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Lexique de l'impression 3D
Cet article a pour but de vous apprendre la base du vocabulaire utilisé dans le monde de l'impression 3D. En effet, comme dans chaque domaine, des termes techniques sont utilisés pour désigner un produit, une matière, une fonction etc. souvent venu de l'anglais.
Nous allons donc vous expliquer ce que ces mots veulent dire.
Qu'est ce que la fabrication additive ?
La fabrication additive est une famille de techniques de fabrication qui ajoutent un matériau par superposition de couches afin de créer la forme d'un objet. L'impression 3D est un exemple de fabrication additive, car la technique de juxtaposer des couches de filament, de poudre ou de résine permet de créer un objet défini à l'aide d'un fichier de données 3D.
Vidéo explicative par AFP :
Qu'est que qu'un fichier de données 3D ?
C'est un modèle d'instructions destiné à l'imprimante 3D afin que cette dernière puisse déposer, couche après couche, la matière nécessaire à la fabrication de l'objet.
Le fichier STL (Standard Tesselation Language en anglais) est le format le plus utilisé dans la conception assistée par ordinateur (CAO). Ce format a été développé par la société 3D Systems, et reconnu par de nombreux logiciels de stéréolithographie. Il décrit la surface d'un objet à l'aide d'un système en trois dimensions (Axes X, Y, Z), mais ne décrit pas sa couleur ou sa texture. Le fichier GCODE est généré, à partir du fichier STL par exemple, pour donner les instructions de conception à l'imprimante 3D.
Qu'est ce qu'une imprimante 3D ?
Une imprimante 3D est tout simplement une imprimante classique (dite 2D) qui a comme différence principale, d'imprimer en trois dimensions.
En effet, le résultat obtenu est un objet conçu à partir de différents matériaux et différents procédés.
TOUT peut être imprimer grâce à une imprimante 3D. Seules la taille de l'imprimante et l'imagination de l'utilisation peuvent limiter la réalisation d'un objet.
L'impression peut aller de quelques microns à plusieurs mètres comme le prouve les projets d'impressions de maisons individuelles. (Constructions 3D)
Les imprimantes actuelles impriment depuis de la poudre (frittage laser ou SLS), de la résine (SLA / DLP), ou du filament plastique (FDM/FFF ou dépôt de matière fondue). Cette dernière technologie étant la plus utilisée et la plus abordable à ce jour.
Un article sur ces techniques est bien conçu sur Les Numériques : Impression 3D : les différents procédés
Qu'est que qu'un filament ?
Le filament est le consommable le plus utilisé dans l'impression 3D (FDM/FFF) comme la cartouche jet d'encre l'est pour l'impression papier. Habituellement, ce sont des fils de plastique vendus sous forme de bobines. Différents types de plastique peuvent être utilisés pour l'impression 3D comme le PLA, ABS, PVA, HIPS etc. (voir plus bas)
Il existe, principalement, deux diamètres normalisés de filaments: 1,75 mm et 3 mm. Une fois installé dans une imprimante 3D, ils sont chauffés par un extrudeur afin d'imprimer un objet.
Voici une vidéo de la société "Solid Concepts" expliquant le procédé :
Qu'est ce qu'un extrudeur ?
L'extrudeur ou tête d'impression, est la partie de l'imprimante qui va guider le filament depuis la bobine, le chauffer puis l'amener jusqu'à la buse afin de le déposer sur le plateau, par juxtaposition. Le tout, en étant mobile sur l'axe X.
Il peut y en avoir un voir plusieurs afin de créer des objets complexes ou de différentes couleurs. En effet, certains objets complexes nécessitent un « support d'impression » pour être imprimés, c'est à dire que de la matière doit être ajoutée afin de soutenir des parties imprimées dans le vide.
Voici un exemple d'un double extrudeur :
Qu'est ce qu'un plateau ?
Le plateau ou lit déplace sur l'axe Z tout au long de l'impression afin de permettre à l'extrudeur de déposer les différentes couches de filament.
Le plateau peut être chauffant ou non.
Si celui ci n'est pas chauffant, il sera nécessaire d'adapter la solution d'adhésion des premières couches au plateau afin d'éviter tout risque de décollement ou de warping (décollement des extrémités de l'objet durant l'impression)
Si celui ci est à l'inverse chauffant, il permettra plus facilement d'imprimer d'autres matières que le PLA. En effet, l'ABS, le Nylon, le HIPS etc.… nécessitent d'être imprimer à des températures supérieures à 210°C ce qui risquent de décoller la partie imprimée en contact direct du plateau si celui ci ne maintient pas la base au chaud durant toute l'impression.
L'ideal est un plateau pouvant chauffer à 80°C minimum voir 110°C. Mais sur certaines machines, le temps de montée en température du plateau peut être très longue, augmentant forcément le temps d'impression total.
Il existe différents types de plateau :
- plateau rugueux permettant une bonne accroche surtout pour le PLA car sa température d'impression est basse (190°C environ). Il est déconseillé d'utiliser des laques, rubans d'adhésion ou colles sur ce genre de plateau.
- plateau recouvert de Kapton, pratique car il supprime la phase de préparation à l'adhésion. Mais il est plutôt fragile.
- plateau en verre, le plus courant et le plus résistant à la chaleur, aux rayures et facilement nettoyable afin de supprimer les résidus des premières couches d'impressions et de l’excédant de colle, laque ou ruban d'adhésion.
Ne négligez donc pas le choix du type de plateau lors de votre choix d'une imprimante 3D. Pour nous, il doit être chauffant comme sur une Ultimaker 2, Zortax M200 ou Makerbot Replicator 2X..
Quelles matières peuvent être imprimées ?
Il existe à ce jour énormément de matières imprimables, et cela ne cesse d'évoluer. Selon le type d'objets que vous souhaitez obtenir, vous utiliserez tel ou tel matériau.
LES FILAMENTS
PLA ou Acide PolyLactique est fabriqué à partir de ressources naturelles renouvelables comme l'amidon de maïs et de produits à base de tapioca. Etant bio-dégradable, il n'est pas toxique pour l'environnement,à la différence des filaments d'origine pétrochimique (tels que l'ABS)
Ce matériau est l'un des filaments les plus utilisés dans l'impression 3D, avec l'ABS.
ABS ou Acrylonitrile Butadiène Styrène est le même matériau que les briques de Lego. Les produits finis fabriqués à partir de l'ABS sont très durables, résistent aux températures élevées, et ont tendance à être moins «fragile» que ceux imprimés en PLA. L'acétone peut être utilisé en post-traitement pour donner un aspect brillant à votre produit fini.
Recommandations : Adhère mieux à un plateau chauffé pour l'impression et se retire plus facilement sur un plateau froid.
HIPS ou High Impact Polystyrene est très semblable à l'ABS. La différence est que le filament HIPS est soluble au limonène. Cela signifie que vous pouvez l'utiliser comme un matériau de support qui peut ensuite être facilement dissous en plaçant votre impression dans le limonène, cela permet d'éviter les périodes de ponçage et rends le produit fini plus propre, plus esthétique.
En utilisant une imprimante à double extrusion, le filament HIPS vous permet d'imprimer toutes sortes de conceptions folles qui seraient autrement impossibles sans un matériau soluble.
Vous pouvez, bien sur, utiliser ce filament seul afin de créer des objets finis moins susceptibles de se déformer que l'ABS.
PVA ou Alcool PolyVinylique est un filament soluble dans l'eau ce qui signifie qu'il fait un excellent matériau de support. Il est le plus souvent utilisé sur les imprimantes 3D avec deux extrudeuses : une extrudeuse pour l'impression d'un matériau primaire (comme l'ABS ou PLA) et l'autre pour l'impression de ce matériau qui sera facilement dissous et aura fourni un soutien pour l'objet imprimé.
FLEXIBLE / FLEX : Filament TPE (ThermoPlastique Elastomère) ou TPU (Polyuréthanne Thermoplastique) est d'une très grande flexibilité, comme son nom l'indique, qui vous permettra de créer des impressions qui auront les propriétés d'un caoutchouc souple, très doux au toucher. Sa dureté Shore de 90A le rend encore plus élastique que le PLA.
Ce matériau peut être utilisé pour fabriquer des pièces qui peuvent se plier ou qui doivent fléchir en fonction de leur environnement. (Exemples : moules, pneus modélisme, ressorts, coques de téléphone et plus encore.)
BOIS / WOOD : Le filament bois est généralement composé de 30% de bois et 70% de PLA. C'est un matériau idéal pour imprimer des petits objets qui ressemblent et sentent le bois. Imprimer des pièces à une température basse pour obtenir des objets plus clairs. Et à l'inverse, en augmentant la température d'impression, le filament passera à une couleur bois sombre.
NYLON : Plastique de la famille des polyamides qui permet une très bonne adhésion entre les couches.
C'est le compagnon idéal des impression nécessitant flexibilité et robustesse. Recommandé dans la fabrication de pièces mécaniques, le nylon est par ailleurs, résistant à l'acétone.
Il doit être imprimé à haute température afin de réaliser des objets réussis. (240°C à 260°C)
PET ou polytéréphtalate d’éthylène est très utilisé dans le domaine alimentaire afin de réaliser des récipients (bouteilles d'eau par exemple), moules à gâteaux ou autres objets nécessitant une belle transparence (bien que des variantes de couleurs existent) et étanchéité.
METAL / PIERRE : Ce sont des filaments conçus à base de PLA et d'ajout de :
- bronze, cuivre, acier inoxydable, fer, carbone et laiton pour le métal ;
- grès pour la pierre ;
Le bronze et la pierre sont plutôt destinés à un usage décoratif à l'instar du cuivre et fer dont les propriétés sont d'être conducteurs d'électricité,
Vous l'aurez compris, peu de limites existent en impression 3D.
LA POUDRE
Elle est utilisée en combinaison avec la technologie d'impression de frittage sélectif par laser (ou ®SLS : selective laser sintering) dans l’aéronautique, l’industrie du design, l’automobile, ainsi que le domaine médical (les objets imprimés pouvant être bio-compatibles)
Elle peut être composée de fines particules de plastique, métal, céramique, nylon (polyamide) ou de poudre de verre. Contrairement aux autres méthodes de fabrication additive telles que la stéréolithographie (SLA) et le dépôt de fil fondu (FDM) ou dépôt de filament (FFF), le SLS ne nécessite pas de structure support : la poudre agit elle-même comme un support.
Voici une vidéo de la société "Solid Concepts" expliquant le procédé :
LA RESINE
Sous forme liquide, elle est utilisée en combinaison avec la technologie d'impression de photopolymérisation (SLA ou stereolithograph apparatus), et permet d'imprimer des objets d'une manière plus précise que le dépôt de filament (FFF/FDM) en un temps généralement plus court.
Elle permet de fabriquer des objets en résine acrylate, époxy ou ABS avec une grande précision et qualitatifs mais nécessite l’utilisation de « supports » lors de l’impression de formes complexes.
Un post-traitement au four est également nécessaire pour finaliser le processus de photo-polymérisation et accroître au maximum la résistance du matériau. Une dernière étape de nettoyage de la pièce, à l’aide d’un solvant permettra de bien finir le travail.
Voici une vidéo de la société "Solid Concepts" expliquant le procédé :
Que signifie les normes indiquées sur 3DFIL ?
ROHS est la norme indiquant que les filaments vendus sur le site sont certifiés conformes aux restrictions liées à l'usage de substances jugées dangereuses par l'Union Européenne dans la compostion des filaments. Ces substances sont : le plomb ; le mercure ; le cadmium ; le chrome hexavalent ; les polybromobiphényles (PBB) ; les polybromodiphényléthers (PBDE). Le but étant d'assurer la protection de votre santé et celle de notre planète.
CE est la norme ou plutôt le marquage réglementaire indiquant ques les filaments répondent à des vérifications de conception, de contrôles, ou des essais qui assurent la conformité du produit aux Exigences Essentielles de Sécurité et de Santé (EESS) définies dans la ou les directives concernées.