Les différentes technologies d’impression 3D qui vont révolutionner notre quotidien

Au cours de ces dernières années, un essor colossal des technologies d’impression 3D a vu le jour. En effet, il existe plusieurs méthodes visant à produire des pièces mécaniques . On distingue les méthodes soustractives (usinage, etc.), réplicative (injection, emboutissage, etc.) et additives. Cette dernière regroupe l’ensemble des procédés d’impression 3D également désignés sous le terme stéréolithographie. Cela consiste en la reproduction en de multiples exemplaires d’un objet 3D, de façon strictement identique, à partir d’un modèle réalisé par ordinateur.

En construction mécanique, on distingue généralement quatre familles générales classifiant les procédés de stéréolithographie :

  • La photopolymérisation
  • L’extrusion de fil
  • La poudre projetée
  • La fusion de lits de poudre

Si nous nous intéressons ici particulièrement aux procédés de production mécanique, il existe par ailleurs d’autres applications mettant en jeu l’impression 3D, procédés que nous survolerons brièvement.

La photopolymérisation

Cette première méthode est la première à avoir été mise en œuvre dans les années 1980. Celle-ci est généralement désignée par le terme SLA (stéréolithographie apparatus), et consiste en la solidification par polymérisation d’une résine photosensible. La résine est insérée progressivement dans une cuve, et polymérisée couche par couche au moyen d’un faisceau laser (dirigé au moyen de miroirs galvanométriques) ou d’un flash de lumière jusqu’à obtenir la pièce désirée.

Les objets obtenus au moyen de cette méthode sont relativement fragiles, et servent généralement à faire des moules pour la réalisation de ces pièces par des procédés réplicatifs.

Néanmoins, des recherches récentes permettent à l’heure actuelle d’utiliser ce procédé pour produire des pièces en céramique. En réalité, des particules de céramique sont emprisonnées dans la résine polymérisée. Il est donc nécessaire par la suite de procéder à un traitement thermique de la pièce (frittage) en vue d’obtenir l’objet final possédant les propriétés mécaniques souhaitées de la céramique.

Une alternative à ce procédé consiste non plus à utiliser une cuve remplie de résine, mais à projeter localement de la résine (selon le même principe que les imprimantes à jet d’encre), et à la polymériser par la suite (procédé PolyJet).

Extrusion de fil

Dans ce cas, un fil de diamètre variable (généralement 3mm, ou 1.75mm) est approvisionné dans une buse chauffante. Ce fil une fois chauffé à une température suffisante (de l’ordre de 200°C), passe à l’état pâteux. Une fois sous cet état, une réduction de diamètre par extrusion est effectuée (jusqu’à environ 0.3mm) avant que ce fil ne soit déposé sur un plateau couche par couche.

Différents types de matériaux sont couramment utilisés avec cette méthode, à base de pétrole (ABS, nylon, etc.) ou écologiques (PLA à base d’amidon de maïs). De même, selon l’utilisation il est possible d’obtenir des plastiques très rigides (ABS, PLA), ou légèrement élastiques (nylon), voire très souples (PLA flexible). Des matériaux plus originaux sont également courants, comme des matériaux à base de bronze, de bois, des matériaux autolubrifiants (pour pièces de frottement comme des roulements), et bien d’autres.

C’est cette technique qui permet aujourd’hui un développement exponentiel de l’impression 3D à grande échelle, notamment grâce au projet RepRap. Ce dernier réside dans la diffusion libre des plans et de la méthodologie de fabrication d’une imprimante 3D personnelle à moindre coût, et autoréplicante (les pièces d’imprimantes 3D peuvent être imprimées sur une autre imprimante).

Poudre projetée

Le principe général de fonctionnement de ce procédé est similaire à ceux présentés précédemment, l’objectif étant de fabriquer un objet couche après couche, dans ce cas en métal. La technologie de projection de poudre DMD (Direct Metal Deposition) consiste en la projection d’une poudre métallique à la composition, et aux dimensions maitrisées, suivie d’un frittage immédiat au moyen d’un faisceau laser.

Cette technique est aussi bien utilisée pour la fabrication intégrale de pièces, que pour la réparation locale de pièces mécaniques présentant des défauts locaux de matière par exemple.

Fusion de lits de poudre

Cette méthode comme la méthode présentée précédemment, permet d’obtenir des pièces en résine, ou métalliques (Titanes, Inconels, aciers, etc.) voire céramique possédant des formes complexes impossibles à réaliser par des procédés d’usinage conventionnels. De plus, elle permet l’obtention d’une résolution très fine avec des états de surface de qualité.

La mise en œuvre de cette technologie consiste en l’étalement successif de fines pellicules de poudre sur un plateau spécifique, couches consolidées sélectivement au moyen d’un faisceau laser dirigé par des miroirs galvanométriques.

Ce procédé possède de nombreux avantages, notamment une capacité d’auto-supportance de la pièce en cours de fabrication (la poudre précédemment consolidée ou non sert de support aux couches supérieures), ainsi que la possibilité de produire des pièces mécaniques métalliques résistantes.

Divers

Si l’impression 3D possède des avantages évidents dans la production mécanique, les avantages qui lui sont inhérents peuvent trouver des applications dans bien d’autres domaines. Ainsi, des projets récents visent à utiliser l’impression 3D pour la fabrication de chocolats, ou de pâtes sur mesure et insolites, ces procédés étant principalement destinés aux professionnels de la restauration.

Le génie civil s’intéresse également à cette technologie pour la fabrication de maisons, les premières maisons imprimées 3D ont ainsi récemment vu le jour en Chine. Dans le même esprit, l’agence spatiale européenne projette de mettre en application des robots capables de fabriquer des bases autonomes sur la lune à partir des matériaux présents sur le satellite.

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