Types de technologie d'impression 3D

Le terme impression 3D englobe plusieurs technologies de fabrication qui construisent des pièces couche par couche. Chacun varie dans la façon dont il forme les pièces en plastique et en métal et peut différer dans le choix des matériaux, la finition de surface, la durabilité, la vitesse et le coût de fabrication.

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

• Stéréolithographie (SLA)
• Frittage laser sélectif (SLS)
• Modélisation des dépôts en fusion (FDM)
• Procédé de lumière numérique (DLP)
• Fusion multi-jets (MJF)
• PolyJet
• Frittage laser direct de métal (DMLS)
• Fusion par faisceau d'électrons (EBM)

La sélection du bon processus d'impression 3D pour votre application nécessite une compréhension des forces et des faiblesses de chaque processus et la mise en correspondance de ces attributs avec vos besoins de développement de produits. Voyons d'abord comment l'impression 3D s'intègre dans le cycle de développement de produits, puis examinons les types courants de technologies d'impression 3D et les avantages de chacune.

Impression 3D pour le prototypage rapide et au-delà

Il est sûr de dire que l'impression 3D est le plus souvent utilisée pour le prototypage. Sa capacité à fabriquer rapidement une seule pièce permet aux développeurs de produits de valider et de partager des idées de manière rentable. Déterminer l'objectif de votre prototype vous indiquera quelle technologie d'impression 3D sera la plus bénéfique. La fabrication additive peut convenir à une gamme de prototypes allant des simples modèles physiques aux pièces utilisées pour les tests fonctionnels.

La technologie SLA forme des pièces en plastique en durcissant une résine thermodurcissable liquide avec un laser UV. Au fur et à mesure que les pièces sont construites, elles nécessitent des structures de support qui sont retirées une fois la construction terminée.

Bien que l'impression 3D soit presque synonyme de prototypage rapide, il existe des scénarios où il s'agit d'un processus de production viable. Généralement, ces applications impliquent de faibles volumes et des géométries complexes. Souvent, les composants pour les applications aérospatiales et médicales sont des candidats idéaux pour l'impression 3D de production car ils correspondent souvent aux critères décrits précédemment.

Cinq considérations sur l'impression 3D

Comme la plupart des choses dans la vie, il y a rarement une réponse simple lors de la sélection d'un processus d'impression 3D. Lorsque nous aidons nos clients à évaluer leurs options d'impression 3D, nous indiquons généralement cinq critères clés pour déterminer quelle technologie répondra à leurs besoins :

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

Une fois la construction SLS terminée, le technicien retire la pièce du lit de poudre, brosse l'excédent de matériau et puis perle souffle la pièce.

Procédés d'impression 3D polymère

Décrivons quelques processus d'impression 3D plastique courants et discutons du moment où chacun offre le plus de valeur aux développeurs de produits, aux ingénieurs et aux concepteurs.

Stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) est le procédé original d'impression 3D industrielle. Les imprimantes SLA excellent dans la production de pièces avec des niveaux de détail élevés, des finitions de surface lisses et des tolérances serrées. Les finitions de surface de qualité sur les pièces SLA sont non seulement esthétiques, mais peuvent également contribuer à la fonction de la pièce, en testant l'ajustement d'un assemblage, par exemple. Il est largement utilisé dans l'industrie médicale et les applications courantes incluent les modèles anatomiques et la microfluidique. Nous utilisons des imprimantes 3D Vipers, ProJets et iPros fabriquées par 3D Systems pour les pièces SLA.

Frittage Laser Sélectif (SLS)

Frittage laser sélectif  (SLS) fond ensemble des poudres à base de nylon en plastique solide. Étant donné que les pièces SLS sont fabriquées à partir d'un véritable matériau thermoplastique, elles sont durables, adaptées aux tests fonctionnels et peuvent supporter des charnières vivantes et des encliquetages. Par rapport au SL, les pièces sont plus solides, mais ont des finitions de surface plus rugueuses. SLS ne nécessite pas de structures de support, de sorte que toute la plate-forme de construction peut être utilisée pour imbriquer plusieurs pièces dans une seule construction, ce qui la rend adaptée à des quantités de pièces supérieures à celles des autres processus d'impression 3D. De nombreuses pièces SLS sont utilisées pour 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 en plastique, mais il y a une torsion. Il peut fabriquer des pièces avec de multiples propriétés telles que les couleurs et les matériaux. Les concepteurs peuvent tirer parti de la technologie pour le prototypage de pièces en élastomère ou surmoulées. Si votre conception est un seul plastique rigide, nous vous recommandons de vous en tenir au SL ou au SLS, c'est plus économique. Mais si vous prototypez une conception de surmoulage ou de caoutchouc de silicone, PolyJet peut vous éviter d'avoir à investir dans l'outillage au début du cycle de développement. Cela peut vous aider à itérer et valider votre conception plus rapidement et vous faire économiser de l'argent.

Traitement numérique de la lumière (DLP)

Le traitement numérique de la lumière est similaire au SLA en ce sens qu'il durcit la résine liquide à l'aide de la lumière. La principale différence entre les deux technologies est que DLP utilise un écran de projection de lumière numérique tandis que SLA utilise un laser UV. Cela signifie que les imprimantes 3D DLP peuvent imager une couche entière de la construction en une seule fois, ce qui se traduit par des vitesses de construction plus rapides. Bien qu'elle soit fréquemment utilisée pour le prototypage rapide, le débit plus élevé de l'impression DLP la rend adaptée aux cycles de production à faible volume de pièces en plastique.

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

Fusion multi-jets (MJF)

Semblable à SLS, Multi Jet Fusion construit également des pièces fonctionnelles à partir de poudre de nylon. Plutôt que d'utiliser un laser pour fritter la poudre, MJF utilise un réseau à jet d'encre pour appliquer des agents de fusion sur le lit de poudre de nylon. Ensuite, un élément chauffant passe sur le lit pour fusionner chaque couche. Il en résulte des propriétés mécaniques plus constantes par rapport au SLS ainsi qu'une meilleure finition de surface. Un autre avantage du processus MJF est le temps de construction accéléré, ce qui entraîne une réduction des coûts de production.

Modélisation des dépôts en fusion (FDM)

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est une technologie d'impression 3D de bureau courante pour les pièces en plastique. Une imprimante FDM fonctionne en extrudant un filament plastique couche par couche sur la plate-forme de fabrication. C'est une méthode économique et rapide pour produire des modèles physiques. Dans certains cas, le FDM peut être utilisé pour des tests fonctionnels, mais la technologie est limitée en raison de pièces présentant des finitions de surface relativement rugueuses et manquant 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 processus que nous utilisons chez Protolabs pour imprimer des pièces métalliques en 3D est le frittage laser direct de métal (DMLS). Il est souvent utilisé pour réduire les assemblages métalliques en plusieurs parties en un seul composant ou en pièces légères avec des canaux internes ou des éléments évidés. Le DMLS est viable à la fois pour le prototypage et la production, car les pièces sont aussi denses que celles produites avec les méthodes traditionnelles de fabrication des métaux comme l'usinage ou le moulage. La création de composants métalliques avec des géométries complexes le rend également adapté aux applications médicales où la conception d'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 métallique qui utilise un faisceau d'électrons contrôlé par des bobines électromagnétiques pour faire fondre la poudre métallique. Le lit d'impression est chauffé et mis sous vide pendant la construction. La température à laquelle le matériau est chauffé est déterminée par le matériau utilisé.

Quand utiliser l'impression 3D

Comme indiqué précédemment, il existe quelques dénominateurs communs parmi les applications d'impression 3D. Si vos quantités de pièces sont relativement faibles, l'impression 3D peut être optimale - les conseils que nous donnons à nos clients du service d'impression 3D sont généralement de 1 à 50 pièces. Alors que les volumes commencent à approcher les centaines, il vaut la peine d'explorer d'autres processus de fabrication. Si votre conception présente une géométrie complexe essentielle au fonctionnement de votre pièce, comme un composant en aluminium avec un canal de refroidissement interne, l'impression 3D peut être votre seule option.

Choisir le bon processus revient à aligner les avantages et les limites de chaque technologie sur les exigences les plus importantes de votre application. Au début, lorsque des idées sont lancées et que tout ce dont vous avez besoin est un modèle à partager avec un collègue, ces finitions de surface en escalier de votre part ne vous préoccupent pas beaucoup. Mais une fois que vous avez atteint le point où vous devez effectuer des tests utilisateur, des facteurs tels que les cosmétiques et la durabilité commencent à avoir de l'importance. Bien qu'il n'existe pas de solution unique, l'utilisation appropriée de la technologie d'impression 3D tout au long du développement du produit réduira les risques de conception et, en fin de compte, se traduira par de meilleurs produits.