Explorer les technologies d'impression 3D : SLA, SLS, FDM, DLP, MJF, PolyJet, DMLS et plus

Le terme impression 3D englobe plusieurs technologies de fabrication qui construisent les pièces couche par couche. Chacune varie dans sa façon de former les pièces plastiques et métalliques et peut différer en sélection de matériaux, finition de surface, durabilité, vitesse et coût.

Il existe plusieurs types d'impression 3D, notamment :

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

Sélectionner le bon procédé d'impression 3D pour votre application nécessite de comprendre les forces et faiblesses de chacun et de les mapper à vos besoins de développement produit. Commençons par voir comment l'impression 3D s'inscrit dans le cycle de développement, puis examinons les technologies courantes et leurs avantages.

Impression 3D pour prototypage rapide et au-delà

On peut dire sans risque que l'impression 3D est le plus souvent utilisée pour le prototypage. Sa capacité à fabriquer rapidement une pièce unique permet aux développeurs de valider et partager des idées de manière rentable. Déterminer l'objectif de votre prototype orientera vers la technologie la plus bénéfique. La fabrication additive peut convenir à une gamme de prototypes allant de simples modèles physiques à des pièces pour tests fonctionnels.

La technologie SLA forme des pièces plastiques en polymérisant une résine thermodurcissable liquide avec un laser UV. Au fur et à mesure de la construction, des structures de support sont nécessaires et retirées une fois la construction terminée.

Malgré l'association quasi systématique de l'impression 3D au prototypage rapide, il existe des scénarios où c'est un procédé de production viable. Typiquement, ces applications impliquent de faibles volumes et des géométries complexes. Souvent, les composants pour applications aérospatiales et médicales sont candidats idéaux pour la production par impression 3D car ils correspondent fréquemment aux critères décrits.

Cinq critères pour choisir son impression 3D

Comme pour la plupart des choses, il n'y a rarement de réponse simple pour choisir un procédé d'impression 3D. Quand nous aidons nos clients à évaluer leurs options, nous pointons généralement vers cinq critères clés :

1. Budget
2. Exigences mécaniques
3. Apparence cosmétique
4. Sélection de matériaux
5. Géométrie

Une fois une construction SLS terminée, le technicien retire la pièce du lit de poudre, brosse l'excès de matériau, puis grenaillage la pièce.

Procédés d'impression 3D polymères

Décrivons quelques procédés d'impression 3D plastique courants et quand chacun apporte le plus de valeur aux développeurs, ingénieurs et concepteurs.

Stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) est le procédé d'impression 3D industriel original. Les imprimantes SLA excellent dans la production de pièces avec un haut niveau de détail, finitions de surface lisses et tolérances serrées. Les finitions de qualité sur les pièces SLA non seulement sont esthétiques, mais peuvent aider la fonction de la pièce — test d'ajustement d'un assemblage, par exemple. Elle est largement utilisée dans l'industrie médicale pour modèles anatomiques et microfluidique. Nous utilisons des imprimantes 3D Systems Vipers, ProJets et iPros pour les pièces SLA.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Le frittage sélectif par laser (SLS) fusionne des poudres à base de nylon en plastique solide. Comme les pièces SLS sont faites de véritable matériau thermoplastique, elles sont durables, adaptées aux tests fonctionnels, et peuvent supporter charnières intégrées et clips. En comparaison avec la SLA, les pièces sont plus résistantes, mais ont des finitions de surface plus rugueuses. Le SLS ne nécessite pas de structures de support, donc toute la plateforme de construction peut être utilisée pour imbriquer plusieurs pièces en une seule construction — le rendant adapté aux quantités supérieures à d'autres procédés. Beaucoup de pièces SLS servent à prototyper des conceptions qui seront un jour moulées par injection. Pour nos imprimantes SLS, nous utilisons des machines sPro140 développées par 3D Systems.

PolyJet

PolyJet est un autre procédé d'impression 3D plastique, mais avec une particularité. Il peut fabriquer des pièces avec plusieurs propriétés comme couleurs et matériaux. Les concepteurs peuvent exploiter la technologie pour prototyper des pièces élastomères ou surmoulées. Si votre conception est un plastique unique et rigide, nous recommandons de rester sur SLA ou SLS — c'est plus économique. Mais si vous prototipez un surmoulage ou design en silicone, PolyJet vous évite d'investir dans l'outillage tôt dans le cycle. Cela permet d'itérer et valider plus vite et d'économiser.

Traitement numérique de la lumière (DLP)

Le traitement numérique de la lumière est similaire à la SLA en ce qu'il polymérise de la résine liquide par la lumière. La différence principale est que le DLP utilise un écran projecteur de lumière numérique alors que la SLA utilise un laser UV. Cela signifie que les imprimantes DLP peuvent imager une couche entière d'un coup, résultant en des vitesses de construction plus rapides. Bien que fréquemment utilisé pour le prototypage rapide, le débit plus élevé du DLP le rend adapté à la production de faible volume de pièces plastiques.

Protolabs utilise les machines Mlab et M2 de Concept Laser pour les pièces métalliques imprimées en 3D.

Multi Jet Fusion (MJF)

Similaire au SLS, le Multi Jet Fusion construit aussi des pièces fonctionnelles à partir de poudre de nylon. Au lieu d'un laser pour fritter la poudre, le MJF utilise une rangée de jets d'encre pour appliquer des agents de fusion sur le lit de poudre. Puis un élément chauffant passe sur le lit pour fusionner chaque couche. Cela donne des propriétés mécaniques plus cohérentes que le SLS ainsi qu'une finition de surface améliorée. Un autre avantage du MJF est le temps de construction accéléré, menant à des coûts de production plus bas.

Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est une technologie d'impression 3D de bureau courante pour pièces plastiques. Une imprimante FDM fonctionne en extrudant un filament plastique couche par couche sur la plateforme. C'est une méthode rentable et rapide pour produire des modèles physiques. Il y a des cas où le FDM peut être utilisé pour tests fonctionnels mais la technologie est limitée par des finitions relativement rugueuses et un manque de résistance.

Procédés d'impression 3D métal

Frittage laser direct de métal (DMLS)

L'impression 3D métal ouvre de nouvelles possibilités pour la conception de pièces métalliques. Le procédé que nous utilisons chez Protolabs pour l'impression 3D métal est le frittage laser direct de métal (DMLS). Il est souvent utilisé pour réduire des assemblages métalliques multi-pièces en un seul composant ou alléger des pièces avec canaux internes ou caractéristiques évidées. Le DMLS est viable pour le prototypage et la production car les pièces sont aussi denses que celles produites par usinage ou coulée traditionnels. Créer des composants métalliques aux géométries complexes le rend aussi adapté aux applications médicales où une pièce doit imiter une structure organique.

Fusion par faisceau d'électrons (EBM)

La fusion par faisceau d'électrons est une autre technologie d'impression 3D métal qui utilise un faisceau d'électrons contrôlé par bobines électromagnétiques pour fondre la poudre métallique. Le lit d'impression est chauffé et sous vide pendant la construction. La température de chauffe est déterminée par le matériau utilisé.

Quand utiliser l'impression 3D

Comme mentionné, il y a quelques dénominateurs communs aux applications d'impression 3D. Si vos quantités sont relativement faibles, l'impression 3D peut être optimale — notre guidance est généralement de 1 à 50 pièces. Quand les volumes approchent les centaines, il vaut la peine d'explorer d'autres procédés. Si votre conception présente une géométrie complexe critique pour la fonction, comme un composant en aluminium avec canal de refroidissement interne, l'impression 3D pourrait être votre seule option.

Choisir le bon procédé revient à aligner les avantages et limitations de chaque technologie aux exigences les plus importantes de votre application. Au début, quand les idées fusent et qu'il suffit d'un modèle à partager, les finitions en escalier ne sont pas un souci. Mais une fois au stade des tests utilisateurs, la cosmétique et la durabilité deviennent importantes. Bien qu'il n'y ait pas de solution unique, utiliser correctement l'impression 3D tout au long du développement réduira les risques de conception et, in fine, aboutira à de meilleurs produits.