Comprendre les imprimantes 3D FDM : construction, fonctionnement et guide PDF

Ceci est The Mechanical Post ! Et aujourd'hui vous lirez : Qu'est-ce que l'impression 3D ? Quels sont ses types ? Avantages et limites de l'impression 3D et bien plus…

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Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D est un procédé de fabrication additive qui permet de créer des modèles solides à l'aide d'une imprimante 3D. Ces modèles solides sont d'abord conçus dans un logiciel CAO puis envoyés à l'imprimante 3D pour l'impression de la pièce. Comme le nom « fabrication additive » l'indique, des couches successives de matériau filamentaire sont ajoutées pour former un modèle tridimensionnel.

Qui a inventé l'impression 3D ?

La technologie d'impression 3D a été inventée par Chuck Hull en 1983 et il est crédité comme l'inventeur de la technologie d'impression 3D SLA. Alors que la technologie FDM a été inventée par Scott Crump, fondateur de l'entreprise Stratasys.

Types de technologies d'impression 3D

Voici les types de technologies d'impression 3D :

• Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)
• Stéréolithographie (SLA)
• Stéréolithographie masquée (MSLA)
• Frittage sélectif par laser (SLS)
• Traitement numérique de la lumière (DLP)
• Multi Jet Fusion (MJF)
• Frittage laser direct de métal (DMLS)
• Fusion par faisceau d'électrons (EBM)
• Fabrication d'objets stratifiés (LOM)

Aujourd'hui, nous discuterons en détail du type le plus courant : le Modélisation par Dépôt de Fil Fondu (FDM).

Qu'est-ce que l'impression 3D FDM ?

La Modélisation par Dépôt de Fil Fondu (FDM) ou Fabrication par Filament Fondu (FFF) est un procédé de fabrication additive où un filament plastique est chauffé et extrudé à travers une buse couche par couche depuis le bas vers le haut. En refroidissant, le plastique se solidifie, et ainsi la pièce imprimée en 3D est obtenue.

Composants principaux d'une imprimante 3D FDM

L'imprimante 3D FDM ou FFF a les composants principaux suivants :

• Bobine de filament
• Extrudeur avec élément chauffant
• Alimentateur
• Mécanisme à moteurs pas-à-pas
• Plateau de construction

Image par – Lemio, GFDL, via Wikimedia Commons

Bobine de filament

La bobine de filament est une bobine de fil en thermoplastique à section circulaire. Le filament existe en variété de couleurs.

Image par – Maurizio Pesce de Milan, Italia, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Extrudeur avec élément chauffant

L'extrudeur avec élément chauffant ramollit le filament thermoplastique puis l'extrude à travers une buse.

Alimentateur

Le mécanisme d'alimentation alimente continuellement le filament vers l'extrudeur.

Mécanisme à moteurs pas-à-pas

Un ensemble de moteurs pas-à-pas fournit et contrôle les mouvements de l'extrudeur et du plateau de construction en directions X, Y et Z.

Plateau de construction

Le plateau de construction de l'imprimante 3D est l'endroit où la pièce 3D est imprimée.

Fonctionnement des imprimantes à modélisation par dépôt fondu (FDM)

Image par – Paolo Cignoni, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

La pièce à imprimer en 3D est d'abord conçue dans un logiciel CAO.

Ensuite, elle est exportée en fichier au format .STL.

Ce fichier .STL est ensuite envoyé à un logiciel de tranchage (slicer) comme Cura. Dans le logiciel de tranchage, vous contrôlez les paramètres d'impression : hauteur de couche, température du filament, etc.

Après avoir réglé les paramètres, le fichier est sauvegardé sur une carte SD et inséré dans l'imprimante 3D. Ou certaines imprimantes peuvent être connectées directement via USB.

Sélectionnez le fichier dans l'imprimante 3D et configurez-le.

Le mécanisme d'alimentation de l'imprimante 3D aspire le filament et l'envoie à l'extrudeur où il est chauffé à la température réglée.

Le filament est ensuite extrudé couche par couche sur le plateau de construction. Les moteurs pas-à-pas contrôlent le mouvement de la buse et du plateau de construction en conséquence.

Matériaux imprimables en 3D

Voici les matériaux couramment utilisés pour l'impression 3D :

• Plastique Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
• Polyéthylène Téréphtalate (PET)
• Polycarbonate
• Nylon
• Fibre de carbone
• Résines, etc.

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Applications de l'impression 3D

Modèle 3D imprimé de turbine à vapeur | Image par – CMitchell, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

• L'impression 3D est utilisée dans l'industrie automobile du prototypage à l'impression de pièces de rechange.
• Dans l'industrie de la chaussure, des marques comme Adidas, Nike, etc. utilisent cette technologie pour imprimer des chaussures.
• De nos jours, les lunettes sont aussi imprimées en 3D.
• L'impression 3D sert à des fins médicales : impression d'implants, couronnes et prothèses dentaires, bras robotiques, etc.
• Dans l'éducation, elle sert à imprimer des modèles 3D pour meilleure compréhension et enseignement.
• L'impression 3D est aussi largement utilisée pour le prototypage.

Avantages de l'impression 3D

• Grande flexibilité.
• Pièces complexes facilement fabriquées.
• Gaspillage de matériau réduit.
• Qualité constante des pièces imprimées.
• Taux de production rapide.
• Modifications de design faciles.

Inconvénients de l'impression 3D

• Consommation énergétique élevée des imprimantes 3D.
• Imprimantes 3D coûteuses avec investissement initial élevé.
• Pour l'instant, nombre limité de matériaux imprimables.
• Émissions toxiques produites pendant l'impression 3D.
• Limites sur les finitions obtenables par impression 3D.

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Conclusion

L'impression 3D a le potentiel de révolutionner l'industrie manufacturière. Elle a un bon potentiel dans de nombreux secteurs. L'impression 3D peut être la technologie de fabrication du futur. Pour l'instant, la technologie est relativement coûteuse, ce qui est un facteur limitant majeur, mais avec les avancées et la familiarisation croissante, ce problème peut être résolu.

Voilà un aperçu de l'impression 3D.

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