Impression 3D avec traitement numérique de la lumière (DLP) :comment ça marche et pourquoi c'est important

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

Le processus de lumière numérique fonctionne généralement en abaissant une plate-forme de construction dans un réservoir de résine transparente rempli de photopolymère liquide. Un projecteur haute résolution projette ensuite une lumière UV sur la plate-forme de construction ayant la même forme que la section transversale de la couche de pièces. La projection en coupe transversale est créée avec un ensemble de miroirs microscopiques appelés DMD qui dirigent la lumière uniquement là où cela est 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 à l'endroit, une fine couche de résine est appliquée sur la plateforme de fabrication. Le DMD peut ensuite diriger la lumière vers le haut pour former cette première couche. 

Le seul photopolymère qui durcit est celui qui est à la fois éclairé et physiquement en contact avec une surface solide (la plateforme de construction ou une couche précédente). La plupart des imprimantes DLP inversées exécutent une action de pelage sur le fond du réservoir après chaque couche pour éliminer toute résine durcie au fond du réservoir. Une fois qu'une couche est terminée, la plate-forme de construction remonte de l'épaisseur d'une couche et le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit terminée. Pour les imprimantes DLP avec le côté droit vers le haut, une fois qu'une couche est terminée, la plate-forme de construction descendra d'une couche et une autre couche de résine est appliquée sur le dessus de la couche précédente.

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

Tableau 1 :Avantages et inconvénients de la DLP

Avantages Inconvénients

Avantages

Haute vitesse : Parce qu’elle 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 FDM.

Inconvénients

Matière première coûteuse : La résine photopolymère est un matériau spécialisé et, en tant que tel, est nettement plus chère que d'autres matériaux d'impression comme le filament plastique.

Avantages

Détail élevé : Les imprimantes DLP peuvent créer des pièces avec des niveaux de détail très élevés. Plus la résolution du dispositif miroir numérique est élevée, plus la pièce est détaillée

Inconvénients

Pièces fragiles : La résine photopolymère rigide n'a généralement pas de bonnes propriétés mécaniques. L'un des principaux problèmes est que les pièces DLP sont très fragiles et peuvent se fissurer plus facilement que d'autres matériaux courants tels que l'ABS ou le nylon. Plus résilientes, les résines élastomères DLP sont plus chères que les résines rigides.

Avantages

Impressions de type caoutchouc : Le DLP peut imprimer dans des matériaux élastomères ayant une dureté Shore A d'environ 90. Cela signifie que des pièces fonctionnelles semblables à du caoutchouc peuvent être imprimées avec des détails élevés et des structures de treillis internes complexes. 

Inconvénients

Post-traitement compliqué : Les pièces DLP ne sont pas prêtes à l’emploi dès leur sortie de l’imprimante. Ils doivent d'abord être nettoyés de tout excès de résine à l'aide d'un solvant, puis post-durcis sous une lumière UV pour obtenir leur pleine résistance.

Quels sont les supports d'impression DLP ?

Seuls les matériaux photopolymères fonctionnent dans les imprimantes DLP. Un photopolymère est composé de monomères, d'oligomères et de photoinitiateurs. Lorsqu'il est exposé à la lumière UV, le photoinitiateur se décompose en radicaux libres réactifs qui lancent le processus de polymérisation. Les nouvelles chaînes de polymère peuvent ensuite se relier les unes aux autres, pour finalement durcir pour former la pièce. La plupart des photopolymères sont conçus pour présenter des propriétés similaires à celles d’autres thermoplastiques techniques courants. Cependant, ils peuvent rarement reproduire toutes ces propriétés mécaniques à la fois. Les utilisateurs doivent choisir quelle propriété est la plus critique. Vous trouverez ci-dessous quelques catégories courantes de supports DLP :

1. Similaire au polycarbonate : Excellente solidité et résistance thermique avec un aspect translucide ou clair.
2. Similaire à l'ABS : Excellentes ténacité et rigidité, ainsi qu'un retrait minimal
3. Similaire au polypropylène : Matériau durable résistant aux chocs. Peut être utilisé pour les joints à pression et les charnières vivantes. 
4. Photo élastomères : Fort allongement à la rupture et excellente résistance aux chocs.
5. Rempli : Ces résines comprennent des particules de céramique ou de verre en suspension dans le liquide. Ils présentent une bonne résistance au fluage et des températures de déformation thermique élevées. 

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

Les imprimantes DLP comportent très peu de pièces mobiles. Les composants les plus critiques sont sans doute leurs projecteurs et leurs dispositifs à micromiroir numérique. Vous trouverez ci-dessous tous les éléments de base qui composent une imprimante 3D DLP. 

1. Écran de projection de lumière numérique

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

2. DMD (dispositif à micromiroir numérique)

Un dispositif à micromiroirs numériques est essentiellement une puce contenant des centaines de milliers de miroirs microscopiques. N'importe quel miroir donné peut être tourné en appliquant une différence de potentiel électrique à ses bornes. La lumière est ainsi dirigée vers un dissipateur thermique ou vers la lentille qui la concentre sur le plateau de construction. Ce qui traverse la lentille va polymériser la résine qu'il heurte. Chaque miroir peut avoir un diamètre aussi petit que 10 microns.

3. Cuve (réservoir à résine)

Le réservoir de résine abrite le photopolymère liquide. Le fond du réservoir de résine est transparent pour laisser passer la lumière UV. Les réservoirs de résine DLP sont généralement assez peu profonds par rapport aux réservoirs d'imprimante SLA. Une alternative à l'utilisation d'un réservoir de résine est le processus qui consiste à étaler la résine sur la plaque de construction une couche à la fois, un peu comme l'impression 3D SLS. 

4. Plaque de construction

Une plaque de base ou une plaque de construction est la surface sur laquelle l'impression est fixée pendant le processus de lumière numérique. Avec la plupart des imprimantes DLP, le lit d'impression est à l'envers et il se déplace lentement d'une couche vers le haut à la fois au fur et à mesure que la pièce est imprimée.

5. Ascenseur pour la plaque de construction

La plaque de construction monte le long de l'axe z via un actionneur linéaire. Le type d’actionneur linéaire le plus courant à cet effet est une vis à billes. Au lieu des filetages traditionnels, une vis à billes possède des canaux pour de petits roulements à billes métalliques. Ces billes métalliques sont logées dans l'écrou à bille afin de créer un mouvement fluide et à faible friction. Lorsque l'arbre est entraîné en rotation par un moteur pas à pas, l'écrou à bille se déplace vers le haut ou vers le bas. 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 de type polypropylène offrent généralement la gamme d'utilisations la plus large. Ces matériaux peuvent même être utilisés pour créer des pièces dotées de fonctions d’encliquetage et de 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, en particulier en dentisterie. Des modèles dentaires précis, des modèles anatomiques, des aides chirurgicales et des prothèses sur mesure conviennent tous parfaitement à cette technologie d'impression.

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

Les imprimantes DLP sont utilisées pour créer des modèles de bijoux à des fins de moulage. Les imprimantes DLP peuvent produire des pièces d’une qualité et d’une résolution exceptionnelles, ce qui les rend idéales pour les bijoux complexes. Les bijoux sont conçus sur un logiciel de CAO et imprimés en 3D sur une imprimante DLP. La pièce est ensuite utilisée pour créer un moule en plâtre ou en silicone. Certaines résines de fabrication de moules 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 bijoutiers de créer des conceptions complexes relativement facilement et d'utiliser beaucoup moins de métal brut que des techniques plus manuelles. 

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

Les matériaux semblables au caoutchouc peuvent être imprimés en 3D DLP sous la forme de semelles intermédiaires de chaussures dotées de structures de treillis internes complexes. Ces structures restent flexibles comme les matériaux de semelle intermédiaire traditionnels mais limitent la masse globale. Le DLP est bien adapté à cela car il peut imprimer avec une grande précision des structures creuses complexes à l’aide de matériaux élastomères.

Questions fréquemment posées sur l'impression 3D DLP

En quoi la DLP est-elle moins coûteuse que les autres méthodes d'impression 3D ?

Le DLP n’est pas la méthode d’impression 3D la moins chère, mais elle peut être plus économique que beaucoup d’autres simplement grâce à sa précision. Avec le DLP, il est possible d'imprimer des structures en treillis complexes qui imitent la résistance de structures plus épaisses sans utiliser autant de matériau. Ses impressions nécessitent même moins de matière première que les imprimantes SLA qui utilisent le même type de résine. De plus, les imprimantes DLP fonctionnent très rapidement, ce qui permet un taux de production plus élevé et réduit les coûts de production globaux.

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

Non, le DLP n'est pas bien adapté à la création de pièces massives et détaillées. En raison des limites de résolution inhérentes à la projection lumineuse, le DLP est une technologie à petite échelle qui ne peut pas être adaptée à de très grandes pièces. C’est pourquoi il est principalement utilisé dans les industries médicales, de bijouterie et autres petites industries. Il est préférable de confier les pièces massives à des technologies telles que le SLS (frittage sélectif par laser). Les imprimantes DLP ont des volumes d'impression relativement petits et sont en outre limitées par la quantité de résine qui peut être conservée en toute sécurité dans un réservoir de résine.

Quelle est la différence entre DLP et SLA ?

La principale différence entre le DLP et le SLA réside dans la méthode de photopolymérisation ; Les machines SLA tracent la section transversale de la pièce avec un laser UV. DLP projette une image transversale entière, polymérisant toute la couche en même temps. En tant que tel, le DLP est généralement plus rapide que le SLA, car il n'est pas nécessaire d'attendre que le laser traverse toute la forme de la couche.

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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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