Les imprimantes 3D sont de plus en plus connues ces dernières années. Elles permettent par exemple de réimprimer soi-même des pièces de rechange, petites ou grandes, à la maison, sans avoir à les racheter spécialement. Mais les imprimantes 3D professionnelles sont également utilisées dans l'industrie. Mais comment fonctionnent-elles en réalité ? Avec le temps, trois procédés se sont imposés, que nous vous présentons ici.
- Comment fonctionne une imprimante 3D en général
- Pour les particuliers : Fused Deposition Modeling
- Procédés industriels : Stéréolithographie et frittage laser
Comment fonctionne une imprimante 3D en général
La technique des imprimantes 3D a été développée dès les années 80 et a depuis été particulièrement utilisée dans l'industrie, par exemple pour la fabrication de pièces automobiles compliquées. Au cours des dix dernières années, la technique a toutefois été adaptée à l'utilisation privée à la maison, tout en étant constamment améliorée. Alors que les imprimantes coûtaient encore quelques centaines d'euros il y a quelques années, il est aujourd'hui possible d'obtenir sa propre imprimante pour nettement moins cher.
En principe, le fonctionnement d'une imprimante 3D ressemble à celui d'une imprimante normale : au lieu d'un fichier texte ou image, on crée d'abord un modèle avec un logiciel 3D avant l'impression. Celui-ci indique ensuite à l'imprimante l'endroit où elle doit appliquer ou durcir le matériau. Le modèle est ensuite envoyé à l'imprimante, qui commence l'impression 3D. Le fonctionnement exact de l'impression et la durée de celle-ci dépendent de la technique et du matériau choisis. Mais une impression 3D à usage privé dure souvent plusieurs heures, en fonction de la taille du modèle. Les sections suivantes expliquent le fonctionnement des imprimantes 3D à usage privé et industriel.
Pour les particuliers : la modélisation par dépôt de matière en fusion
Les imprimantes et les matériaux utilisés pour la modélisation par dépôt de matière en fusion étant un peu moins chers que les autres méthodes, elles sont le plus souvent utilisées dans le cadre privé. Le procédé utilise des matériaux qui, lorsqu'ils sont légèrement chauffés, deviennent liquides et peuvent être formés. Il s'agit par exemple de matières plastiques comme le PET, mais le chocolat peut aussi théoriquement être utilisé à cet effet.
Le matériau est chauffé dans une tête d'impression, puis appliqué en fines couches sur une plaque à l'aide d'une glande. Le modèle est imprimé couche par couche de bas en haut. La tête de l'imprimante peut alors se déplacer de manière flexible dans toutes les directions afin d'atteindre n'importe quel point de la zone d'impression.
Comme le matériau a besoin d'un certain temps pour durcir et qu'une nouvelle couche ne peut être appliquée que lorsque celle du dessous a au moins un peu durci, le processus d'impression dure relativement longtemps. En outre, il peut être nécessaire de prévoir des constructions de soutien pour que la construction ne s'effondre pas sur elle-même tant qu'elle n'est pas encore complètement solide.
Procédés industriels : Stéréolithographie et frittage laser
En outre, il existe d'autres méthodes d'impression 3D qui sont plutôt utilisées dans l'industrie. En théorie, on pourrait bien sûr les utiliser à titre privé, mais en raison de leur taille et de leur mode de fonctionnement, elles ne conviennent en fait que si un grand nombre de modèles est imprimé en une seule fois.
La stéréolithographie est le plus ancien procédé d'impression 3D. Elle consiste à remplir un bassin de résine synthétique qui durcit sous l'effet des rayons UV. Au-dessus du bassin est suspendu un appareil qui peut émettre des rayons UV de manière ciblée. Dans le bassin se trouve en outre une plateforme qui peut se déplacer vers le haut et vers le bas. Au début du processus d'impression, la plateforme est juste assez haute pour être légèrement recouverte de résine. Des rayons UV sont ensuite émis d'en haut de manière à ce que la résine durcisse à certains endroits. Lorsqu'un niveau est solide, la plate-forme est légèrement abaissée, la résine s'écoule sur la couche durcie et le niveau suivant est durci par les rayons UV. Le modèle est ainsi formé couche par couche, de bas en haut. Chaque couche a une épaisseur d'à peine une fraction de millimètre. Le grand avantage de ce procédé par rapport aux autres méthodes est que les bords du modèle sont lisses et non rugueux à la fin.
Lors du frittage laser, il y a deux zones : D'une part, un récipient dans lequel se trouve le matériau d'impression. Il peut s'agir par exemple d'un plastique en poudre ou même de métal. D'autre part, il y a à nouveau une plateforme sur laquelle le modèle est imprimé. Au début, l'imprimante utilise un rouleau pour prendre du matériau dans le premier récipient et l'appliquer en fine couche sur la plateforme. Un laser est suspendu au-dessus de la plateforme et permet de durcir certains endroits du matériau, comme en stéréolithographie. Ensuite, la plate-forme descend légèrement, le rouleau applique un nouveau matériau et le laser durcit à nouveau certains endroits du matériau. L'avantage du frittage laser est que le matériau durcit immédiatement et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des constructions de soutien coûteuses.