L’imprimante 3D fait partie des nombreuses innovations technologiques très prisées ces dernières années. Il faut dire qu’avec ce type d’appareil, les opportunités sont quasiment illimitées (jouets en plastique, implants dentaires, chocolats aux formes atypiques, prothèses, etc.). Mais il est important de noter que le mode de fonctionnement de ces imprimantes n’est pas toujours évident. Pour vous aider, voici comment fonctionne une imprimante 3D.
Une impression 3D, qu’est-ce que c’est ?
La technique d’impression 3D est apparue dans les années 80. À l’époque, ce concept servait à réaliser des prototypes avec précision et rapidité. Cette technologie a ensuite beaucoup évolué, avec l’apparition de la stéréolithographie en 1986.
Aujourd’hui, les imprimantes 3D sont des appareils innovants qui se servent de modèles 3D pour concevoir des objets physiques avec différents matériaux. Ces imprimantes utilisent ainsi plusieurs types de matériaux : plastique fondu, caoutchouc, métal, fibre de carbone, etc.
La technique consiste à superposer des couches les unes après les autres et à les fusionner en utilisant un produit adhésif ou une lumière UV. Cela va alors permettre de concevoir un objet en 3D.
Fonctionnement d’une imprimante 3D : les étapes de l’impression
Pour savoir comment fonctionne une imprimante 3D, il faut aussi maîtriser les différentes étapes de l’impression :
- Créer le modèle 3D : il s’agit de créer le modèle 3D de l’objet à imprimer. La création du modèle se fait grâce à un logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Vous pouvez également télécharger un modèle déjà existant ;
- Préparer le fichier : vous devez préparer le fichier 3D pour l’impression en le tranchant en fines couches. Veillez à bien régler les paramètres d’échelle, la résolution et l’orientation ;
- Configurer l’imprimante : il s’agit de paramétrer l’imprimante pour réaliser l’impression. La configuration se fait selon les caractéristiques de l’objet à imprimer. Les éléments d’impression concernent notamment la température d’impression, la vitesse ou encore la hauteur des couches ;
- Réaliser l’impression 3D : dès que le modèle est prêt et que la configuration de l’imprimante est finie, vous pouvez réaliser l’impression 3D. Vous devez veiller à ce que l’appareil soit bien calibré. Le cas contraire peut effectivement avoir des répercussions sur la qualité de l’objet.
Fonctionnement d’une imprimante 3D : les différents procédés
Le fonctionnement d’une imprimante 3D dépend de plusieurs procédés. Ces derniers se déroulent avec le même principe de base, mais diffèrent selon la technologie et l’appareil utilisé. Pour savoir comment fonctionne une imprimante 3D, il est donc important de maîtriser ces procédés.
Le dépôt de matière
Ce procédé est essentiel pour savoir comment fonctionne une imprimante 3D. En effet, la plupart de ces appareils fonctionnent selon cette technique. Il est aussi appelé FDM (Fused Deposition Modeling ou Modelage par Dépôt de Filament en fusion) ou FFF (Fused Filament Fabrication).
Il consiste à déposer les filaments de matière thermoplastique fondus à 200°C couche par couche. Ainsi, en se superposant, les filaments vont donner naissance à l’objet. Le déplacement de la tête d’impression se fait en fonction des coordonnées X, Y et Z indiquées par un fichier 3D. Ce dernier correspond au modèle 3D de l’objet.
L’imprimante 3D par dépôt de matière est aujourd’hui très utilisée dans différents domaines. Le secteur de l’agroalimentaire et de la médecine se sont notamment emparés de la méthode pour créer des aliments et des cellules en modifiant la tête d’extrusion.
Le frittage sélectif par laser
Il s’agit d’un principe d’impression assez similaire au principe de fabrication additive. Cela signifie que l’impression crée l’objet en accumulant des couches de matériau. La technique consiste donc à souder des grains de poudre en utilisant la chaleur (comme en poterie artisanale).
Dans ce cas-ci, on utilise un laser puissant qui va utiliser le procédé de frittage sur la poudre polymère pour obtenir un aspect rigide. En chauffant à la limite de la fusion, les particules vont alors progressivement coaguler, tandis que le laser balaie les sections de matériau que l’on a ajoutées successivement.
La solidification par lumière par stéréolithographie
Il s’agit d’une des premières méthodes d’impression 3D à avoir été utilisées. La stéréolithographie est une méthode qui a pour objectif de solidifier un liquide photosensible grâce à un rayon laser ultraviolet. Les imprimantes utilisant la SLA (Stéréolithographie) sont constituées de 4 parties :
- Un réservoir : rempli par le liquide photopolymère ;
- Une plateforme perforée : qui descend dans le réservoir ;
- Un rayonnement UV ;
- Un ordinateur : qui commande la plateforme et le laser.
À l’instar de la FDM, l’imprimante va, avant tout, analyser le fichier 3D. Ensuite, selon la forme de l’objet, il va intégrer des fixations temporaires. Cela va permettre de maintenir certaines parties. Le laser va alors toucher et durcir directement la première couche de l’objet.
Dès que la première couche a durci, on abaisse la plateforme et une nouvelle couche de surface de polymère liquide est exposée. Le laser va alors tracer une nouvelle section transversale de l’objet. Celle-ci va se coller instantanément à la pièce déjà durcie en dessous. Le processus va se répéter infiniment jusqu’à la formation de l’objet.
Les objets conçus à partir de cette technique sont généralement de bonne qualité de finition et de précision. D’ailleurs, il s’agit là de l’une des meilleures méthodes d’impression 3D, sur le plan de la qualité. La SLA est aussi un procédé très prisé pour la production de grosses pièces. Toutefois, c’est un procédé assez coûteux et les matériaux et les coloris sont limités à cause des polymères utilisés.
L’agglomération de poudre par collage : la 3DP (Three Dimensional Printing)
Cette technique consiste à étaler une fine couche de poudre de composite sur une plateforme. De fines gouttes de glu colorées vont être alors déposées sur cette dernière. Combinées entre elles, ces gouttes vont permettre d’avoir une large sélection de couleurs. Plus les couches de poudre seront collées et plus la plateforme s’abaissera jusqu’à obtenir l’objet.
En ce qui concerne la finition, il est nécessaire d’aspirer l’excédent de poudre, de brosser l’objet et de la chauffer pour terminer la solidification. Cette méthode présente l’avantage d’être rapide et d’offrir un large choix de couleurs. De plus, le prix de l’imprimante est bien moins élevé et propose pourtant une excellente qualité d’impression.
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