L’impression 3D : késako?

L’impression 3D, mais qu’est ce donc? L’impression 3D permet la création d’objets en trois dimensions réalisée à l’aide d’une imprimante 3D, d’un fichier numérique, et de certains matériaux, plus communément pour le grand public du plastique sous différentes formes. Suivez moi, je vais vous expliquer.

Un peu d’histoire pour commencer

L’imprimante tridimensionnelle a d’abord relevé de la science-fiction ou de la bande dessinée .

Puis dans le dernier quart du xx^e siècle certaines industries l’ont développée et utilisée (pour le prototypage surtout).

Le 16 juillet 1984, le 1^er brevet sur la « fabrication additive » est déposé, par trois Français : Jean-Claude André, Olivier de Witte, et Alain le Méhauté, pour l’entreprise CILAS ALCATEL. Deux semaines plus tard, l’américain Chuck Hull brevète la technique de stéréo-lithographie (SLA pour StéréoLithographie Apparatus). Ce brevet est à l’origine du nom de l’extension du fichier d’impression .stl, et de l’entreprise 3D Systems, géant de la fabrication d’imprimantes 3D. Cette dernière lance fin 1988 la première imprimante 3D, la SLA-250.

En 1995 apparaît la technologie d’impression 3D métallique DMLS, pour Direct Metal Laser Sintering. En 2003 apparaît le procédé de collage de feuilles de papier A4, le 3DPP, pour 3D Paper.

Qu’est ce qu’une imprimante 3D?

Une imprimante 3D est comme son nom l’indique une imprimante qui permet une impression en trois dimensions. Ces trois dimensions sont représentées vulgairement par les axes x, y et z.

Il existe différents types d’imprimantes 3D. En voici ci dessous quelques exemples:

Comment ça marche?

Le principe de l’impression 3D est finalement simple. Il existe différents procédés d’impression. Le plus commun du grand public est le dépôt de filament fondu. Cependant, il en existe d’autres. Voici quelques explications:

1) Le dépôt de filament fondu

Le nom scientifique de ce procédé est l’acronyme FDM (Fused Deposition Modeling), ce procédé a été développé il y a une trentaine d’années par S. Scott Crump, cofondateur de la société Stratasys qui a racheté MakerBot Industries en 2013. FDM étant une marque déposée, d’autres appellations sont utilisées, par exemple Fused Filament Fabrication, utilisé dans la communauté RepRap sous licence libre.

C’est le procédé le plus communément utilisé. La majorité des imprimantes 3D fonctionnent ainsi. Son procédé est simple, une bobine sur laquelle est enroulé un matériau, souvent du PLA, de l’ABS ou du PETG (soit du plastique). Ce matériau ou filament passe a travers une buse d’extrusion chauffée a une température comprise entre 170 et 260°C. Une fois fondu, il se dépose sur un support, puis couche après couche, dont la finesse est déterminée par l’utilisateur, l’objet est imprimé.

Ces imprimantes ont souvent un plateau chauffant ce qui permet d’avoir une force d’accroche de l’impression plus grande. En effet, de manière récurrente, les problèmes rencontrés par ce type d’impression est le décollement en cours d’impression de l’objet. Ce problème est résolu avec un plateau chauffant. Certaines imprimantes peuvent aussi posséder 2 (ou plus) buses d’extrusions, ce qui permet d’imprimer plusieurs couleurs en même temps et ainsi d’avoir une impression multicolores.

Ce type d’impression est, comme je le disais, le plus courant mais aussi le plus abordable aujourd’hui.

2) La stéréo-lithographie (SLA)

La SLA est le 1er procédé d’impression 3D apparu en 1986 et mis au point par 3D Systems.

Dans ce cas, pas de buse ni de filament. En effet, c’est un laser ultra-violet qui à l’aide d’un bac de photopolymère liquide réalise l’impression. Le laser frappe le liquide qui se solidifie sous l’effet des UV. Le plateau est immergé dans le bac et supporte le matériau solidifié.

Lorsque l’impression est terminée, elle n’est pas de suite disponible contrairement au dépôt de filament. En effet, il faut rincer l’objet pour le débarrasser des restants de photopolymère à l’aide d’un solvant. Mais ce n’est pas terminé ! Il faut par la suite passer l’objet au four pour le solidifier.

Pour la SLA, peu de matériau sont utilisables. Cette technique produit des matériaux fragiles et se limite à une utilisation de prototypage plutôt qu’à de la production en masse d’objets.

3) Le frittage laser (SLS)

Comme la SLA, le SLS fonctionne à l’aide d’un laser. Cependant, une différence importante est au niveau du matériau. En effet, pour le SLS il n’est pas liquide mais sous forme de poudre plastique, céramique, verre ou métal. Pour le métal, on parle de Direct Metal Laser Sintering ou DMLS.

On retrouve comme pour la SLA, un bac contenant la poudre, mais le dépôt en fine couche (0,1 mm ) se fait à l’aide d’un rouleau sur une plateforme d’impression. Le rôle du laser est alors de solidifier la 1ère couche et ainsi de suite. Le procédé terminé, on récupère l’objet que l’on débarrasse des traces de poudre.

Contrairement au dépôt de filament, cette technologie a très peu de déchet. En effet, la poudre non utilisée donc non fusionnée peut être réutilisée pour la prochaine impression. La contrainte de cette technologie est la nécessité de très grande précision du laser et donc d’un réglage très fin.

4) Le procédé PolyJet

Ce procédé a été breveté par la société Objet en 1999. Cette technologie est semblable la SLA. En effet, il s’appuie sur la photopolymérisation. Dans ce cas, le matériau est projeté sous forme de jets sur la surface d’impression. Chaque jet correspond a une couche fine et définie. Le laser UV polymérise le matériau ainsi projeté après chaque jet.

Cette technologie ne nécessite pas de rinçage contrairement la SLA ou de ponçage.

5) Le procédé DLP

Ce procédé a été développé pour des travaux de grande précision tel que la bijouterie ou la fabrication de prothèses. Ce procédé DLP ou Digital Light Processing utilise la même technologie que les vidéo-projecteurs.

La lumière est utilisée pour solidifier un polymère liquide tel que le principe de la SLA. Une puce composée de miroirs orientables réfléchit les UV et projette donc une sorte d’image qui ressemble à la forme à imprimer couche par couche. Ces UV frappent le polymère qui est dans un bac et le solidifie.

L’avantage de cette technologie par rapport à la SLA est sa rapidité. Une couche peut être solidifiée à chaque projection d’UV.

Une impression 3D en détail

Une fois votre imprimante 3D réceptionnée, installée et paramétrée, il est nécessaire de faire un calibrage du plateau. C’est à dire de vérifier que votre buse est bien au même niveau sur ses 4 angles et en son centre. En général, les imprimantes ont dans leur logiciel (le MARLIN) une fonction de bed levelling. Une fois cette étape faite, votre imprimante est opérationnelle. Enfin à un détail prêt ! Quel matériau choisir?

75% des utilisateurs utilisent du PLA (acide poly actique). En effet, ce type de filament ne nécessite pas grande difficulté d’impression. Il existe une multitude de sites pour s’en procurer.

15% des utilisateurs utilisent de l’ABS (Acrylonitrile butadiène styrène). Ce type de filament est nocif pour les voix pulmonaires et nécessite une température fixe pour une bonne impression. Il est donc nécessaire d’adapter sa machine, de la cloisonner et d’intégrer des filtres spécifiques pour capter les vapeurs nocives.

10% des utilisateurs utilisent du PETG (polyéthylène téréphtalate glycolisé). Ce type de filament a l’avantage d’être plus résistant que l’ABS sans les vapeurs nocives et est plus facile à imprimer.

Vous pourrez trouver du PLA Bois, PLA métal et j’en passe! Je vous laisse découvrir et fouiller le web !

Bref, vous avez votre filament, votre imprimante, mais comment lancer une impression ?

Pour se faire, il vous faut un fichier STL (nom dérivé de la SLA).

2 options s’offrent à vous:

1. récupérer un fichier STL sur des sites tel que thingiverse, Cults, myminifactory, et bien d’autres…
2. créer votre fichier STL à l’aide d’un outil de modélisation CAO de type fusion360 ou sketchup, et bien d’autres aussi… (ce sont des logiciels gratuit)

Bon c’est cool ! Maintenant, mon imprimante est opérationnelle et je sais ce que je veux imprimer ! Mais comment je fais pour transformer mon fichier STL en .gcode (fichier que lit mon imprimante) ?

Là aussi, plusieurs options:

1- Cura Ultimaker, l’un des logiciels les plus utilisés, lui aussi gratuit.

2- Slic3r, aussi gratuit.

3- Simplify3D, payant mais le meilleur du marché.

Cette fois, vous êtes parés ! Lancez vous !