Fabrication additive et terminologie associ\u00e9e<\/h2>\n\n\n\n
L’expression \u00abfabrication additive\u00bb (FA) d\u00e9signe un objet solide tridimensionnel de presque toutes formes pouvant \u00eatre cr\u00e9\u00e9 \u00e0 partir d’un mod\u00e8le num\u00e9rique. Elle implique l’application de minces couches de plastique liquide \u00e0 base de poudre ou de m\u00e9tal, puis l’assemblage de ces couches afin de cr\u00e9er un objet. <\/p>\n\n\n\n
\u00abPrototypage par impression 3D\u00bb est un autre terme li\u00e9 \u00e0 la fabrication additive. Nous l’avons mentionn\u00e9 dans l’introduction, il est \u00e9galement appel\u00e9 \u00abprototypage rapide\u00bb, et d\u00e9signe le processus de cr\u00e9ation de diff\u00e9rentes pi\u00e8ces \u00e0 partir de plusieurs couches de mat\u00e9riaux. Le prototypage par impression 3D est un moyen simple, rapide et abordable de cr\u00e9er des produits.<\/p>\n\n\n\n
En 2015, la norme ISO\/ASTM 52900<\/a> a \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e afin de d\u00e9finir la terminologie utilis\u00e9e dans la technologie de fabrication additive (FA), qui utilise le principe de mise en forme additive et permet la construction de g\u00e9om\u00e9tries r\u00e9elles en trois dimensions (3D) par l’ajout progressif de mat\u00e9riau. Vous trouverez plus d’informations sur les principes de base et le vocabulaire ici<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Si vous n’\u00eates pas familiaris\u00e9 avec la technologie d’impression 3D, il est important de savoir quels sont les processus et les mat\u00e9riaux disponibles. Il existe diff\u00e9rentes m\u00e9thodes d’impression 3D utilis\u00e9es pour construire des structures et objets en 3D, et certaines sont plus populaires que d’autres.<\/p>\n\n\n\n La SLA est l’un des plus anciens processus d’impression 3D, invent\u00e9 par Chuck Hull en 1986. Il s’agit de la m\u00e9thode id\u00e9ale pour les ing\u00e9nieurs en m\u00e9canique qui souhaitent v\u00e9rifier si une pi\u00e8ce peut s’int\u00e9grer \u00e0 leur conception. La st\u00e9r\u00e9olithographie, cependant, n’est pas seulement utile pour les ing\u00e9nieurs. Si vous souhaitez imprimer un prototype en plastique pour un projet, il s’agit \u00e9galement d’une excellente technique. <\/p>\n\n\n\n Comment une imprimante SLA fonctionne-t-elle? Les imprimantes SLA ne fonctionnent pas comme les imprimantes de bureau normales. Elles fonctionnent en produisant un exc\u00e8s de plastique liquide qui prend la forme d’un objet solide apr\u00e8s le durcissement et la mise en forme. Un \u00e9tage de l’imprimante descend dans le r\u00e9servoir puiser une tr\u00e8s petite quantit\u00e9 pendant que le plastique durcit, et le laser produit une autre couche jusqu’\u00e0 ce que l’impression soit termin\u00e9e. Chacune de ces couches est produite par l’imprimante \u00e0 l’aide d’un laser puissant guid\u00e9 par des miroirs filtrants X et Y, \u00e9galement appel\u00e9s galvanom\u00e8tres ou galvo.<\/p>\n\n\n\n La mod\u00e9lisation par d\u00e9p\u00f4t de fil fondu (FDM) est actuellement la technologie d’impression 3D la plus populaire. Avec cette technologie, vous pouvez imprimer des prototypes op\u00e9rationnels mais aussi des produits grand public, tels que des engrenages en plastique, des cano\u00ebs d’eau vive, des briques lego, etc.<\/p>\n\n\n\n L’imprimante FDM fait fondre des filaments thermoplastiques en ABS (acrylonitrile butadi\u00e8ne styr\u00e8ne) ou en PLA (acide polylactique), par exemple, et les applique couche par couche sur une plate-forme de construction \u00e0 l’aide de buses chauff\u00e9es. Les couches sont appliqu\u00e9es une \u00e0 une jusqu’\u00e0 ce que la portion soit termin\u00e9e. Outre le thermoplastique, l’imprimante peut extruder d’autres mat\u00e9riaux de support. Ce proc\u00e9d\u00e9 est d’une certaine mani\u00e8re semblable \u00e0 la st\u00e9r\u00e9olithographie. <\/p>\n\n\n\n Le SLS est une technologie 3D qui consiste \u00e0 sint\u00e9riser des particules de poudre de polym\u00e8re sur un mod\u00e8le 3D pour produire une structure solide \u00e0 l’aide d’un laser \u00e0 haute puissance. Dans la mesure o\u00f9 cette technique offre un faible co\u00fbt par pi\u00e8ce et une grande libert\u00e9 de conception (le SLS ne n\u00e9cessite pas de structures de support, car la poudre non fritt\u00e9e enveloppe les composants pendant l’impression), elle est couramment utilis\u00e9e par les fabricants et les ing\u00e9nieurs. <\/p>\n\n\n\n Les imprimantes 3D SLS permettent de cr\u00e9er des g\u00e9om\u00e9tries complexes difficiles ou excessivement co\u00fbteuses \u00e0 fabriquer \u00e0 l’aide de proc\u00e9dures traditionnelles, telles que des pi\u00e8ces mobiles, des pi\u00e8ces \u00e0 verrouillage, des pi\u00e8ces \u00e0 canal interne, etc. Le SLS convient \u00e0 diverses applications, notamment la fabrication sur mesure, en pont ou en petites s\u00e9ries, ainsi que le prototypage rapide par SLS.<\/p>\n\n\n\n Larry Hornbeck, de Texas instruments, a con\u00e7u la technique DLP en 1987. Il s’agit \u00e9galement d’un processus d’impression 3D similaire \u00e0 la st\u00e9r\u00e9olithographie, mais qui offre des d\u00e9lais d’impression plus rapides que la SLA. Cependant, le DLP et la SLA fonctionnent tous les deux avec des photopolym\u00e8res. La technologie de traitement num\u00e9rique de la lumi\u00e8re, qui utilise un micro-miroir num\u00e9rique plac\u00e9 sur la puce \u00e0 semi-conducteurs, est courante dans l’impression 3D, les t\u00e9l\u00e9phones mobiles et les projecteurs de film. L’impression DLP peut \u00eatre utilis\u00e9e pour imprimer des objets en r\u00e9sine incroyablement d\u00e9taill\u00e9s, notamment des jouets, des moules pour la joaillerie, des dispositifs dentaires, des \u00e9l\u00e9ments de d\u00e9coration, des figurines, des amplificateurs et beaucoup d’autres objets avec des d\u00e9tails pr\u00e9cis.<\/p>\n\n\n\n La fusion laser s\u00e9lective (SLM) est une technique 3D plus r\u00e9cente d\u00e9velopp\u00e9e par le scientifique allemand Wilhelm Meiners en 1995. Il s’agit d’une technologie de fabrication additive m\u00e9tallique qui utilise un laser \u00e0 haute densit\u00e9 de puissance pour faire fondre les poudres fusibles m\u00e9talliques afin de produire des pi\u00e8ces de forme presque nette.<\/p>\n\n\n\n L’EBM est une m\u00e9thode de fabrication additive utilis\u00e9e pour cr\u00e9er des objets m\u00e9talliques. Elle est souvent cat\u00e9goris\u00e9e comme une technique de production rapide en raison du processus d’impression plus rapide. La production de pi\u00e8ces n\u00e9cessite l’utilisation d’une imprimante EBM sous un vide pouss\u00e9 pour faire fondre la poudre m\u00e9tallique couche par couche. Le m\u00e9tal en poudre est fondu par une moyenne d’\u00e9lectrons \u00e0 haute \u00e9nergie. La fusion par faisceau d’\u00e9lectrons est similaire \u00e0 la fusion laser s\u00e9lective car elles permettent toutes les deux d’imprimer \u00e0 partir de poudre, mais l’EBM utilise un faisceau d’\u00e9lectrons au lieu d’un laser.<\/p>\n\n\n\n Les imprimantes 3D EBM sont dot\u00e9es d’un conteneur de poudre, d’un distributeur de poudre, d’un dispositif de r\u00e9cup\u00e9ration de la poudre, d’une source d’\u00e9nergie \u00e9mettant des faisceaux d’\u00e9lectrons et d’une plate-forme de construction chauff\u00e9e. Il est essentiel de rappeler que la proc\u00e9dure d’impression doit se d\u00e9rouler sous vide. En effet, dans le cas contraire, le faisceau d’\u00e9lectrons s’arr\u00eaterait lorsque les \u00e9lectrons entreraient en collision avec des mol\u00e9cules de gaz.<\/p>\n\n\n\n La m\u00e9thode LOM est un moyen \u00e9conomique d’imprimer en 3D des objets de diff\u00e9rents types et en diff\u00e9rents mat\u00e9riaux, notamment en papier, en polym\u00e8re et en m\u00e9tal, mais chacun n\u00e9cessite une m\u00e9thode diff\u00e9rente pour associer les couches de mat\u00e9riau. Ce type de fabrication additive a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par Helisys Inc. (d\u00e9sormais Cubic Technologies). Il s’agit d’une m\u00e9thode moins populaire que celles mentionn\u00e9es pr\u00e9c\u00e9demment, mais qui devrait gagner en popularit\u00e9 car elle est efficace, abordable et rapide. Comment fonctionne-t-elle? Avec la technologie LOM, le mat\u00e9riau appliqu\u00e9 en couches est enroul\u00e9 sur la plate-forme de construction (la base de l’imprimante 3D). En g\u00e9n\u00e9ral, la substance poss\u00e8de un rev\u00eatement adh\u00e9sif qui fond lorsque le rouleau d’alimentation est chauff\u00e9. La couche suivante adh\u00e8re ensuite \u00e0 la couche pr\u00e9c\u00e9dente.<\/p>\n\n\n\n Le nombre d’entreprises utilisant l’impression 3D a augment\u00e9 de mani\u00e8re significative. De nombreux secteurs utilisent la fabrication additive, et les entreprises d\u00e9veloppent de nouveaux mod\u00e8les d’exploitation et de nouvelles opportunit\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n Selon Grand View Research<\/a>, entre 2022 et 2030, le march\u00e9 de l’impression 3D devrait augmenter selon un taux de croissance annuel compos\u00e9 (TCAC) de 20.8%, alors qu’il repr\u00e9sentait 13.84 milliards de dollars en 2021. En 2021, les ventes d’imprimantes 3D se sont \u00e9lev\u00e9es \u00e0 2.2 millions d’unit\u00e9s dans le monde. D’ici 2030, on estime que 21.5 millions d’unit\u00e9s devraient \u00eatre vendues.<\/p>\n\n\n\n Les entreprises de l’a\u00e9rospatiale et de la d\u00e9fense (A&D) ont \u00e9t\u00e9 parmi les premi\u00e8res \u00e0 adopter la fabrication additive. De nombreuses marques importantes tirent parti de l’impression 3D, notamment GE, Airbus, Boeing et Safran, car le principal avantage de cette technologie dans l’industrie a\u00e9rospatiale est la r\u00e9duction du poids, qui a un impact positif majeur sur la charge utile, le rendement \u00e9nerg\u00e9tique et les \u00e9missions de dioxyde de carbone. <\/p>\n\n\n\n Les concepteurs peuvent produire des mat\u00e9riaux robustes et des composants consolid\u00e9s, ce qui est particuli\u00e8rement important dans l’industrie a\u00e9rospatiale. L’impression 3D permet de concevoir des pi\u00e8ces utiles pour les avions, telles que des panneaux de paroi, des conduits d’air et des composants m\u00e9talliques structurels.<\/p>\n\n\n\n Les drones offrent des avantages du point de vue militaire, et chaque composant de l’assemblage du drone, \u00e0 l’exception des pi\u00e8ces \u00e9lectroniques, peut faire l’objet d’une fabrication additive. La technologie de cr\u00e9ation de mod\u00e8les en 3D permet de produire facilement des accessoires tels que des \u00e9tuis, des couvertures, des supports et des boosters qui permettent de ranger correctement les drones. De plus, l’impression 3D en m\u00e9tal est utilis\u00e9e pour r\u00e9parer l’\u00e9quipement a\u00e9rospatial et militaire. <\/p>\n\n\n\n L’industrie automobile a besoin de composants l\u00e9gers et d’une grande r\u00e9sistance aux environnements difficiles pour am\u00e9liorer le confort de conduite et faire en sorte que les v\u00e9hicules puissent r\u00e9sister \u00e0 diff\u00e9rentes conditions environnementales. Par exemple, Porsche a con\u00e7u une technologie innovante d’impression 3D pour les si\u00e8ges baquets<\/a>, permettant aux clients de choisir entre trois niveaux de fermet\u00e9 pour la couche de confort pendant la conduite. Outre leur ergonomie, les si\u00e8ges offrent un poids plus faible, une conception unique, un confort am\u00e9lior\u00e9 et un contr\u00f4le passif de la temp\u00e9rature, car le \u00absi\u00e8ge \u00e0 baquet int\u00e9gral ergonomique imprim\u00e9 en 3D\u00bb est bas\u00e9 sur sa conception l\u00e9g\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n La fabrication additive offre un large \u00e9ventail de m\u00e9thodes et de mat\u00e9riaux robustes et r\u00e9sistant aux temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es, ainsi que la capacit\u00e9 \u00e0 produire des formes extr\u00eamement complexes. Les entreprises l’utilisent, entre autres, pour tester plusieurs options de conception et pour produire des pi\u00e8ces personnalis\u00e9es. Cependant, elle a ouvert un nouveau secteur pour la restauration des voitures classiques et la reproduction des pi\u00e8ces de rechange. <\/p>\n\n\n\n L’impression 3D est tr\u00e8s couramment utilis\u00e9e dans les applications m\u00e9dicales et dentaires, notamment pour la bio-impression de tissus et d’organes, de mod\u00e8les anatomiques pour la pr\u00e9paration chirurgicale et, en chirurgie dentaire, de mod\u00e8les d’arcades, de couronnes et de bridges. Il est possible que l’impression 3D devienne la principale technologie pour la production de produits dentaires. Les fabricants de produits m\u00e9dicaux utilisent une grande vari\u00e9t\u00e9 de mat\u00e9riaux d’impression 3D rigides, flexibles, opaques et transparents pour cr\u00e9er des mod\u00e8les plus personnalisables que jamais. Plus important encore, les implants et les appareils dentaires peuvent \u00eatre r\u00e9alis\u00e9s en utilisant l’impression 3D selon les besoins sp\u00e9cifiques du patient.<\/p>\n\n\n\n Cependant, si les organes humains ne peuvent pas \u00eatre imprim\u00e9s en 3D, des tissus vivants artificiels qui ressemblent \u00e0 des tissus r\u00e9els peuvent \u00eatre fabriqu\u00e9s \u00e0 l’aide de la technologie d’impression 3D. Selon Nature Biotechnology<\/a>, des avanc\u00e9es, telles que la bio-impression 3D, ont permis de cr\u00e9er des tissus vivants complexes, fonctionnant en 3D, en utilisant l’impression 3D avec des mat\u00e9riaux biocompatibles, des cellules et des composants auxiliaires. Cela signifie que les structures telles que les os, la peau ou les organes peuvent \u00eatre fabriqu\u00e9es par biopsie 3D.<\/p>\n\n\n\n Le secteur des produits de grande consommation a identifi\u00e9 depuis longtemps les avantages de l’impression 3D pour la conception et le d\u00e9veloppement des produits. La grande vari\u00e9t\u00e9 d’applications pour l’impression 3D r\u00e9pond aux besoins des consommateurs. Certaines de ces applications sont destin\u00e9es aux articles de sport, de loisirs ou lifestyle, comme les chaussures et les lunettes. D’autres sont de petits articles tels que des bijoux, des jouets pour les enfants, et des pi\u00e8ces destin\u00e9es \u00e0 r\u00e9parer \u00e0 peu pr\u00e8s tout ce qui casse. Elles sont \u00e9galement utilis\u00e9es pour construire des maisons et des voitures de mani\u00e8re \u00e9conomique et durable, car la conception de maisons sur un ordinateur \u00e0 l’aide d’une imprimante 3D permettra de conna\u00eetre la quantit\u00e9 exacte de mat\u00e9riaux n\u00e9cessaires pour construire une maison. <\/p>\n\n\n\n Il est difficile de d\u00e9crire toutes les applications de l’impression 3D. Nous en avons mis en avant quelques-unes, mais il convient de mentionner son utilisation dans les technologies de pointe, telles que le LiDAR, le SIG ou encore l’IA. <\/p>\n\n\n\n Par exemple, l’impression 3D et les syst\u00e8mes d’information g\u00e9ographique (SIG) peuvent am\u00e9liorer les capacit\u00e9s visuelles \u00e0 des fins p\u00e9dagogiques. C’est un outil ou un syst\u00e8me qui affiche et analyse les donn\u00e9es relatives aux positions \u00e0 la surface de la Terre. Il s’agit d’une base d’applications de navigation sur carte (cartographie 3D) qui aide les utilisateurs \u00e0 d\u00e9terminer leur emplacement. Cet outil peut \u00eatre particuli\u00e8rement utile pour les \u00e9tudiants car il les implique dans les SIG fondamentaux et les notions g\u00e9ographiques, notamment la cartographie, la projection et la topologie. La technologie de cartographie 3D permet d’utiliser des algorithmes d’apprentissage automatique afin de profiler des \u00e9l\u00e9ments et d’en produire un mod\u00e8le tridimensionnel pouvant \u00eatre mapp\u00e9 sur l’environnement r\u00e9el.<\/p>\n\n\n\n Depuis quelque temps, la num\u00e9risation en 3D est \u00e9galement disponible sur smartphone. Le LIDAR, une technologie de t\u00e9l\u00e9d\u00e9tection utilis\u00e9e pour examiner la surface de la Terre, permet aux appareils mobiles d’ex\u00e9cuter des applications de r\u00e9alit\u00e9 augment\u00e9e (AR) avec une pr\u00e9cision consid\u00e9rablement plus \u00e9lev\u00e9e. Gr\u00e2ce \u00e0 l’introduction du Lidar dans les smartphones, un client utilisant une application d’am\u00e9nagement int\u00e9rieur en r\u00e9alit\u00e9 augment\u00e9e peut visualiser et \u00abpositionner\u00bb les meubles dans le champ de la cam\u00e9ra afin de savoir \u00e0 quoi les meubles vont ressembler dans sa maison (voir une image ci-dessous). <\/p>\n\n\n\n L’impression 3D permet de tester et de visualiser une conception avant sa mise en \u0153uvre r\u00e9elle, dans le cas o\u00f9 vous envisagez de concr\u00e9tiser la fabrication de votre produit avant de passer \u00e0 l’\u00e9tape de production \u00e0 grande \u00e9chelle. Le principal avantage est donc la possibilit\u00e9 pour les utilisateurs de concevoir la plupart des produits sur ordinateur avant de les \u00abfabriquer\u00bb \u00e0 la maison. Cependant, la liste des avantages ne s’arr\u00eate pas l\u00e0.<\/p>\n\n\n\n Les plus grands avantages de la fabrication additive:<\/p>\n\n\n\n De plus en plus d’entreprises adoptent le processus de l’impression 3D car il s’agit d’une alternative s\u00e9rieuse pour les m\u00e9thodes de fabrication traditionnelles. Certains observateurs se demandent m\u00eame si la fabrication additive finira par remplacer les techniques traditionnelles<\/a>. Une chose est s\u00fbre: elle commence \u00e0 \u00eatre utilis\u00e9e dans presque tous les secteurs. Alors que la tendance est aux solutions intelligentes et \u00e0 la fabrication num\u00e9rique, la popularit\u00e9 de la technologie d’impression 3D ne fera que cro\u00eetre.<\/p>\n\n\n\n Assembled 3D Printers<\/strong><\/p>\n\n\n\n Unassembled 3D Printer Kits<\/strong><\/p>\n\n\n\n7 types de technologie d’impression 3D<\/h2>\n\n\n\n
St\u00e9r\u00e9olithographie<\/h3>\n\n\n\n
Mod\u00e9lisation par d\u00e9p\u00f4t de fil en fusion (FDM)<\/h3>\n\n\n\n
Frittage s\u00e9lectif par laser (SLS)<\/h3>\n\n\n\n
Traitement num\u00e9rique de la lumi\u00e8re (DLP)<\/h3>\n\n\n\n
Fusion s\u00e9lective par laser (SLM)<\/h3>\n\n\n\n
Fusion par faisceau d’\u00e9lectrons (EBM)<\/h3>\n\n\n\n
Fabrication d’objets stratifi\u00e9s (LOM)<\/h3>\n\n\n\n
Les applications industrielles de la fabrication additive<\/h2>\n\n\n\n
A\u00e9rospatiale et d\u00e9fense<\/h3>\n\n\n\n
Automobile<\/h3>\n\n\n\n
Sant\u00e9 et m\u00e9decine<\/h3>\n\n\n\n
Produits de grande consommation<\/h3>\n\n\n\n
Autres applications<\/h3>\n\n\n\n
Avantages de l’impression 3D<\/h2>\n\n\n\n
La technologie innovante de l’impression 3D <\/h2>\n\n\n\n
Produits recommand\u00e9s<\/h3>\n\n\n\n
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