Impression 3D : comment fonctionne une imprimante 3D ?

On entend beaucoup parler de l'impression 3D et de la fabrication additive qui se répand chez les professionnel et dévient également accessible aux particulier. Mais comment fonctionne une imprimante 3D au juste ?
Impression 3D : comment fonctionne une imprimante 3D ?

L’imprimante 3D est l’une des dernières inventions technologiques dans le domaine de la fabrication d’objet de tout genre. Elle réalise une prouesse remarquable qui la propulse au rang des outils d’impressions les plus utilisés. Il s’agit évidemment d’un matériel qui allie une technologie innovante et plusieurs procédés de fonctionnement. Cela rend un peu compliquée la compréhension de son principe de fonctionnement par bon nombre de personnes. Voici tout ce que vous devez apprendre à propos de l’impression 3D et du fonctionnement d’une imprimante 3D.

Qu’est-ce que l’impression 3D ?

L’impression 3D est une nouvelle technique qui permet de fabriquer un objet dont les formes sont bien spécifiques à partir d’une imprimante dite également 3D. En d’autres termes, elle consiste à faire reproduire un objet physique ou virtuel par l’imprimante 3D. Pour ce faire, l’aspect visuel de l’objet voulant servir de modèle doit être numérisé avec un scanner 3D.

Si l’impression porte sur un matériel qui n’existe pas encore physiquement, toute sa forme géométrique peut être créée avec un logiciel d’infographie 3D. L’impression 3D permet donc de matérialiser un objet numérique enregistré sur un ordinateur et qui possède des coordonnées tridimensionnelles (XYZ). Elle fonctionne suivant le même principe, toutefois, les procédés d’impression ne sont pas toujours les mêmes. Elle se fait principalement avec un ordinateur et une imprimante 3D. Pour une impression réussie, vous aurez toutefois besoin d’autres outils tels que :

  • la matière d’impression
  • le fichier 3D en format STL ou OBJ et
  • le logiciel de slicing qui tranche le fichier et transmet les données à l’imprimante.

Selon le cas, vous pourriez aussi avoir besoin d’un scanner 3D ou d’un logiciel de création de fichiers 3 D.

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

L’imprimante 3D se sert des données géométriques qui lui sont fournies par le fichier d’impression pour former l’objet à imprimer. Lorsque vous définissez le fichier 3D de l’objet à imprimer à votre matériel d’impression, ce dernier découpe celui-ci en plusieurs milliers de parties horizontales. Chacune aura au maximum une taille de 0,1 millimètre.

L’imprimante 3D commencera ensuite l’impression de l’objet en se servant de la matière de fabrication contenue dans son réservoir. Elle déposera horizontalement de petits filaments de cette matière du bas vers le haut et couche après couche selon le découpage qu’elle avait réalisé au début. La matière fusionnera au fur et à mesure que l’impression évolue jusqu’à ce que le processus de dépôt des couches se termine. À la fin, vous obtenez un objet identique à celui ayant servi de modèle numérique.

Il faut noter que les matières utilisées ainsi que la technologie de superposition des couches employée par l’imprimante peuvent être différentes d’un modèle à un autre. Il faut distinguer les imprimantes qui fonctionnent par :

  • dépôt de matière
  • solidification avec un laser et
  • agglomération par collage.

Malgré cette diversité de procédés, c’est toujours le principe de superposition de couches suivant des données géométriques d’un fichier 3D qui est utilisé. Le mode d’exportation des données depuis l’ordinateur vers l’imprimante peut également se faire à partir d’une connexion Wi-Fi ou USB selon les marques et les modèles de l’appareil. Il est aussi possible de se servir d’une carte SD à cet effet.

Comprendre le principe de Fabrication Additive (FA)

fabrication additive

La fabrication additive est une expression qui permet de désigner l’ensemble des procédés utilisés par les imprimantes 3D. Elle consiste tout simplement à fabriquer un objet en déposant une matière de manière superposée selon un processus de stratification. Elle s’apparente à une superposition de feuilles ou de lamelles étape après étape pour obtenir à la fin une structure complète possédant 3 dimensions dans l’espace.

La fabrication additive se fait en ajoutant de la matière par opposition à la fabrication soustractive qui consiste à enlever de la matière. En effet, les procédés de fabrication soustractive impliquent de retrancher des parties d’une pièce solide pour lui donner la forme souhaitée. Quant à la fabrication additive, elle utilise une matière fondue ou de la poudre qu’elle ajoute progressivement pour obtenir la forme voulue. L’ensemble du matériel est ensuite consolidé par une technologie précise pour obtenir une structure solide ayant 3 coordonnées géométriques.

Cette technique révolutionne la production de petites séries en diminuant considérablement les coûts de fabrication et en offrant de nouvelles possibilités aux entreprises.

Les différentes techniques d’impression 3D

Les techniques d’impression 3D les plus populaires sont au nombre de trois.

Dépôt de matière fondue (Filament)

Le dépôt de matière fondue un filament (ou FDM Fused Deposition Modeling) est la technique qu’utilise la majorité des imprimantes 3D. Elle a été inventée par la société Stratasys depuis 1988. Cette technique d’impression se réalise en fondant une matière thermoplastique à une température moyenne de 200 °C puis en la déposant sous forme de filament couche par couche. La tête d’impression réalise les superpositions en se déplaçant suivant les coordonnées X, Y et Z du fichier d’impression 3D pour permettre d’obtenir à la fin un objet correspondant au modèle utilisé. Démonstration dans la vidéo time lapse ci-dessous.

Au début, cette technique employait uniquement des matières plastiques. Aujourd’hui, des matériaux comme le cuivre, le bronze, les fibres de carbone et de bois sont utilisés pour produire les filaments à déposer.

Polymérisation lumineuse (Résine)

Cette technique est bien plus coûteuse que la précédente, mais son efficacité et sa précision sont encore plus impressionnantes. La technique d’impression 3D par polymérisation lumineuse fut même la première à être utilisée en 1984. Elle consiste à consolider une matière sensible à la lumière grâce à un rayon laser ultraviolet. Elle implique l’utilisation d’un polymère liquide comme la résine, d’une plate-forme perforée et d’un ordinateur qui contrôle la plate-forme et le laser.

uv led impression 3d

Avant de démarrer l’impression, l’appareil va d’abord analyser le fichier et lui ajouter des fixations temporaires pour maintenir les parties jugées fragiles. Le laser va ensuite durcir chaque couche du liquide immédiatement dès qu’elle est posée. Ce processus se répète jusqu’à la fin de l’impression. L’objet formé doit ensuite être rincé avec un solvant liquide avant d’être cuit dans un four à ultraviolet pour parfaire sa solidité.

À noter qu’on distingue deux techniques d’impression à base de résine : a stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP).

Frittage laser ou fusion (Poudre)

Cette technique a été inventée en 1980 par un étudiant à l’université du Texas. Cependant, c’est en 2003 qu’elle fut réellement développée par une société allemande et utilisée en impression 3D. Elle se sert aussi de laser comme la technique de polymérisation lumineuse. Par contre, la matière utilisée ici est de la poudre provenant d’un polymère sensible à la chaleur comme le nylon principalement.

impression 3d par impression 3d par Frittage laser ou fusion

La technique consiste alors à faire fondre les particules de poudre sous l’effet des faisceaux ultraviolets du laser. Ce processus se fait également couche après couche. La soudure des différentes strates se fait donc progressivement jusqu’à ce que l’objet entier soit obtenu. La finition de l’impression se fait à la main par brossage et par ponçage.

Comment tester l’impression 3D ?

Si vous avez envie de tester l’une de ces techniques, vous pouvez acheter une imprimante 3D pour la maison. On trouve des petits modèles d’entrée de gamme à moins de 100€. Il est aussi possible de faire appel à 3D Hubs, un professionnel de l’impression 3d Paris qui également présent dans les autres grandes villes de France (Lyon, Bordeaux, Toulouse, Nantes, Montpellier…). Il suffit alors d’envoyer votre modèle 3D pour obtenir un devis et lancer la production.

Rien de plus simple !