Quels sont les différents procédés d'impression 3D ?

VAT PHOTOPOLYMERISATION

La photopolymérisation est une fabrication additive qui utilise une cuve de résine photopolymère liquide. Une plate-forme de construction est abaissée, se déplaçant vers le bas, et un faisceau laser dessine une forme dans la résine, créant une couche. Une fois chaque couche de résine fabriquée, elle doit être durcie à l’aide de lumière ultraviolette (UV). L’utilisation de miroirs motorisés pour diriger les UV sur la surface de la résine la fait durcir.

Idéal pour les pièces avec un haut niveau de précision et de détail ; cependant, il lui manque le support structurel fourni par d’autres types de fabrication additive. De plus, ces pièces ne conviennent pas à une utilisation en extérieur car la couleur et les propriétés mécaniques peuvent se dégrader lorsqu’elles sont exposées aux rayons UV du soleil. Les  supports requis peuvent également laisser des marques et doivent être retirés lors du post-traitement.

Les technologies d’impression 3D par photopolymérisation en cuve les plus populaires sont les suivantes :

• Stéréolithographie (SLA) – Ce processus utilise une cuve de résine photopolymère liquide qui peut être durcie. La plaque de construction se déplace par petits incréments et le polymère liquide est exposé à la lumière, où le laser UV dessine couche par couche. Le processus se répète jusqu’à ce qu’un modèle 3D soit créé.
• DLP – La résine liquide est contenue dans une cuve ou un réservoir, durcie contre une plate-forme de construction, s’élevant lentement du réservoir au fur et à mesure que la pièce se forme, couche par couche. Le projecteur de lumière numérique est la source lumineuse des imprimantes 3D DLP. 
• CLIP par Carbon – Ce processus ressemble étroitement à l’extrusion à la construction couche par couche effectuée par la plupart des processus d’impression 3D. Une imprimante CLIP utilise une résine photosensible, un projecteur ultraviolet (UV) et de l’oxygène pour durcir le matériau. La plate-forme de construction commence légèrement submergée dans le réservoir de résine. Au fur et à mesure que la plate-forme s’élève lentement du réservoir, la résine réagit à la lumière UV en durcissant le matériau tandis que l’oxygène inhibe le processus. 
  

MATERIAL JETTING

Le material jetting est le processus de dépôt de matière sur une surface sous forme de gouttelettes. Similaire à une imprimante à papier à jet d’encre typique, mais appliquée couche par couche sur une plate-forme de fabrication, puis durcie par la lumière UV.

Le material jetting peut être effectué avec de nombreux matériaux, y compris les polymères et les cires. Ce type de FA est précis et plusieurs matériaux peuvent être utilisés pour un seul projet. Il est généralement utilisé pour les modèles réalistes et le prototypage.

Étant donné que les matériaux sont déposés en gouttes, le meilleur matériau serait les polymères et les cires en raison de leur capacité à former des gouttes.

La technologie d’impression 3D Material Jetting comprend :

• Impression 3D Polyjet – Essentiellement, la technologie Polyjet est un processus d’impression 3D qui construit des pièces en jetant des milliers de gouttelettes de photopolymère sur un plateau de construction et en utilisant la lumière UV pour les solidifier. Une fois la photopolymérisation terminée, le lot est placé sous un jet d’eau chaude sous pression pour éliminer l’excès de liquide et de supports. C’est l’un des processus les plus rapides et les plus précis actuellement disponibles.

BINDER JETTING

Le Binder Jetting est une méthode de fabrication additive qui crée des pièces couche par couche à l’aide d’un matériau de base en poudre et d’un liant liquide. Dans la chambre de construction, la poudre est également répartie en couches et le liant est appliqué pour «coller» les particules de poudre dans la forme selon votre modèle 3D.

Lorsque le processus d’impression est terminé, la boîte de construction est retirée de l’imprimante et placée dans un four pour durcissement. Enfin, la pièce est soigneusement extraite de la boîte de construction et tout excès de poudre est éliminé avec des brosses et des soufflantes.

EXTRUSION DE MATIERE

Fused deposition modeling (FDM) ou dépôt de fil est le processus d’ajout de couches à l’aide de filaments FDM. Il s’agit de l’une des méthodes de fabrication additive les plus populaires, le filament passe à travers une buse et  fond pendant le processus d’impression. Dans le même temps, il est progressivement déposé de manière structurée sur une plateforme de fabrication couche par couche jusqu’à ce qu’un objet soit complet. La buse se déplace horizontalement tandis que la plate-forme de construction monte et descend verticalement après le dépôt de chaque couche. Le FDM est souvent utilisé pour la fabrication de prototypes par les entreprises et utilise à la fois des matériaux plastiques et métalliques.

IMPRESSION 3D SUR LIT DE POUDRE

La méthode d’impression 3D sur lit de poudre ou Power Bed Fusion (PBF) utilise une source de chaleur, principalement un laser ou un faisceau d’électrons, pour fusionner les particules de poudre couche par couche jusqu’à ce qu’une pièce solide soit créée. Cette technique crée des pièces avec précision et permet la fabrication de diverses pièces aux géométries complexes. Les fabricants peuvent bénéficier de cette technique de fabrication grâce à ses nombreux matériaux disponibles pour la production, la liberté de conception et ses capacités de production. Cette méthode de fabrication industrielle est idéale pour le prototypage et la production de pièces finies.

Les différentes méthodes de fusion sur lit de poudre comprennent :

• Le frittage sélectif par laser (SLS) utilise des lasers pour fritter le matériau en poudre couche par couche afin de créer une structure solide. Le produit final, enveloppé de poudre libre, est ensuite nettoyé avec des brosses et de l’air sous pression. Les principaux matériaux utilisés dans le processus d’impression 3D SLS comprennent le polyamide (nylons), l’alumide (un mélange de poudre d’aluminium grise et de polyamide) et des matériaux caoutchouteux. Les nylons sont solides et durables mais offrent une flexibilité, ce qui les rend excellents pour les ajustements à pression, les supports, les clips et les ressorts.
• Le Seletive Laser Melting (SLM), également appelée frittage laser direct de métal (DMLS), est une méthode de fabrication additive qui crée des pièces métalliques. Ces techniques créent des pièces de manière additive (en ajoutant la matière couche par couche) en frittant de fines particules de poudre métallique pour les fusionner. Comme dans SLS, la pièce métallique est créée couche par couche, selon le modèle 3D entré dans l’imprimante. La différence significative est la température de frittage. Les procédés DMLS et SLM sont d’excellentes technologies pour ceux qui ont besoin de produire des pièces métalliques pour le prototypage ou la production à faible volume. Il permet également la création de conceptions complexes. L’impression métallique est une excellente solution de fabrication pour l’automobile, l’aérospatiale ou toute industrie à la recherche de composants dotés de propriétés mécaniques élevées.
• La fusion par faisceau d’électrons (EBM) atteint la fusion avec un faisceau d’électrons à haute énergie et produit moins de contraintes résiduelles, ce qui entraîne moins de distorsion. Il utilise moins d’énergie et peut produire des couches plus rapidement que SLS. Cette méthode est utile dans des secteurs tels que l’aérospatiale et la défense, les sports automobiles et les prothèses médicales.
• Multi Jet Fusion (MJF) de HP, un agent de fusion est appliqué sur une couche de matériau où les particules seront fusionnées. Un agent de détail est ensuite appliqué pour modifier la fusion et créer des détails fins et des surfaces lisses. Enfin, la zone est exposée à l’énergie pour créer des réactions entre les agents et le matériau pour créer la pièce. Aucun laser n’est impliqué. Une fois ce processus terminé, la pièce est délicatement retirée de l’imprimante et les poudres excessives sont éliminées en toute sécurité à l’aide d’air et de brosses.

SHEET LAMINATION

La sheet lamination est le processus de construction d’une pièce 3D en empilant de fines feuilles de matériau, généralement fournies par un système de rouleaux d’alimentation, couche par couche, par collage/soudage par ultrasons ou brasage pour former une seule pièce qui est ensuite découpée au laser ou Usinage CNC pour révéler une pièce imprimée en 3D.

DIRECT ENERGY DISPOSITION 

Le dépôt sous énergie concentrée ou DED est un procédé de fabrication additive qui consiste en une buse montée sur un bras multi-axes, qui peut se déplacer dans plusieurs directions et n’est pas fixée à un axe spécifique. Cette buse dépose le matériau fondu sur la surface où il se solidifie ensuite. Ce processus est généralement utilisé avec des métaux sous forme de poudre ou de fil.