Modélisation par dépôt de filament fondu (FDM) : Avantages, inconvénients et insights pratiques

La modélisation par dépôt de filament fondu (FDM) est une forme populaire de fabrication additive qui consiste à faire fondre, extruder et déposer du filament sur un plateau d'impression pour construire des objets couche par couche. Le processus d'impression 3D FDM est hautement automatisé : une fois votre fichier numérique envoyé à votre partenaire d'impression 3D, il lui suffit de le trancher, de l'envoyer à l'imprimante et de calibrer le plateau.

Le FDM est un choix privilégié pour le prototypage rapide 3D, mais peut également servir à créer des dispositifs médicaux, des outils de fabrication spécialisés, des pièces automobiles, et plus encore. Bien que le FDM soit la forme d'impression 3D la plus courante, il faut peser ses avantages et inconvénients pour déterminer s'il est le meilleur procédé pour vos besoins. Voici ce qu'il faut savoir.

Avantages de la modélisation par dépôt de filament fondu

La rapidité est l'une des principales raisons d'utiliser l'impression 3D FDM. Vous pouvez imprimer une pièce complète en quelques minutes ou quelques heures, raccourcissant vos délais et accélérant le processus de prototypage. Le FDM permet également d'imprimer des objets plus grands, et la conception facilement évolutive des imprimantes FDM signifie un faible ratio coût/taille.

Côté matériaux, vous avez l'embarras du choix avec le FDM. Les imprimantes FDM acceptent une large gamme de matériaux et de couleurs de filament, souvent à des prix abordables. Les matériaux de filament FDM courants incluent l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le polyéthylène téréphtalate glycol (PETG), l'acide polylactique (PLA) et le nylon.

Inconvénients de la modélisation par dépôt de filament fondu

Le principal inconvénient de l'impression 3D FDM est sa faible résolution. Non seulement l'épaisseur de couche relativement importante du FDM le rend peu idéal pour les pièces aux petits détails, mais cela signifie aussi que les produits finis auront probablement des surfaces rugueuses et nécessiteront du post-traitement pour obtenir une finition plus lisse. Bien que le lissage à la vapeur, le remplissage de vides et l'adhésion époxy puissent améliorer l'apparence d'une pièce, ces processus allongent également les temps de production. Par conséquent, les imprimantes FDM ne sont pas idéales pour produire des pièces nécessitant des finitions lisses ou une haute résolution.

Comme les imprimantes FDM déposent généralement les filaments couche par couche dans une seule direction, les impressions résultantes sont anisotropes et sujettes à la rupture, notamment au niveau des jonctions entre couches. Par exemple, les pièces FDM peuvent facilement se rompre sous des forces de compression parallèles à leurs couches. Alterner l'impression des couches sur les axes X et Y peut renforcer une pièce, mais pour la plupart des applications, le poids léger d'une pièce FDM compense une légère réduction de résistance.

Les structures de support sont nécessaires lors de l'impression FDM, ce qui signifie que vos impressions nécessiteront plus de matériau, de temps et de post-traitement que si elles étaient réalisées avec un procédé comme le HP Multi Jet Fusion, qui ne nécessite pas de supports. Il existe divers procédés d'impression 3D nécessitant des supports, qui peuvent légèrement augmenter les coûts et les délais.

Quand utiliser le FDM

Compte tenu de ces limitations, certains projets peuvent mieux convenir à un autre procédé d'impression 3D comme la stéréolithographie (SLA). Comme le FDM, la SLA construit les pièces couche par couche, mais contrairement au FDM, la SLA durcit et solidifie de la résine liquide par photopolymérisation laser. Lors de la comparaison SLA vs FDM, vous devrez considérer :

Volume de construction

Les imprimantes 3D SLA ont généralement des plateaux de construction plus petits que les imprimantes FDM, limitant la taille des composants ou des lots. Les imprimantes SLA grand format sont également plus rares, plus lentes, plus coûteuses et plus gaspilleuses que les imprimantes FDM grand format ; si vous devez imprimer une grande pièce ou plusieurs petites pièces simultanément, le FDM peut être plus pratique.

Vitesse d'impression

Pour les petites pièces, la différence de vitesse entre imprimantes FDM et SLA est souvent négligeable. Cependant, si vous devez produire rapidement des composants plus grands, vous pouvez utiliser des buses de plus grand diamètre et des couches plus épaisses pour accélérer le processus avec les imprimantes FDM. Le compromis est que votre objet final aura une résolution plus faible. Vous pouvez également utiliser un pourcentage de remplissage plus faible pour accélérer l'impression, bien qu'il puisse y avoir une légère réduction de la résistance finale de la pièce.

Matériaux

Les imprimantes SLA acceptent plusieurs types de résines liquides, y compris des matériaux biocompatibles, ce qui rend la technologie idéale pour les prototypes de dispositifs médicaux. Les matériaux SLA ne conviennent pas à de nombreuses exigences industrielles et se déclinent généralement uniquement en noir, blanc, gris, jaune, magenta et cyan. Vous aurez plus d'options de matériaux et de couleurs avec les filaments FDM, bien que si vous recherchez des matériaux transparents, vous trouverez probablement mieux en SLA. Il convient aussi de noter que les filaments FDM sont généralement moins chers que les résines SLA et produisent plus de pièces par unité.

Résolution, précision et finition de surface

Il y a une différence de qualité de surface entre FDM et SLA due aux tailles de couches et au fonctionnement de chaque technologie. Typiquement, les imprimantes FDM offrent des résolutions d'impression plus faibles et peuvent même produire des pièces avec des lignes de couches visibles.

D'un autre côté, les imprimantes SLA peuvent atteindre des résolutions aussi fines que 25 microns grâce à la précision du durcissement laser et au risque réduit de dilatation et contraction thermiques. Vous feriez donc mieux d'imprimer avec une imprimante SLA si vous avez une conception complexe avec des caractéristiques délicates, une structure organique, un petit composant, ou si vous avez besoin de finitions lisses ou de tolérances dimensionnelles serrées.

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Les filaments abordables et les vitesses d'impression rapides du FDM en font le procédé idéal pour créer rapidement des modèles de preuve de concept ou de grands prototypes de pièces simples. Cependant, il est limité par sa faible résolution et sa finition de surface en couches. Si vous n'êtes pas sûr que le FDM soit le meilleur pour votre projet, contactez un expert.

Les ingénieurs de Fast Radius peuvent répondre à toutes vos questions sur les avantages et inconvénients du FDM et vous guider tout au long du processus de production. Nous pouvons même vous aider à optimiser votre conception pour l'impression 3D FDM, fabriquer des pièces d'utilisation finale, et plus encore. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer !

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