Maîtriser la fabrication additive : Technologies, processus et applications

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Si vous lisez ceci, vous savez probablement déjà ce qu'est une imprimante 3D (si vous ne le savez pas, lisez cet article sur l'impression 3D vs moulage par injection). Mais comprenez-vous les différences entre le vaste nombre de processus, technologies de fabrication additive et leurs applications ?

Pour commencer, voici trois façons faciles de catégoriser les diverses technologies de fabrication additive :

1. Solides fondus

Il y a toute une bande de technologies de fabrication additive qui reposent sur la fonte d'un matériau et son extrusion par une buse ou un effecteur de bout. Ces technologies additives reconstituent essentiellement un matériau « complet » (comme d'une bobine) en une nouvelle forme en le fondant et en le déposant par couches dans une nouvelle forme.

2. Solidification de liquides

Vous ne l'avez probablement pas vu venir, mais oui, il y a un processus de technologie de fabrication additive qui est l'inverse total de la fonte des solides. Reposant généralement sur des résines ou polymères photosensibles, ces imprimantes 3D fonctionneront généralement en appliquant un laser ou une projection pour solidifier un mince film de résine en un objet solide.

3. Fusion de poudres

Possiblement le format de technologie le plus largement connu, la fusion de poudre fonctionne exactement comme le nom le suggère. Le matériau avec lequel vous travaillez est une poudre dans son format « brut » et fusionne ensemble soit par un agent liant, soit en fondant le matériau avec une source de chaleur.

Après avoir traité une poignée des différentes façons dont vous pouvez fabriquer des choses de manière additive, plongeons dans les processus de fabrication additive spécifiques.

Processus de fabrication additive

FFF : Fabrication par Filament Fondu

Il y a de fortes chances que quand quelqu'un dit impression 3D, vous pensiez à cette technologie additive. Facilement la technologie additive la plus prolifique depuis le boom des machines de bureau qui a commencé vers 2010, les machines FFF fabriquent des produits avec une bobine de plastique qui est entraînée à travers une extrudeuse à chaud qui fond le plastique en forme liquide, qui est ensuite déposée dans un motif qui est une tranche de l'objet. Vous connaissez peut-être le FFF grâce aux entreprises de matériel de fabrication additive comme Ultimaker.

Applications FFF

Le FFF est une technologie de fabrication additive fantastique pour le prototypage, la fabrication de produits de base, le test rapide d'idées et les flux de travail d'idéation générale. Bien sûr, le FFF peut aussi être utilisé avec plus de « permanence » à l'esprit pour fabriquer des produits aussi. Le FFF est une technologie fiable pour la fabrication additive, avec peu de choses qui peuvent mal tourner, un temps d'arrêt minimal et des objets généralement bien produits. Il est limité principalement par la résolution d'impression, ce qui créera un compromis sur la précision pour la vitesse. Les pièces FFF nécessitent aussi un certain post-traitement pour la finition, et les lignes de crête doivent généralement être enlevées pour la peinture.

SLA et DLP – Stéréolithographie et Traitement de Lumière Numérique

Probablement le deuxième processus d'impression 3D le plus populaire/connu après le FFF, cette technologie additive a aussi bénéficié d'un boom d'entreprises commençant vers 2010. Ces imprimantes 3D utilisent une cuve de résine photosensible, avec l'objet étant fait en passant un laser sur la couche pour solidifier la résine en place. Le DLP diffère du SLA en projetant l'image de la couche entière en utilisant un projecteur au lieu d'un laser. On peut arguer que le DLP est plus rapide, car la couche entière est projetée d'un coup au lieu d'utiliser un laser pour tracer, mais il y a encore des compromis, généralement autour de la finition de surface. Vous connaissez probablement l'impression SLA à travers des entreprises comme Formlabs.

Applications SLA et DLP

Il y a beaucoup d'options de résine disponibles, la plupart simulant les propriétés de matériaux du plastique. Les avantages du SLA sur le FFF sont généralement la précision et la finition de surface, donc si vous imprimez des objets avec beaucoup de petits détails fins, le SLA vous servira mieux. Cependant, le processus SLA exige plus de vous en tant qu'utilisateur final, nécessitant des étapes supplémentaires après l'impression pour que la pièce soit prête. Le SLA peut aussi imprimer de grosses pièces et est utilisé à l'échelle. Vous vous souvenez peut-être avoir vu les chaussures Adidas Futurecraft 4D avec une semelle imprimée en 3D, qui ont été réalisées avec une technologie basée sur le SLA de Carbon.

MJF – Fusion Multi-Jet

Whoa, fusion multi-jet ? Et il y en a plusieurs ? Oui. Cette technologie additive est aussi incroyable que son nom le suggère. La Fusion Multi-Jet produit des pièces en nylon en utilisant un système à jet d'encre pas trop différent de ce que vous auriez dans une imprimante papier classique. La tête d'une machine multi-jet fusion est considérablement plus complexe qu'une tête d'imprimante classique, envoyant du matériau et des agents liants. Le MJF tend à donner une finition et une propriété de matériau beaucoup plus cohérentes que ses homologues de Frittage Laser Sélectif.

Applications MJF

Pour les professionnels, ce processus ajoute la couleur et la matérialité ensemble pour que le prototypage puisse se rapprocher beaucoup plus de l'objet final qu'avec d'autres processus de prototypage. Cette application de fabrication additive est particulièrement pratique quand la couleur compte, pas seulement d'une perspective de finition mais aussi pour des représentations visuelles comme l'impression d'une carte de chaleur des contraintes directement sur la pièce, la rendant plus facile à comprendre quand vous examinez votre objet.

DMLS – Frittage Laser Direct de Métal

Avant de plonger dans celui-ci, il vaut la peine de noter que le DMLS est un processus de fabrication additive relativement nouveau par rapport aux autres processus de frittage laser. Le plus probable, vous saurez ce qu'est le SLS (Frittage Laser Sélectif) et les pièces en nylon qu'il fait. Le DMLS fonctionne en utilisant le même processus, en utilisant un laser pour fusionner de la poudre de métal. Typiquement utilisé pour prototyper des pièces complexes et fabriquer des produits de masse personnalisés, le DMLS vous permet de fabriquer des pièces qui seront beaucoup plus fortes (parce que, bien... le métal est plus fort que le plastique pour la plupart) et de tester.

Applications DMLS

Relatif aux autres processus, le DMLS est cher, car c'est un processus de fabrication additive métallique. C'est attendu donné les matériaux, la technologie et les protocoles de sécurité requis pour abriter une machine DMLS sont coûteux. Mais le coût vaut bien sûr le coup pour pouvoir tester et valider des processus. Si vous travaillez dans l'aérospatial ou l'automobile, une imprimante DMLS sera l'un des moyens les plus efficaces pour prototyper des pièces complexes, uniques et être aussi proche que possible de la pièce finie. Vous pourriez penser : « Et l'usinage ? » Bien sûr, vous pouvez encore utiliser l'usinage comme partie de n'importe quel processus de prototypage, mais nous sommes ici pour discuter des objets qui nécessiteraient l'utilisation de la fabrication additive.

DED – Dépôt d'Énergie Direct

L'impression DED est mieux pensée comme le homologue métallique du FFF pour les plastiques. Les machines DED utiliseront soit une poudre, soit un fil (pas trop différent d'une bobine de plastique) pour chauffer le métal au point d'extrusion et le déposer avec une buse.

Applications DED

D'après la description du DED, vous pourriez penser qu'il serait utilisé dans des applications similaires au FFF, mais avec des pièces métalliques. En réalité, l'utilisation la plus courante du DED aujourd'hui est de construire sur des pièces existantes et d'être inclus dans un processus de fabrication hybride pour des applications de fabrication additive haut de gamme. L'un des exemples les plus célèbres serait l'utilisation de la fabrication hybride au Port de Rotterdam. Ils imprimeront en 3D des pièces sur des gouvernails endommagés pour faire une pièce de remplacement et utiliseront ensuite un processus d'usinage pour amener la pièce à un état terminé, prête pour l'utilisation sur un nouveau navire.

Bien sûr, les options listées ci-dessus ne sont pas les seules technologies de fabrication additive qui peuvent être utilisées pour faire des produits, mais toutes sont disponibles dans Fusion 360 ou Netfabb comme sorties pour votre flux de travail.

Quel processus additif utilisez-vous et pour quoi ? Dites-le-nous dans la section commentaires. Et si vous êtes prêt à amener votre fabrication additive au niveau supérieur, voici comment Fusion 360 peut aider.