L’immense potentiel de l’impression 3D

Il est plus que probable que le terme d’impression 3D vous évoque quelque chose. Cette technologie issue des progrès de la 3D se déploie à une vitesse folle, permettant de donner une vie matérielle aux modélisations numériques décuple le champ des possibles. À tel point que beaucoup la qualifient de 4ème révolution industrielle.

Impression 3D en résine d’un lettrage

L‘impression 3D, l’avenir de la production d’objets

Comment fonctionne l’impression 3D ?

Son nom plutôt explicite décrit fidèlement le processus : il s’agit d’imprimer un fichier directement en volume. Généralement sous format STL, ce fichier numérique créé à l’aide d’un logiciel de conception 3D sert de modèle à votre imprimante. Il lui permet de reproduire physiquement le dessin 3D qu’il contient.

La matière utilisée lors de l’impression 3D peut varier, même si les polymères thermoplastiques semblent en tête du classement des matériaux les plus utilisés, en raison de leur faible coût. Cependant, le bois, la pierre, certains métaux ou encore la céramique peuvent être utilisés pour donner corps à votre modèle 3D.

Chambre fermée pour impression 3D

Selon la taille de l’imprimante 3D et son type, il est possible d’imprimer des pièces plus ou moins volumineuses

Quels sont les trois principaux types d’imprimante 3D ?

•    Le dépôt de matière en fusion (« Fused Deposition Modeling » ou FDM) est une des techniques d’impression 3D les plus courantes sur le marché puisqu’elle intègre le fonctionnement de la majorité des imprimantes grand public. Elle consiste simplement à faire chauffer un filament dont la nature peut être très variée, allant du plastique aux matières alimentaires. Ainsi chauffé, ce dernier s’écoule et vient se durcir sur la matière déjà rigide, au fur et à mesure que le plateau de l’imprimante descend. Le FDM est aujourd’hui la technique d’impression 3D qui offre le plus de couleurs pour habiller vos créations, avec près de 98% des couleurs Photoshop disponibles.

•    Le frittage sélectif par laser (« Selective Laser Sintering » ou SLS) emprunte un principe de fabrication additive, c’est-à-dire qu’il produit l’objet en accumulant des couches de matériau. La méthode du frittage consiste à souder des grains de poudre sous l’effet de la chaleur, à l’instar de la cuisson des poteries artisanales. Ici, c’est un laser très puissant qui fritte de la poudre polymère afin d’obtenir un aspect rigide. Chauffées à la limite de la fusion, les particules coagulent, au fur et à mesure que le laser balaie les sections de matériau successivement ajoutées.

impression 3D d’aspect métallique grâce à la SLS

La méthode d’impression 3D dite SLS permet de fixer entre elles les particules de poudre

•    La stéréolithographie (SLA) est, comme la SLS, une méthode de fabrication additive. Elle consiste en l’ajout de fines quantités superposées de matière (on parle de couches de 0,1 à 0,15 mm seulement). Cette matière est issue de résines photosensibles qui passent de l’état liquide à l’état solide une fois exposées à la lumière ultraviolette. Une fois modélisée, la pièce imprimée est passée au four pour achever sa polymérisation (réaction chimique de solidification des molécules) et ainsi se durcir davantage.

Les objets imprimables en 3D

Que peut-on imprimer en 3D ? L’un des premier secteur qui tire avantage de cette technologie est celui de la santé. Que cela concerne des prothèses sur-mesure pour un patient amputé, un moule dentaire pour permettre au dentiste d’effectuer ses manipulations sur une zone précise, ou une prothèse auditive moulée directement sur l’oreille du patient, le domaine médical est sans aucun doute bouleversé par cette technologie. L’impression 3D permet de créer des équipements uniques, adaptés aux morphologies spécifiques, souvent à bas coût.

Impression 3D d’un plâtre en résine

L’impression 3D est une technologie prometteuse dans le domaine médical qui permet ici de produire un plâtre léger et respirant à base de résine

Un autre domaine fortement impacté par l’arrivée de cette technique est l’univers de la mécanique et de l’ingénierie. Grâce à l’impression 3D, il est possible de produire des pièces détachées de plus ou moins grande taille, que l’on trouve parfois difficilement sur le marché. Ainsi, si l’on prend le cas du marché automobile, vous pouvez reproduire poignée de porte, un aérateur et d’autres accessoires. Si vous optez pour une technologie d’impression 3D capable de travailler le métal, vous pouvez même imaginer imprimer des pièces exposées à des contraintes de température. La fluidité qui existe entre la conception du modèle et sa création a même permis à l’ingénieur Gaël Langevin d’être la première personne à imprimer un robot en 3D, dès 2011. Chacun peut d’ailleurs le reproduire avec une imprimante 3D standard, les fichiers de conception étant disponibles en open source.

Certains logiciels permettent même de scanner directement la pièce ou de faire de la photogrammétrie (prises de photos de l’objet sous plusieurs angles) pour la modéliser directement de façon numérique. Cela représente un gain de temps précieux ! Dans l’industrie de production, le fait d’avoir à portée des pièces facilement imprimables, dans des délais courts et à moindre coût permet de limiter les besoins de stockage en pièces détachées, tout en améliorant les délais de production.

Impression 3D de pièces détachées

L’impression 3D est une solution de choix pour produire des pièces détachées, qui peuvent parfois avoir un prix élevé chez un revendeur

Si l’on change d’échelle, on s’aperçoit que l’impression 3D peut donner corps à des objets bien plus volumineux puisqu’elle permet tout simplement d’imprimer des bâtiments. Conçues à base de béton le plus souvent, ces structures pour l’instant limitées en taille laissent entrevoir une nouvelle fois le potentiel de la technologie. La première d’entre elles fût construite en 2019 à Dubaï, ouvrant la voie à d’autres initiatives de recherche destinées à améliorer la composition des matériaux utilisés et éprouver l’efficacité du procédé.

L’arrivée de l’impression 3D dans nos vies pose une question industrielle plus vaste : quel est le gain pour le consommateur ? Comme nous l’avons vu, il est possible d’imprimer des pièces de rechange (pour votre voiture ou votre mobilier par exemple) accessibles, sans nécessairement passer par un revendeur. Pour les entreprises également, le lien avec leur chaine de production est modifié, puisqu’elles peuvent à présent réaliser des prototypes en petites séries peu coûteuses, plutôt que de lancer une première phase de production en usine.

Les performances de l’impression 3D

Quels sont les avantages et les inconvénients d’une imprimante 3D ? Le principal avantage de l’impression 3D est la possibilité de personnalisation quasi-illimitée qu’elle offre. Elle est l’alliée des prototypages et des maquettes, facilement reproductibles. Vous pouvez tester vos modèles 3D in situ grâce à la technologie de réalité virtuelle avant de les imprimer. Les modèles créés peuvent ensuite être imprimés à différentes échelles afin d’anticiper les défauts de production et ainsi réduire les risques de produire une série imparfaite. Si la version produite laisse à désirer, quelques modifications simples dans votre fichier numérique vous permettent de redéfinir votre modèle, sans avoir à attendre la création d’un moule.

Maquette de maison dans une imprimante 3D

L’impression 3D permet de produire les modèles et les maquettes que vous créez sur

votre logiciel de modélisation 3D

En règle générale, l’impression 3D d’objets est une technologie peu coûteuse (notamment au regard des autres processus de production de pièces industrielles). Selon le matériau et la technique utilisés, l’investissement initial peut être très limité. Par exemple, comptez autour de 15 000 € pour obtenir une imprimante FDM et ajoutez en moyenne 30 € par kilo de filament acheté.

Un autre avantage déterminant est sa rapidité. Comme indiqué précédemment, certaines technologies comme la photogrammétrie permettent de modéliser facilement votre objet dans votre logiciel (si vous partez d’un objet existant). Qui plus est, une fois modélisé, votre produit est reproductible. Le processus de production peut même être mis en pause pendant un temps, puis relancé quand vous le souhaitez. En effet, les fichiers numériques sont facilement stockés et n’impliquent pas la création de gabarits physiques, qui peuvent finir par occuper un espace conséquent.

Impression 3D d’un modèle d’éléphant

Grâce à l’impression 3D, pas besoin de créer un moule pour chaque modèle : un fichier numérique suffit

Selon la nature de l’objet que vous imprimez en volume, les techniques d’impression 3D ne sont pas toutes accessibles financièrement. Par exemple, si le FDM est pratique pour la modélisation, il n’est pas toujours adapté à la réalisation d’objets au design complexe ou de finitions abouties. Dans le cas où vous désirez imprimer un objet qui comporte des contraintes techniques particulières, vous feriez mieux de vous reporter vers la méthode d’impression SLS, même si cela implique un choix de matériaux limité et un investissement plus important en machines.

 Une imprimante 3D

Selon votre technique d’impression 3D, vous pourrez utiliser ou non certains matériaux

En ce qui concerne la résistance, il est recommandé d’étudier les propriétés physiques des matériaux souhaités avant de lancer votre impression 3D. Si vous optez pour l’un des nombreux thermoplastiques disponibles sur le marché, assurez-vous qu’il soit assez résistant, assez souple ou asses hermétique à la chaleur, en fonction de l’utilisation que vous lui destinez.

Les différentes natures de filament

Les filaments les plus répandus sont des thermoplastiques, notamment le PLA (acide polyactique) et le PETG (un copolymère mêlant PET et glycol). Le PLA offre une véritable facilité de manipulation, puisqu’il peut être imprimé à plus basse température (190 à 220°C) et n’exige pas la présence d’un plateau d’impression chauffé. Conçu à partir de matières naturelles comme la canne à sucre ou le maïs, il possède la qualité de se dégrader rapidement lorsqu’il est soumis à un processus de compostage industriel. En revanche, le PLA résiste mal à la chaleur et l’objet imprimé risquera les déformations dès 40°C.

Bien choisir son filament est important pour obtenir un objet aux propriétés physiques souhaitées

L’impression 3D permet de produire les modèles et les maquettes que vous créez sur

votre logiciel de modélisation 3D

Le PETG nécessite la présence d’un plateau chauffé afin d’éviter les risques de gauchissement ou « warping », c’est-à-dire la rétractation du thermoplastique sur le pourtour de votre objet. Il doit être imprimé à plus haute température (220 à 260°C) certes, mais il offre un rendu aux propriétés physiques plus complètes. Ainsi, le PETG confère à votre objet une meilleure résistance à l’usure, à l’eau, aux rayons UV et aux produits chimiques. Renforcé à la fibre de carbone, le PETG gagnera encore en résistance, tout en conservant sa flexibilité.

Pièces métalliques réalisées en impression 3D

L’impression 3D peut aussi s’effectuer à partir de matériaux métalliques

Comment choisir son filament ? Cela dépend de vos besoins. Bien que le plastique soit généralement le matériau le plus répandu en raison de bon rapport qualité-prix, il existe d’autres alternatives pour réaliser votre impression 3D. Vous pouvez par exemple opter pour la céramique, dont les finitions subtiles et lisses se marient à merveille avec l’usage de l’impression 3D. Certaines technologies permettent même l’impression d’objets 3D en bois issu de sciure fine, permettant le réemploi de déchets générés par l’industrie.

L’impression 3D, un passage obligé

Vous l’aurez compris, il est aujourd’hui difficile d’anticiper le monde de demain sans y insérer une bonne dose d’impression 3D. Par la souplesse qu’elle offre, la facilité de production qu’elle génère, la qualité de finition qu’elle propose et la diversité des matériaux qu’elle peut utiliser, cette technologie redéfinit le processus de production industriel classique. Elle annonce une plus grande autonomie du consommateur, des coûts réduits, une production quasi-instantanée et des facilités de stockage pour les industries.

Objets blancs et lisses réalisés en impression 3D

L’impression 3D est une solution d’avenir concernant un large éventail de secteurs

Utiliser un ensemble d’applications de modélisation 3D est la première étape vers l’impression 3D de vos objets. Grâce à Adobe Substance 3D, vous pouvez créer vos modèles 3D et essayer à loisir les différentes combinaisons de couleurs, de matériaux et de motifs. Testez différents éclairages et filtres pour affiner votre modèle et le préparer à l’impression, et ce sans mauvaise surprise.

 

En savoir plus sur la conception 3D et la réalité augmentée: