créer des designs complexes relativement facilement et d'utiliser beaucoup moins de métal brut comparé aux techniques plus manuelles.

Comment l'impression 3D DLP est-elle utilisée dans la fabrication de semelles intermédiaires ?

Des matériaux caoutchouteux peuvent être imprimés en 3D DLP dans la forme de semelles intermédiaires de chaussures avec des structures de treillis internes complexes. Ces structures restent flexibles comme les matériaux de semelles intermédiaires traditionnels mais limitent la masse globale. Le DLP est bien adapté à cela car il peut si précisément imprimer des structures creuses complexes en utilisant des matériaux élastomères.

Questions fréquentes sur l'impression 3D DLP

Comment le DLP est-il moins cher que d'autres méthodes d'impression 3D ?

Le DLP n'est pas la méthode d'impression 3D la moins chère, mais il peut être plus économique que beaucoup purement grâce à sa précision. Avec le DLP, des structures de treillis complexes peuvent être imprimées qui mimiquent la résistance de structures plus épaisses sans utiliser autant de matériau. Ses impressions requièrent même moins de matière première que les imprimantes SLA qui utilisent le même type de résine. De plus, les imprimantes DLP travaillent très vite, permettant un taux de production plus élevé et réduisant les coûts de production globaux.

Les imprimantes DLP sont-elles capables de produire des pièces massives et détaillées ?

Non, le DLP n'est pas bien adapté à la création de pièces massives détaillées. À cause des limites de résolution inhérentes à la projection de lumière, le DLP est une technologie à petite échelle qui ne peut pas être mise à l'échelle pour des pièces très grandes. C'est pourquoi elle trouve principalement usage dans les industries médicales, joaillerie et autres industries à petite échelle. Les pièces massives sont mieux laissées à des technologies comme le SLS (Frittage laser sélectif). Les imprimantes DLP ont des volumes d'impression relativement petits et sont davantage limitées par la quantité de résine qui peut être gardée en sécurité dans un réservoir de résine.

Quelle est la différence entre DLP et SLA ?

La différence principale entre DLP et SLA est la méthode de photopolymérisation ; les machines SLA tracent la section transversale de la pièce avec un laser UV. Le DLP projette une image de section transversale entière, polymérisant la couche entière d'un coup. En tant que tel, le DLP est typiquement plus rapide que le SLA car il n'y a pas besoin d'attendre que le laser traverse toute la forme de la couche.

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en Génie Mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel inclut des rôles significatifs dans des entreprises leaders telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus et innovations d'ingénierie.

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