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Quels sont les différents procédés d'impression 3D ?

Introduction

Qu’est-ce que l’impression 3D ? En termes simples, l’impression 3D est une technique de fabrication de plus en plus utilisée pour réaliser des preuves de concepts, des prototypes ou des produits finis. Aujourd’hui, les entreprises ont commencé à utiliser l’impression 3D à différentes étapes de leurs processus de fabrication et utilisent cette technologie pour repenser leurs stratégies et gagner en compétitivité.

Alors comment ça marche exactement ? L’impression 3D est une technique permettant de construire des objets couche par couche à partir d’un fichier 3D, permettant aux entreprises de transformer la version numérique d’un objet en une version physique.

Vous devez déterminer quel processus d’impression 3D vous souhaitez utiliser pour créer la meilleure pièce possible. Comprendre les différents processus d’impression 3D est essentiel pour créer un projet réussi. Examinons de plus près les sept types de fabrication additive.

Quelles sont les sept techniques 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.

    La polyvalence et le choix des matériaux avec l'impression 3D

    Avec la fabrication additive, il existe de nombreux choix de matériaux d’impression 3D, du plastique à la résine ou au métal. Au sein de ces matériaux généraux, il existe une large gamme de types différents avec des propriétés techniques différentes. Après avoir appris les sept types de processus d’impression 3D, il est plus facile d’identifier le matériau et le processus qui conviennent le mieux à vos projets d’impression 3D.

    La fabrication additive au fil des années a également évolué pour offrir la possibilité de créer des pièces pour des secteurs exigeants en utilisant des matériaux de pointe tels que des matériaux extrêmement résistants et rigides ou des plastiques souples professionnels. C’est également devenu un moyen de mettre en œuvre une fabrication plus durable en utilisant des matériaux biosourcés, avec une série de matériaux en nylon PA11. BASF et Sculpteo ont uni leurs forces pour proposer une série de matériaux biosourcés à hautes performances mécaniques et performantes pour répondre à toutes vos exigences et préserver la durabilité.

    Voici quelques exemples:

    • Ultrasint® PA11 & MJF PA11 – Ce sont des matériaux biosourcés, parfaits pour créer des pièces durables capables de résister à des charges et des contraintes mécaniques élevées. Charnières vivantes, pièces à haute résistance aux chocs et certifications de contact avec la peau, ces matériaux en nylon PA11 offrent de grandes opportunités pour les industries médicales et automobiles.
    • Ultrasint® PA11 CF – Un matériau d’impression 3D renforcé de fibres de carbone, offre des performances mécaniques avancées pour vos pièces lorsque la résistance et la rigidité sont nécessaires. Si votre projet nécessite un rapport résistance/poids élevé et une résistance élevée aux chocs, alors Ultrasint® PA11 CF pourrait être la solution parfaite.
    • Ultrasint® PA11 ESD – Ultrasint® PA11 ESD est un matériau en poudre d’origine biologique doté de propriétés de décharge électrostatique pour une sécurité de processus accrue dans les applications avancées. Ce matériau offre de nouvelles possibilités pour un large éventail de nouvelles applications, en particulier pour le secteur électronique, en raison de ses performances mécaniques élevées.

    D’autres matériaux hautes performances sont disponibles :

    • MJF PA12 – Le Multijet Fusion PA12 crée des pièces à partir d’une fine poudre de polyamide. Le matériau se caractérise par une bonne élasticité et une résistance élevée aux chocs et résiste aux produits chimiques, en particulier aux hydrocarbures, aldéhydes, cétones, bases et sels minéraux, alcools, carburants, détergents, huiles et graisses. Le plastique HP est idéal pour les professionnels expérimentés et les concepteurs débutants en raison de sa haute précision. Le plastique d’impression 3D semble être un bon substitut à l’injection plastique pour le développement de produits, le prototypage rapide et même le processus de production.
    • Résine de prototypage – Cette résine de prototypage est imprimée en 3D à l’aide d’un procédé de stéréolithographie. Ce matériau est parfaitement adapté au développement de prototypes et pourrait améliorer l’ensemble de votre processus de prototypage. Cette résine offre la possibilité de créer des pièces très détaillées et des prototypes non fonctionnels. Comme ce photopolymère est sensible aux UV, les produits imprimés en 3D avec des résines SLA peuvent changer de forme et de couleur au soleil. Vérifiez toujours les directives de conception et les spécifications techniques avant d’envoyer votre pièce à l’impression 3D.
    • Acier inoxydable Ultrafuse 316L – est un nouveau filament métallique de qualité industrielle à usage professionnel. Créé par BASF, le filament Ultrafuse 316L est composé à 90 % d’acier inoxydable et à 10 % de liant polymère, ce qui lui permet d’être utilisé dans n’importe quelle imprimante FDM/FFF.
    • Ultrasint® TPU88A & TPU01 – Une excellente option pour les pièces qui ont besoin de flexibilité et de résistance et qui sont caoutchouteuses. Doté d’une bonne résilience et d’une grande stabilité aux UV, ce matériau SLS TPU offre de nombreux avantages pour vos projets nécessitant un matériau élastomère.

    Avantages et valeur ajoutée de l’impression 3D

    Pourquoi tant d’entreprises se tournent-elles vers l’impression 3D pour leurs besoins de fabrication ? Explorons quelques avantages et valeurs que la fabrication additive peut produire pour les particuliers et les entreprises.

    Prototypage rapide

    La fabrication additive est connue pour être une technique de prototypage efficace car elle est plus rapide que les techniques de fabrication traditionnelles pour créer une preuve de concept ou un prototype. Permettant de faire des itérations rapidement puisque vous travaillez avec une version numérique d’une pièce, vous permettant d’apporter des modifications à un fichier 3D directement sur votre logiciel de modélisation 3D puis d’imprimer une nouvelle itération pour voir si les résultats correspondent à vos besoins. Réaliser une nouvelle version ne prend pas de temps du tout, ce qui vous permet de créer rapidement des prototypes. De plus, ce processus est moins cher que la fabrication traditionnelle car les coûts n’augmentent pas lorsque vous réimprimez et testez à nouveau vos prototypes.

    Fabrication à la demande

    Traditionnellement, les entreprises devaient commander un certain nombre de pièces ou de produits pour être rentables, puis stocker ces articles dans une installation jusqu’à ce que les produits soient vendus, distribués ou livrés. Avec la fabrication additive, les produits peuvent être fabriqués au moment voulu et dans les quantités requises. Cette technologie révolutionnaire change le jeu de la fabrication et permet aux entreprises d’économiser du temps et de l’argent grâce à la fabrication à la demande. Avec la fabrication à la demande, les entreprises peuvent également fournir précisément ce que les clients veulent en termes de quantités et de personnalisation. Un client peut commander un seul prototype avec des géométries complexes et le faire fabriquer et livrer en très peu de temps. La fabrication sur mesure est cruciale dans de nombreuses industries, comme les prothèses médicales, où des prothèses individualisées peuvent être fabriquées selon les besoins de chaque client.

    Personnalisation de masse

    Cela nous amène à la capacité de personnalisation de masse sans coût élevé ; avec l’impression 3D, elle peut être rentable et adaptable aux besoins de vos clients. Alors que l’utilisation de techniques de fabrication traditionnelles rend la personnalisation coûteuse, exclusive, chronophage et tend à concerner des produits de niche. La flexibilité de la fabrication additive offre une personnalisation à grande échelle !

    Conception/conception complexe pour la fabrication additive

    La conception pour la fabrication additive (DfAM) permet d’innover en repensant et en créant votre pièce, en l’optimisant et en l’améliorant sans les contraintes de fabrication des méthodes de fabrication traditionnelles. Il permet également la création de pièces complexes faciles à fabriquer et conservant des propriétés mécaniques élevées. Alors, que peut faire DfAM pour vous :
    • Assemblage intégré : intégrez des fonctionnalités directement dans la structure de votre produit pour obtenir un produit hautement fonctionnel et gagner du temps lors du processus d’assemblage.
    • Structures en treillis : Renforcez et allégez vos produits grâce à des structures innovantes. Les structures en treillis ont des propriétés mécaniques et une multifonctionnalité de haute résistance et de faible masse, ce qui peut être particulièrement innovant pour les industries de l’aérospatiale, de la robotique ou des drones.
    • Mécanismes conformes : l’impression 3D améliorera les mécanismes conformes avec de nouvelles solutions de conception telles que des pièces emboîtables. Mais plus important encore, vous pouvez concevoir un mécanisme entièrement imprimable en 3D en une seule pièce.
    • Optimisation topologique : Optimisez l’agencement matière de votre produit en fonction de contraintes données grâce à cette méthode mathématique et maximisez les performances de vos pièces. Avec l’optimisation topologique, vous pouvez créer la meilleure version de votre pièce !

    Inventaire numérique

    La fabrication additive aide également les entreprises à repenser leur chaîne d’approvisionnement et leurs stocks pour ajouter plus d’adaptabilité à leurs stratégies commerciales. Au lieu de stocker des pièces qui, comme mentionné précédemment, prennent de la place dans un entrepôt, l’impression 3D vous permet de produire des pièces quand elles sont nécessaires en dématérialisant votre production et en stockant des fichiers 3D. L’inventaire numérique vous permet désormais de produire la quantité exacte de pièces nécessaires à chaque client en cas de besoin. Consultez notre article “Quels sont les avantages de l’impression 3D” pour en savoir plus sur les bénéfices et avantages.

    Quelles industries bénéficient des avantages de l’impression 3D ?

    Médical

    L’industrie médicale a été l’une des premières à adopter l’impression 3D, un secteur à fort potentiel de croissance. Le plus grand avantage de la fabrication additive pour ce secteur est dû aux capacités de personnalisation et de personnalisation qu’offrent les technologies de FA et à la capacité d’améliorer considérablement la vie des gens financièrement et physiquement à mesure que la technologie progresse et que des matériaux sont développés qui répondent aux normes de qualité médicale. De plus, les technologies d’impression 3D sont utilisées pour toutes sortes d’applications dans les industries médicales et dentaires, telles que les moulages métalliques de couronnes dentaires et d’aligneurs dentaires et les moules réels des structures osseuses des patients pour des opérations spécifiques pour aider les chirurgiens dans leur travail. . Un autre avantage est la possibilité de fabriquer directement des articles en stock, tels que des remplacements/implants de la hanche et du genou, et des produits spécifiques au patient, tels que des prothèses auditives, des semelles orthopédiques pour chaussures, des prothèses personnalisées et des implants uniques pour des patients présentant des types très spécifiques. de maladies. Découvrez comment l’impression 3D médicale sauve des vies ! Découvrez comment Daniel Robert Orthopaedics utilise l’impression 3D pour créer des appareils orthopédiques éco-responsables uniques !

    Automobile

    L’industrie automobile a également été l’un des premiers à adopter l’impression 3D pour l’utilisation du prototypage rapide. Actuellement, la FA est mise en œuvre au-delà du prototypage rapide et pour le développement et l’adaptation de son processus de fabrication. Il aide les entreprises à répondre rapidement aux demandes changeantes des clients et à intégrer les avantages de matériaux améliorés aux propriétés mécaniques élevées pour les applications automobiles. De nombreuses entreprises automobiles envisagent désormais le potentiel de l’impression 3D pour produire des pièces de rechange/remplacement, à la demande, au lieu de détenir d’énormes stocks ou de devenir obsolètes. Intéressé par l’impression 3D d’une voiture entière ? Oui c’est possible. Découvrez Automobile et impression 3D : le guide complet de l’impression 3D d’une voiture.

    Drone

    Un véritable attrait pour l’industrie des drones pour l’impression 3D est la possibilité de créer des drones plus légers, plus solides et plus fonctionnels nécessitant moins d’assemblage et moins de pièces. Avec AM, il est possible de créer des montages et des structures en treillis sur mesure pour réduire le poids des pièces du drone. L’impression 3D est devenue la solution idéale pour l’industrie des drones pour fabriquer des itérations afin d’adapter les produits aux besoins des clients. Découvrez comment la société Hexadrone a utilisé la FA pour innover et adapter son drone le plus populaire TUNDRA®. Consultez notre livre électronique Top Tips for Drone Manufacturing pour vous aider à démarrer.

    Aérospatial

    L’industrie aérospatiale a également été l’un des premiers à adopter l’impression 3D. Pour ses premières formes de développement de produits et de prototypage, en collaboration avec des instituts universitaires et de recherche, pour repousser les limites de la technologie AM pour les applications de fabrication. En raison de la nature critique du développement des avions, la R&D est exigeante et ardue, les normes étant critiques et mettant les technologies d’impression 3D à l’épreuve. Heureusement, le développement de processus et de matériaux a progressé dans l’industrie aérospatiale, certains composants non critiques volant déjà sur des avions. Les utilisateurs de premier plan de la FA incluent GE / Morris Technologies, Airbus / EADS, Rolls-Royce, BAE Systems et Boeing. Avec ces entreprises qui adoptent une approche réaliste de ce qu’elles font actuellement avec les technologies d’impression 3D, et la plupart d’entre elles sont de la R&D, elles comprennent le potentiel des processus et des matériaux d’impression 3D. En savoir plus sur l’impression 3D : Un vrai game-changer pour l’aéronautique.

    Luxe

    Le plus grand moteur de l’utilisation de la fabrication additive par l’industrie du luxe est la capacité d’apporter à sa clientèle une sensation d’exclusivité et de luxe que seule la personnalisation peut offrir sans que son coût soit prohibitif. En tant que débutant dans l’industrie de l’impression 3D, les possibilités sont infinies ; les plus grandes marques de luxe peuvent créer des accessoires, des lunettes, des chaussures, des moulures et des structures internes pour les sacs à main et les meubles. La fabrication additive a beaucoup à offrir à ce secteur, et l’impression 3D accélère le processus de conception et le délai de mise sur le marché et permet une production à la demande avec des matériaux et des finitions de haute qualité. Vous pouvez être sûr de voir les plus grandes marques de luxe commencer à utiliser la FA pour le prototypage, les petites séries et la production de masse.

    Robotique

    L’industrie robotique a trouvé de nombreuses applications pour l’impression 3D, qui offre la possibilité de produire des pièces uniques tout en respectant les tolérances serrées et les finitions parfaites attendues et nécessaires. De la robotique éducative à l’outillage de la chaîne de montage et aux bras robotiques, la FA s’avère être un changeur de jeu pour cette industrie. Étant donné que les projets de robotique impliquent des centaines ou des milliers de pièces qui fonctionnent parfaitement ensemble, l’impression 3D fournit la fabrication rentable et à la demande nécessaire à l’industrie de la robotique. Par exemple, vous pouvez faire passer vos préhenseurs robotisés au niveau supérieur grâce à l’impression 3D. Découvrez comment Generation Robots utilise l’impression 3D pour produire Poppy, un robot humanoïde avec 33 composants divers à la demande.

    Électronique

    Avec des délais courts et des itérations rapides, vous pouvez faire fabriquer vos boîtiers électroniques à la demande grâce à l’impression 3D. La fabrication additive transforme l’industrie électronique. Innovez et produisez rapidement des prototypes pour vos pièces électroniques, et apprenez de l’exemple de Koovea. Du prototypage à la production rapide, UWTI exploite la FA à son avantage.

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    Maintenant que vous connaissez tous les processus d’impression 3D et les avantages de la technologie de fabrication additive, vous êtes mieux préparé pour déterminer si la technologie de fabrication additive convient à votre projet ou à votre entreprise.

    Avec nos services d’impression 3D en ligne, vous pouvez trouver de nombreuses technologies et matériaux mentionnés ci-dessus pour démarrer votre projet d’impression 3D dès aujourd’hui.

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