Qu’est-ce que l’impression 3D ?
L’impression 3D ou fabrication additive (AM) ou fabrication additive par couches (ALM) permet de produire des objets tridimensionnels à partir d’un fichier numérique. Elle est également connue sous le nom d’impression 3D et consiste à superposer successivement des matériaux, tels que des plastiques, des métaux, des céramiques ou des composites, pour créer un objet. Le processus commence par un fichier de conception assistée par ordinateur (CAO) contenant les instructions à suivre par l’imprimante. L’imprimante construit ensuite l’objet couche par couche jusqu’à ce qu’il soit complet.
Diverses industries utilisent la fabrication additive, notamment l’aérospatiale, l’automobile, la médecine et les produits de consommation. Elle a révolutionné la manière dont les produits sont conçus et fabriqués, en permettant des temps de production plus rapides et une utilisation plus efficace des matériaux. En outre, en utilisant des méthodes de industrie traditionnelles, l’AM peut créer des géométries complexes qui seraient autrement impossibles à produire.
Avantages
Création de géométries complexes
Grâce à cette technologie, les ingénieurs peuvent créer des pièces qui ne seraient pas possibles autrement. Un exemple serait l’ajout direct de composants complexes à la conception, tels que des canaux de refroidissement conformes. Grâce aux techniques modernes telles que l’impression 3D, de nombreux éléments qui nécessitaient auparavant un assemblage et un soudage peuvent désormais être fabriqués en une seule pièce, ce qui leur confère une plus grande solidité et une plus grande durabilité. Les technologies innovantes ont ouvert un éventail d’options de conception inexploitées, s’affranchissant des limites traditionnelles des conceptions basées sur les machines.
Gagner du temps
La fabrication additive permet de réaliser des prototypes rapides. De plus, les fichiers CAO 3D insérés dans la machine permettent de rentabiliser les coûts et d’effectuer des modifications en milieu de production sans trop de perturbations.
Gain de poids
En incorporant des formes et des motifs organiques dans les dessins, les concepteurs peuvent réduire le poids sans compromettre la résistance et la stabilité.
Fabrication additive et fabrication conventionnelle
La fabrication additive est une technologie relativement nouvelle par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles. Bien que les deux processus impliquent la création d’objets tridimensionnels, ils présentent plusieurs différences essentielles.
La fabrication conventionnelle consiste généralement à couper ou à façonner des matériaux pour leur donner la forme souhaitée. Ce processus prend souvent du temps et nécessite des outils et des machines spécialisés. En outre, il peut être difficile de produire des géométries complexes avec les méthodes conventionnelles.
En revanche, la fabrication additive est un processus beaucoup plus rapide et permet de créer facilement des géométries complexes. En outre, elle nécessite moins de matériaux que la industrie conventionnelle, ce qui la rend plus rentable. En outre, l’impression 3D permet une plus grande personnalisation des produits puisque chaque couche peut être adaptée aux besoins spécifiques du client.
Industries et applications
Aérospatiale
En utilisant l’impression 3D, il est possible de réduire les coûts et les temps de production et de diminuer la masse des composants à bord des véhicules aéronautiques.
Automobile
La fabrication additive automobile élimine le besoin d’outils, ce qui permet de réduire les coûts de développement et de industrie. Le processus reproductible permet de créer des composants qui peuvent être installés directement dans des véhicules de série.
Médical
L’industrie médicale utilise souvent l’impression 3D pour personnaliser des implants, des modèles et des guides. Les dentistes utilisent également cette technologie pour créer des attelles, du matériel orthodontique, des modèles et des guides de forage. En outre, les chercheurs ont expérimenté l’impression 3D pour développer des tissus et des organes artificiels.
Fabrication industrielle
La fabrication additive permet de produire à la demande n’importe quel produit, ce qui peut réduire les délais de conception et de lancement. Il augmente la productivité tout en maintenant une structure de coûts contrôlée et un délai d’exécution fixe.
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Différentes technologies d’impression 3D
Fusion par faisceau d’électrons (EBM) et fusion directe de métaux par laser (DMLM)
Avec les procédés DMLM et EBM, les matériaux sont entièrement fondus. Dans le premier cas, un laser fait fondre chaque couche de poudre, tandis que dans le second, des faisceaux d’électrons effectuent la même tâche. Ces méthodes conviennent à la construction d’objets denses et non perméables.
Jet de liant
La projection de liant est une technique de fabrication dans laquelle un liant liquide fixe de fines couches de poudre, qu’il s’agisse de métal, de sable, de céramique ou de matériaux composites, conformément à un fichier de conception numérique. Ce processus permet de créer des pièces et des outils sur mesure.
Frittage
Le frittage est un procédé utilisé dans la fabrication additive qui consiste à appliquer de la chaleur à un matériau, tel qu’une poudre de métal ou de plastique, pour créer un objet solide sans le liquéfier. Ce processus est similaire à la photocopie 2D, où la chaleur fait fondre le toner et forme une image sur le papier.
Frittage laser
Le procédé de frittage laser direct de métaux (DMLS) utilise un laser pour assembler des particules de métal et créer des objets très détaillés présentant des qualités de surface souhaitables et les propriétés mécaniques nécessaires. De même, le frittage sélectif par laser (SLS) utilise la chaleur d’un laser pour durcir les poudres thermoplastiques, créant ainsi des liens solides entre les particules.
Stéréolithographie
L’impression par stéréolithographie (SLA) utilise la photopolymérisation induite par laser pour créer des objets en céramique. La résine photopolymérisable est robuste et peut résister aux conditions les plus difficiles.
Différents matériaux AM
- Métaux – De l’or à l’argent en passant par l’acier inoxydable et le titane, la industrie additive utilise divers métaux et alliages métalliques.
- Céramique – La zircone, l’alumine et le phosphate tricalcique peuvent être utilisés dans la industrie additive. En outre, la cuisson de couches de verre en poudre et d’adhésif permet de créer des produits en verre uniques.
- Thermoplastiques – Les matériaux les plus populaires utilisés dans la industrie additive sont les thermoplastiques, tels que l’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), l’acide polylactique (PLA), le polycarbonate (PC) et l’alcool polyvinylique (PVA) (le PVA étant principalement utilisé comme support).
- Produits biochimiques – Les applications dans le domaine de la santé utilisent le silicium, le phosphate de calcium et le zinc pour renforcer les os, tandis que la recherche s’intéresse à l’utilisation des cellules souches pour créer des vaisseaux sanguins, des vessies et bien d’autres choses encore.
Divers procédés de fabrication additive
Fusion de lits de poudre
La technologie PBF, qui utilise des lasers, faisceaux d’électrons et des têtes d’impression thermiques, est utilisée dans divers procédés d’impression 3D tels que le frittage laser direct de métaux (DMLS). Le frittage laser direct de métaux (DMLS)Le frittage sélectif par laser (SLS), le frittage sélectif par la chaleur (SHS), la fusion par faisceau d’électrons (EBM) et la fusion directe des métaux par laser (DMLM). Il s’agit de fondre ou de faire fondre partiellement des couches extrêmement fines de matériau avant de retirer l’excédent de poudre entourant l’objet.
Projection de liant
La projection de liant est un procédé d’impression 3D qui utilise une imprimante industrielle pour appliquer un liquide liant sur de fines couches de métal, de sable, de céramique ou de particules composites. Il crée des pièces et des outils sur mesure selon une carte de conception numérique, couche par couche, jusqu’à ce que l’objet soit terminé.
Dépôt direct d’énergie
Le dépôt direct d’énergie (DED) est un processus qui ressemble à l’extrusion de matériaux, mais avec une gamme plus variée de substances telles que les plastiques, les céramiques et les métaux. Il s’agit d’utiliser un canon à électrons ou un laser monté sur un bras robotisé pour chauffer un fil, un filament ou une poudre.
Extrusion de matériaux
Technique de fabrication additive largement utilisée, les polymères enroulés sur une bobine passent à travers une buse chaude attachée à un bras mobile. Le mécanisme du bras est tel qu’il peut se déplacer horizontalement pendant que le lit monte et descend, ce qui permet d’accumuler du matériau fondu couche par couche. La régulation de la température ou les agents de liaison chimiques garantissent que chaque couche adhère correctement à la précédente.
Projection de matière
L’impression 3D par jet de matière implique une tête d’impression qui se déplace le long des axes x, y et z, comme une imprimante à jet d’encre. Refroidissement ou la lumière ultraviolette (UV) qui durcit ensuite les couches.
Laminage de feuilles
Il existe deux méthodes de laminage des feuilles : la fabrication d’objets laminés (LOM) et la fabrication additive par ultrasons (UAM). Le LOM repose sur des couches alternées de papier et d’adhésif, tandis que l’UAM fusionne de fines feuilles de métal avec des feuilles de papier. LOM fonctionne bien pour former des modèles qui sont idéaux pour les visuels ou l’esthétique. L’UAM est une méthode qui utilise peu d’énergie et des températures basses, et qui peut être utilisée sur différents métaux tels que le titane, l’acier inoxydable et l’aluminium.
Polymérisation de la TVA
La photopolymérisation TVA est un procédé qui permet de produire des objets en utilisant de la résine liquide et de la lumière UV qui sont ensuite dirigés à l’aide de miroirs.
Dangers liés à la fabrication additive
Les risques posés par l’impression 3D dépendent de la technologie et des matériaux utilisés. Voici quelques risques possibles :
- L’inhalation de matériaux en poudre, de solvants et de produits chimiques libérés lors de l’extrusion de thermoplastiques ou du polissage à la vapeur peut se produire
- Entrer en contact avec matières dangereuses par la peau est possible, principalement sous forme de poudre ou de liquide
- La manipulation de liquides et de poudres combustibles peut entraîner un risque d’incendie ou d’explosion.
- Activités telles que l’entretien des machines, le chargement des matériaux et la manipulation des produits qui peuvent être à l’origine de problèmes mécaniques ou ergonomiques mécanique ou ergonomique et des blessures
- Certaines technologies et leurs environnements qui peuvent présenter des risques différents
FAQ sur l'impression 3D
Par rapport à d’autres procédés de fabrication, l’impression 3D présente de nombreux avantages. Elle permet une production plus rapide et plus rentable de prototypes et de pièces d’utilisation finale, avec une mise en œuvre plus facile que celle d’un système d’information. Les procédés de fabrication traditionnels nécessitent beaucoup de ressources et sont coûteux.
La fabrication additive utilise l’impression 3D dans le cadre d’un système de production industrielle complet qui comprend d’autres activités, telles que le flux de travail d’impression. Elle se distingue de l’impression 3D, qui n’englobe qu’une petite partie du processus global.
La fabrication additive réduit les déchets en limitant les matériaux nécessaires, ce qui en fait une forme de production plus durable. En outre, l’utilisation de matériaux recyclés et biodégradables permet de réduire davantage l’impact sur l’environnement.
En outre, la fabrication additive est plus économe en énergie que les méthodes de fabrication traditionnelles, car elle permet de produire des pièces complexes en moins d’étapes.
La fabrication additive est susceptible de devenir la principale méthode de production de masse. Cette nouvelle technologie, en particulier dans le domaine des polymères, offre un processus entièrement automatisé et numérique capable de produire des matériaux de haute qualité de manière efficace et économique, ce qui lui permet de prendre le relais des approches traditionnelles pour la fabrication de grands volumes.
