Fonctionnement d'une imprimante 3D

Décembre 2016

L'imprimante 3D est une machine dont on entend de plus en plus parler au quotidien et qui est sur le point d'envahir l'industrie traditionnelle, mais surtout, de créer un nouveau type d'industrie : l'industrie collaborative encore appelée les Makers.
Alors, comment fonctionne une imprimante 3D et pourquoi ce procédé est-il aussi révolutionnaire qu'on le dit ?

Le principe de l'impression 3D

Tout d'abord, il faut comprendre que l'impression 3D est un procédé de fabrication additif, a contrario des procédés de fabrication classique qui sont soustractifs.
Un menuisier crée une pièce en bois fonctionnelle en retirant de la matière d'un bloc de bois massif. De même qu'un usineur créera une pièce métallique par usinage d'un lopin de métal plus gros en volume et en poids que la pièce finale.
Au contraire de ces procédés, l'impression 3D fonctionne par ajout localisé de matière pour ne créer que la pièce fonctionnelle finale. Il n'y a quasiment pas de pertes de matière première (hormis les supports).
Concrètement, comme fonctionnent les machines d'impression 3D ?
Pour fabriquer une pièce physique en 3 dimensions, toutes les machines présentent un plateau support pour l'impression de la pièce et une buse ou tête d'impression qui se déplace dans un plan pour imprimer la matière.
La machine imprime donc dans un seul plan à chaque étape et c'est l'empilement de ces plans qui crée le volume de la pièce imprimée.
Remarque: pour les procédés utilisant la lumière UV ou laser, la tête d'impression est généralement fixe.

Les principaux types d'impression 3D

FDM

Le procédé le plus répandu est le FDM pour Fused Deposition Modeling, qui consiste à déposer un filament de plastique fondu sur le support d'impression ou sur la pièce en cours d'impression.
Une buse se déplaçant dans un plan extrude un filament de plastique à chaud qui, déposé fondu se soude à la couche précédente.
La plupart des imprimantes 3D grand public utilisent ce procédé. Utilisant des plastiques de type PLA ou ABS, elles permettent de faire du prototypage rapide ou bien de produire des pièces fonctionnelles pour le bricolage, la décoration ou le modélisme.
Video https://www.youtube.com/watch?v=WHO6G67GJbM

Retrouvez le classement des 10 meilleures imprimantes FDM 2016 sur cet article.

SLA

Ce procédé commence à toucher le grand public avec des imprimantes comme la 1200 Projet ou bien la Formlab qui si elles se destinent au secteur professionnel sont aussi abordables pour les particuliers.
Ce procédé SLA pour StereoLithography Apparatus associe une résine liquide photosensible à un faisceau de lumière UltraViolet pour solidifier la résine.
À chaque couche d'impression, la machine expose de la résine liquide aux UV qui se solidifie alors et se soudant à la couche précédente de résine.
Ce procédé est utilisé dans le secteur dentaire et secteur de la bijouterie depuis quelques années déjà.


Retrouvez le classement des 10 meilleures imprimantes SLA 2016 sur cet article.

SLS

Ce procédé est encore cantonné au secteur industriel car il implique une mise en oeuvre et des coûts importants pour un particulier.
Ce procédé SLS pour Selective Laser Sintering utilise un laser pour faire fondre une poudre qui en fondant va se souder à la couche précédente.
Cette technologie permet de travailler aussi bien de la cire que des métaux et les première pièce métalliques fonctionnelles de l'industrie sont fabriquées par ce procédé.
Video https://www.youtube.com/watch?v=bgQvqVq-SQU

Comment se pilote une machine d'impression 3D ?

À la différence des centres d'usinage utilisées en industrie, les imprimantes 3D ne se pilotent pas, elles fonctionnent exclusivement de manière autonome.
La pièce à fabriquer est d'abord modélisée avec un logiciel de CAO.
Le fichier 3D de la pièce est ensuite traité par un logiciel de "slicing" qui va découper notre pièce en tranches, chaque tranche représentant une vue en coupe différente de la pièce modélisée.
Bien évidemment, plus il y aura de couches d'impression, plus l'état de surface de la pièce sera de bonne qualité et lisse.
Ce fichier STL est ensuite envoyé à l'imprimante 3D qui va imprimer successivement toutes les tranches de la pièce pour aboutir au modèle physique complet.

Le process d'impression 3D en images exemple en joaillerie

La production de pièce par la process d'impression 3D débute par la modélisation informatique d'un modèle.
Dans le cas présent, il s'agit d'une bague modélisée par un logiciel de CAO.

Vues de la bague en photo virtuelle et en CAO

Le modèle 3D de notre bague est enregistré au format STL avant d'être envoyé vers un logiciel d'interface de l'imprimante 3D.
Ce logiciel permet de positionner la pièce sur le plateau d'impression de la machine et de mettre en place les supports d'impression de la pièce. On peut choisir la position de la pièce sur le plateau d'impression et paramétrer le nombre, la taille et l'emplacement des supports d'impression.

Visualisation de notre pièce sur le plateau d'impression dans le logiciel d'interface de l'imprimante.
Ce logiciel de commande l'imprimante 3D va découper l'environnement du plateau d'impression ( les pièces et leurs supports) en tranches et les envoyer vers la machine d'impression 3D qui va les imprimer successivement.

Vue du modèle en résine imprimée par impression 3D.

La pièce imprimée est ensuite détachée de ses supports pour poursuivre le procédé de fabrication qui lui correspond.

Vue du produit fini fabriqué à partir du master imprimé en 3D.

Les coûts d'une imprimante 3D

Lors de l'achat d'une imprimante 3D, la comparaison du prix des machines ne doit pas se limiter au prix d'achat. Ces imprimantes nécessitent des consommables qui peuvent être coûteux et des frais cachés non visibles lors de l'achat.
Pour ce qui est des imprimantes de type FDM par exemple, bien qu'elles utilisent des matières premières abordables, les cartouches de recharge peuvent être revendus bien plus chères que le prix du marché par le constructeur, qui limite la possibilité de se fournir via un autre fournisseur en intégrant des puces électroniques dans la cartouche selon le même principe que les cartouches d'encre des imprimantes traditionnelles.
Pour les imprimantes 3D de type FDM, pensez à vérifier que la machine accepte les matériaux d'un fournisseur tier, et comparez le prix au kilo des recharges selon les modèles d'imprimante.



Pour les imprimantes de type SLA, le coût des résines peut varier de 200 à 1300 euros le litre selon l'utilisation loisir ou professionnelle de ces résines. Là encore, certains constructeurs obligent leur clients à utiliser leur résine en intégrant une puce sur les recharges de la machine.

Une imprimante comme la Formlab parie sur l'acceptation de résines de fournisseurs tiers pour bâtir son succès (source photo).
Par contre, la formlab nécessite de changer régulièrement le bac d'impression ce qui engendre un coût alors que la 1200 projet, par l'utilisation de cartouches interchangeables évite cela.

photo montant une cartouche d'imprimante 1200 projet avec sa puce électronique (source photo)
Merci à Nicolas Tranchant, utilisateur professionnel d'imprimante 3D et gérant de la bijouterie Vivalatina pour cet article.

Crédit photo vignette : scanrail / 123RF Banque d'images

A voir également :

Ce document intitulé «  Fonctionnement d'une imprimante 3D  » issu de CommentCaMarche (www.commentcamarche.net) est mis à disposition sous les termes de la licence Creative Commons. Vous pouvez copier, modifier des copies de cette page, dans les conditions fixées par la licence, tant que cette note apparaît clairement.