Quel est le principe de fonctionnement d’une imprimante 3d ?

Les imprimantes 3D sont en train de révolutionner nos modes de production. Cependant il existe plusieurs techniques d'impression 3D. Voici comment ça marche !
fonctionnement d'une imprimante 3d

Fruit des prouesses technologiques, l’impression 3D est de plus en plus sollicitée par les particuliers et les professionnels. Bien qu’elle ne soit pas une technique nouvelle, c’est aujourd’hui que l’impression 3D devient importante car elle est désormais très utile voire indispensable dans certains domaines. Qu’est-ce qu’une impression 3D ? Comment fonctionne une imprimante 3D ? Quel est le principe de la fabrication additive ? Vous aurez la réponse à toutes vos préoccupations dans ce guide.

Qu’est-ce que l’impression 3D ?

Contrairement aux autres techniques comme le fraisage ou le meulagel’impression 3D se base sur la fabrication additive. C’est-à-dire par ajout de matière couche par couche. En effet, l’impression 3D permet de procéder à la matérialisation digitale en trois dimensions (suivant l’axe X, Y et Z) grâce à un scanner 3D. Cette technologie de l’impression est très utile dans le monde du design ou de l’ingénierie.

Les particuliers peuvent acheter une imprimante 3D pour moins de 100€ et tester à la maison. Il existe aussi des services d’impression 3d en ligne qui permettent d’envoyer un modèle à imprimer en pus ou moins grande série.

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Pour fonctionner, l’imprimante 3D a besoin de plusieurs éléments proposant divers rôles.

  • Le consommable : il peut être un filament, une résine ou une poudre.
  • Le fichier du modèle 3D : celui-ci peut être sous le format STL comme OBJ
  • Le slicer : il servira de guide à l’imprimante à l’aide d’un fichier G-code

Par ailleurs, il nous faut également un ordinateur avant toute chose. Pour effectuer une impression 3D, le modèle doit d’abord être envoyé à l’imprimante. Cette première opération permettra à cette dernière d’identifier l’objet à matérialiser. Ensuite, le slicer est sollicité au cours de la deuxième étape. Il faudra y insérons le filament pour procéder à son chauffage sur le plateau d’impression et son découpage en de fines particules. Les particulesproduites se superposent ensuite pour être imprimées.

Qu’est ce que le principe de la fabrication additive (FA) ?

Le principe de la fabrication additive est tout simple. Nous devons signaler que le procédé de la fabrication additive est juste l’opposition de la fabrication soustractive. Cette dernière permet de concevoir un objet à partir d’un autre en enlevant les parties inutiles. Ce procédé s’illustre beaucoup dans l’usinage et la menuiserie où avec du bois ou du métal il est conçu des meubles ou des pièces en métal. Alors que la fabrication additive conduit à une conception par ajout de matières couche par couche.

principe de la fabrication additive FA

Les imprimantes 3D sont très pratiques et elles permettent de gagner du temps pour faire un prototypage rapide et assurer une production efficiente. Elles optimisent aussi la matière première et permettent de faire moins de perte qu’avec des machines traditionnelles. Cela est dû au procédé adopté qui est la fabrication additive. Ce procédé fonctionne de telle sorte que la matérialisation s’effectue grâce à la superposition de petites particules. Les besoins étant grandissantes, plusieurs techniques d’impression 3D ont été créées. Mais elles toutes n’ont pas la même précision et le même coût. Il faut donc adapter les techniques d’impression en fonction de nos attentes.

Les différentes techniques d’impression 3D ?

Les stratégies adoptées au niveau des imprimantes 3D sont variées. Parmi elles, trois se démarquent. Il s’agit de :

  • Dépôt de matière fondue ou FDM (Fused Deposition Modeling) avec un filament
  • Polymérisation lumineuse avec de la résine
  • Frittage laser ou fusion avec de la poudre.

Chacune d’elles est sous-tendue par des procédés spécifiques tout en offrant divers avantages.

principe de l'impression 3d

Dépôt de matière fondue (filament)

La technique du dépôt de matière fondue est la plus connue de toutes. Cette technique encore appelée FDM, FFF (Fused Filament Fabrication), ou MDP (Molten Polymer Deposition) a été créée en 1988 et reste toujours d’actualité.

Une imprimante 3D avec la technologie FDM est constituée de plusieurs éléments :

  • Une mémoire de masse (clé USB ou carte mémoire) : Ce support contiendra les G-CODE pour le guidage du slicer.
  • Un ensemble de composants électronique : il permet de contrôler les moteurs de la machine.
  • Trois moteurs : pour permettre le déplacement de la tête et du plateau d’impression. Le plateau d’impression se déplace selon l’axe Y tandis que la tête d’impression se déplace suivant les deux autres axes X et Z.
  • Une tête d’impression : elle est équipée d’un moteur, d’une résistance chauffante, d’un ventilateur et d’une buse.
  • Une bobine de filament
  • Un cadre : encore appelé châssis, il sert de maintien à tout l’équipement.

Les imprimantes 3D FDM sont utilisées avec un filament. Le cuivre, les TPU flexibles, les PETG le nylon, les PLA, les ABS ainsi que le bronze sont autant de matières de filament disponibles. Aussi, ces filaments sont de diamètres et de couleurs variés.

Polymérisation lumineuse (résine)

Les imprimantes qui emploient cette technologie commencent par être adoptées par le public même si elles demeurent plus coûteuses que celles avec le dépôt de matière fondue. C’est certainement parce que la résine est plus chère que la bobine de filament et que leur précision n’est pas comparable. Celle des imprimantes résine est largement supérieure à celle des imprimantes FDM. Les imprimantes résine se distinguent sous trois formes en fonction de l’outil de polymérisation. Cela peut être un laser UV, une lampe de projection UV ou un écran lumineux UV.

En ce qui concerne ses différentes parties, l’imprimante résine a en commun avec l’imprimante FDM une mémoire de masse, un châssis, une carte électronique ainsi qu’un plateau. Les éléments qui marquent la différence sont l’écran d’impression et le réservoir de résine. Le réservoir peut recueillir de résine de différentes versions.

Frittage laser ou fusion (Poudre)

Le consommable qui intervient dans cette technique d’impression est la poudre. Il faut comprendre qu’en matière d’impression 3D la précision dépend du coût de l’imprimante et du consommable. De plus le consommable existe sous diverses formes (métalliques, céramiques, thermoplastiques). Les imprimantes 3D poudre sont plus précises que les autres et par conséquent sont onéreuses. De plus le consommable existe sous plusieurs formes (métalliques, céramiques, thermoplastiques).

Les imprimantes 3D poudre disposent aussi de plusieurs éléments en commun avec les autres imprimantes. Les éléments principaux qui se démarquent des autres sont le bac d’impression, le laser et la lentille de réflexion. Le bac d’impression sert à contenir de la poudre où l’objet sera plongé. La lentille de réflexion intervient lorsqu’il faut diriger le laser pour donner formes aux couches de l’objet. Le laser quant à lui permet de fondre le consommable.

L’état de la surface lors du rendu final diffère selon le rôle du laser. Lorsqu’il s’agit d’un SLS (Selective Laser Sintering), pour signifier frittage sélectif par laser, la surface de l’impression présente des grains. Par contre les SLM (Selective Laser Melting) se traduisant par la fusion sélective par laser permettent d’avoir des surfaces plus lisses.