FABRICATION ADDITIVE

Les enjeux techniques et économiques de la fabrication additive sont majeurs. Cette technologie permet de produire en une seule étape des pièces avec de forts gains de compétitivité grâce à : une plus grande liberté de conception, à des procédés de fabrication simplifiés, à la réduction du temps de production, à la diminution d’outillages, à la relocalisation de la production, à la personnalisation des produits, etc.

PROCESSUS DES 3 TECHNOLOGIES

1 FDM – FFF

2 SLA –DLP – DPL/LCD

3 SLS

 

1 - Fabrication additive par dépôt de matière fondue (FDM - FFF)

L’impression 3D par dépôt de matière fondue est plus connue sous le nom de FusedDepositionModeling (FDM). Cette technologie a été inventée par S. Scott Crump, fondateur de la société Stratasys, en 1988.  Le terme FDM appartenant à la société Stratasys, les entreprises concurrentes ont donc dû changer le nom du procédé. La technique d’impression 3D par dépôt de matière fondue est donc aussi nommée : Fused Filament Fabrication (FFF).

Comme ce nom l’indique, l’imprimante déroule un filament de plastique et le chauffe à haute température via une buse (extrudeur ou tête d’extrusion) pour ensuite le déposer en couches successives aux endroits prévus par le plan 3D.Cette technologie utilise des matières plastiques pour sa conception comme le PLA ou l’ABS. Sous forme de filaments, elles sont généralement de 1,75 mm ou 3 mm d’épaisseur. Vendue en bobine, ce plastique offre des propriétés de modélisation intéressante, un large choix de couleurs et même la possibilité d’imiter des textures comme le bois, la pierre, la céramique, etc. Technologie avec un très bon rapport qualité-prix.

2 A - Fabrication additive par stéréolithographie (SLA)

Première technique de fabrication additive brevetée, la stéréolithographie a été inventée en 1986 par Charles Hull.

Cette technique aussi nommée SLA (stereolithographapparatus), utilise le principe de photo-polymérisation dans laquelle une lumière UV solidifie une couche de résine photopolymère liquide.

Le faisceau lumineux ou laser est contrôlé et dirigé par des miroirs extrêmement précis. Il balaie la surface de résine liquide en fonction de la forme de l’objet à imprimer. Sous l’effet de la lumière, cette résine se polymérise pour former une couche solide. La plate-forme descend selon l’épaisseur de la couche et l’opération est renouvelée. Couche par couche, l’objet est imprimé par photo-polymérisation. Enfin, selon les résines, ce dernier doit être nettoyé dans un bain de solvant puis placé dans un four à ultraviolet afin de durcir.

2 B - Fabrication additive DLP

Le procédé DLP, Digital Light Processing, est similaire à celui de la stéréolithographie (SLA) à l’exception qu’il utilise une ampoule à la place d’un laser à UV. Les objets sont créés grâce à la lumière qui vient frapper la résine photopolymère liquide. Sous l’effet de la lumière, cette résine se polymérise pour former une couche solide. La plate-forme monte (à l’inverse des imprimantes 3D SLA) selon l’épaisseur de la couche, et l’opération est renouvelée. Couche par couche, l’objet est imprimé par photo-polymérisation.

3 - Fabrication additive par frittage sélectif par laser (SLS)

 

La technique da fabrication additive Frittage Sélectif par Laser est connu sous son nom anglais Selective Laser Sintering (SLS). Elle a été développée par Carl R. Deckard, inventeur, enseignant et businessman à l’Université du Texas à Austin, dans le milieu des années 1980.

L’impression 3D SLS est réalisée couche par couche à partir de poudres frittées ou fusionnées grâce à l’énergie produite par un laser à forte puissance, tel qu’un laser CO2.

 

Deux pistons, un laser

L’imprimante 3D SLS est composée d’une chambre de construction avec une plate-forme mobile, entourée à gauche et à droite par deux pistons fournissant la poudre, d’un puissant laser, et d’un rouleau pour étaler la poudre. La chambre doit être maintenue à une température constante pour éviter les déformations. Avant l’impression, la plate-forme de fabrication est remontée au maximum tandis que les pistons fournissant la poudre sont à leur point le plus bas. Le rouleau étale la poudre en une couche uniforme sur toute la chambre. Le laser trace alors la section 2D sur la surface de la poudre, la frittant ainsi. La plate-forme de fabrication descend de l’épaisseur d’une strate tandis qu’un des pistons d’approvisionnement en poudre monte. Une nouvelle couche de poudre est étalée sur toute la surface par le rouleau, et le processus se répète jusqu’à ce que la pièce soit terminée.

De nombreux matériaux

La technique d’impression 3D par SLS peut produire des pièces en utilisant une large palette de poudres de différents matériaux disponibles sur le marché comme des métaux tels que l’acier ou le titane, ainsi que des polymères : nylons ou PA12 (peu résistant en température mais souple), fibre de verre, billes de verre ou encore de la poudre d’aluminium. Il existe de nombreux autres matériaux pouvant être frittés ou fusionnés par les imprimantes 3D à frittage sélectif par laser. En fonction du matériau utilisé, les propriétés de la pièce produite sont différentes.