Les méthodes d’impression 3D : laquelle convient à votre projet ?
Un bouleversement technologique en bonne et due forme.
Dès ses balbutiements, l’impression 3D a interpellé les concepteurs, essentiellement parce qu’elle promet de révolutionner le secteur industriel et plus particulièrement la filière fabrication. Les observateurs ont même surnommé ce processus « le supermarché entre vos mains » tant il offre de choix et de possibilités. De la mode à l’agroalimentaire, en passant par la médecine, le BTP et la fabrication d’appareils, cette technologie ne se contente pas de modifier le processus de fabrication de certains objets, mais elle bouleverse les méthodes industrielles en général. Ce phénomène va entraîner la croissance rapide du marché : il est prévu que les ventes d’imprimantes 3D augmentent de 500 % en 5 ans.
Mais avant de se laisser gagner par l’excitation générale, les intéressés, qu’ils souhaitent acquérir une imprimante ou faire appel à des services d’impression 3D feraient bien de se renseigner. Certes, la technologie offre une liberté totale, mais l’achat d’une machine inadéquate risquerait d’être un coût inutile, ou de mettre du plomb dans l’aile à vos projets.
Les concepteurs, amateurs ou professionnels, doivent tout d’abord réfléchir aux dimensions et aux caractéristiques de ce qu’ils souhaitent créer, car ceci va déterminer la taille de la zone d’impression (l’espace de travail de votre machine, qui limite les dimensions du produit fini), ainsi que la résolution des détails (le plus petit mouvement qu’une imprimante peut effectuer au sein d’une couche donnée). Chaque machine possède des atouts spécifiques. Il est donc tout aussi important de comprendre les possibilités offertes par les diverses méthodes d’impression 3D que de tenir compte de votre budget et des utilisations potentielles. Êtes-vous un bricoleur ou un concepteur professionnel ?
Les imprimantes FFF (fabrication par filaments fondus) extrudent un fil de plastique fondu pour former et façonner un objet. Le procédé de cette technologie, également connue sous le nom de modélisation par dépôt en fusion, ressemble à celui que les araignées utilisent pour tisser leurs toiles. Les avantages principaux de ces modèles sont leur facilité d’emploi et leur prix abordable. La matière première, des fils constitués de filaments de plastique, est relativement bon marché et les modèles de base se situent autour de 270 €. Ceci dit, ce prix correspond à une zone d’impression assez réduite, à une seule tête d’impression et à l’installation d’un logiciel très simple qui ne permet pas la réalisation d’objets compliqués. Ce sont des imprimantes premier prix, destinées aux particuliers.
Ce procédé est utile pour les prototypes, ou même les ouvrages artisanaux, surtout si l’on envisage d’acheter une Ultimaker 2 (2235 €), dotée d’une grande zone d’impression et d’une meilleure résolution qu’une imprimante de base comme la Printrbot Simple (535 €) par exemple. Mais les atouts des imprimantes FFF constituent également leurs faiblesses : les matières premières peu coûteuses produisent des pièces de moins bonne qualité. En outre, cette méthode est moins précise que les techniques plus coûteuses et l’emploi de filaments limite généralement l’impression à une seule couleur à la fois. La vitesse d’impression, la souplesse d’exécution et la qualité de la surface finie sont souvent sacrifiées par rapport à celles des modèles plus onéreux.
La stéréolithographie (ou impression 3D SLA) permet de fabriquer des pièces ou des objets couche par couche, en traçant une forme en résine très fine, puis en la faisant durcir à l’aide d’un laser UV, et en répétant ce procédé feuille à feuille jusqu’à l’obtention de la forme recherchée. Chaque impulsion laser soude la nouvelle couche à la précédente. Les pièces produites sont plus solides et plus robustes que celles fabriquées à l’aide d’une imprimante FFF. Elles sont souvent utiles pour le moulage par injection ou le coulage des métaux (bien qu’il faille parfois les nettoyer à la main après leur impression).
Cette plus grande solidité et cette précision accrue font que les imprimantes SLA conviennent mieux aux artistes, aux maquettistes et aux constructeurs de prototypes ou même de prothèses médicales et dentaires. Outre le prix assez élevé (entre 1790 et 3600 € pour une imprimante 3D SLA bas de gamme), la technique de superposition de couches présente des inconvénients. Le coût des matériaux est souvent prohibitif, tandis que le processus d’impression, plus long, offre moins de souplesse d’exécution. Les modèles haut de gamme (tels qu’Ember DLP SLA d’Autodesk [5365 €] et son logiciel libre Spark), permettent d’accélérer l’impression et d’affiner la résolution.
Le frittage par laser sélectif (SLS) consiste à transformer un matériau poudreux en objet compact par un procédé de chauffe intense et soudaine. Il s’agit ici de transformer une poudre plastique à base de nylon en masse solide à l’aide d’un laser puissant. Le SLS est une technologie relativement nouvelle et plus onéreuse. Elle est de loin la méthode d’impression 3D la plus précise. Beaucoup plus sophistiquées que les machines SLA, ces imprimantes sont capables de nuancer les couleurs avec précision et de fabriquer des pièces prêtes à un usage industriel, ou même des dispositifs médicaux haut de gamme tels que des prothèses auditives ou des appareils dentaires.
Leurs inconvénients sont le prix et le temps d’impression. Leur coût, généralement supérieur à 9000 €, est souvent rédhibitoire pour les particuliers et même pour certaines PME. À titre d’exemple, la Sintratec est de l’ordre de 4500 €. Les Norge Systems Ice1 et Ice9 coûtent respectivement 11 600 € et 30 430 €. Et la fourchette de prix des machines professionnelles haut de gamme va de 224 000 € (EOS Formiga P110) à 760 000 € (3D Systems sPro 230).
Mais il ne faut pas s’interdire les machines-outils à commande numérique : les fraiseuses et les tours CNC offrent aussi des avantages. Bien qu’il ne s’agisse pas d’imprimantes 3D proprement dites (elles sont plutôt les cousines « soustractives » des machines de fabrication additive), il se peut qu’elles soient mieux adaptées à la nature d’un projet particulier.
Elles fonctionnent comme un sculpteur, et taillent un bloc de matériau pour arriver à la forme voulue. Le processus de découpe ne permet pas de réaliser toutes les formes (il est par exemple impossible de réaliser une forme creuse), et le nettoyage peut s’avérer laborieux. Mais la gamme de matériaux utilisables, le bois, le métal, les matières plastiques ou acryliques, etc., offre d’incroyables possibilités et le produit fini est solide. Les prix vont de 540 € pour les modèles de base à plus de 135 000 € pour les machines industrielles. Quelques exemples : Othermill, un modèle compact (1970 €), PRSalpha 120-60 avec un axe vertical de 12 pouces (21 100 €) et la machine de découpe à jet d’eau Baileigh Industrial WJ-58CNC (110 853 €).
Les différentes méthodes, cas d’usage, avantages et inconvénients de la fabrication additive et soustractive sont un vaste sujet. Que pensez-vous d’un guide pratique imprimable des méthodes d’impression 3D ? Ou d’une série de posters sur les méthodes d’impression 3D qui démystifie totalement le choix des machines du marché et leurs capacités ? Continuez à explorer, et découvrez le modèle le mieux adapté à votre projet. Bonne impression !