Qu'est ce que L'IMPRESSION 3D ?

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Retour sur l’histoire de l’impression 3D

Contrairement aux idées reçues, l’impression 3D n’est pas une nouveauté. En effet, les premiers brevets pour un procédé d’impression 3D datent de 1970 tandis que le premier véritable brevet de fabrication additive qui a conduit à la création d’un produit remonte dans les années 1988.

Pour l’histoire, la première tentative de mise en œuvre de la technologie 3D SLA a été faite par une équipe d’ingénieurs français composée d’Olivier de Witte, Alain Le Méhauté ainsi que de Jean-Claude André. Néanmoins, à cause d’un manque de perspective business, le projet tombe en désuétude. Au même moment, Charles Hull, le fondateur de 3D Systems Corporation travaille sur la Stéréolithographie et dépose un premier brevet. En 1988, la SLA-1, le premier produit commercial issu de l’impression 3D fut lancé.

Plus tard, dans les débuts des années 90, les principales technologies comme la technologie FDM ont été développées. En parallèle, les toutes premières imprimantes 3D et outils de CAO ont été mis en places. À partir des années 2000, la fabrication additive évolue de manière exponentielle. De nouvelles applications apparaissent presque tous les ans dans tous les secteurs : médical, automobile, aéronautique.

L’impression 3D à Strasbourg en quelques mots

L’impression 3D est une technique de fabrication couche par couche, depuis un fichier 3D. Elle consiste à transformer littéralement la version digitale d’un objet en sa version physique. Ainsi, elle permet aussi bien de créer des objets usuels que des prototypes ou des pièces détachées.

Par ailleurs, il est important de savoir qu’il n’existe pas une, mais, plusieurs manières d’imprimer en 3D. En effet, à contrario de ce que beaucoup peuvent penser, il existe aujourd’hui plusieurs techniques pour créer des pièces de façon additive. En effet, l’impression 3D à Strasbourg fonctionne selon plusieurs procédés qui peuvent varier en fonction du type d’imprimante 3D utilisée. Dans les faits, ces différents procédés fonctionnent sur un même principe : la superposition de couches de matières suivant les coordonnées XYZ (longueur, largeur et hauteur) d’un fichier 3D (le plus souvent au format STL ou OBJ) de l’objet à imprimer. Ce qui les différencie c’est la manière dont les couches vont être déposées et traitées ainsi que le type de matériau qui sera utilisé. Dans les détails, il existe trois grands groupes de procédés :

Le dépôt de matière

Communément connu sous l’appellation FDM (Fused Deposition Modeling) modelage par dépôt de filament en fusion en français ou encore FFF (Fused Filament Fabrication) voire l’appellation MPD pour Molten Polymer Deposition, l’impression à dépôt de matière consiste à créer des pièces de manière additive en déposant couche par couche du filament de matière thermoplastique fondu en moyenne à 200 °C. En se superposant, ce dernier permet de créer la forme de l’objet.

Inventée en 1988 par la société Stratasys, cette technique d’impression 3D est aujourd’hui très plébiscitée par l’industrie agroalimentaire et la médecine pour imprimer. De fait, l’impression 3D FDM présente un certain nombre d’avantages :

En adaptant la tête d’extrusion, elle permet de recréer fidèlement les cellules et les aliments
Les pièces créées sont très fiables et peuvent résister à une pression répétée
Une vitesse de production relativement rapide
Une technologie compatible avec une pléthore de matériaux, du plastique au métal
Un bon rapport qualité/prix
Une capacité à imprimer de grandes pièces jusqu’à une dimension de 914 x 610 x 914 mm avec une épaisseur d’environ 0,05 mm
La solidification par la lumière

Aussi appelée photopolymérisation, la solidification par lumière comme son nom l’indique repose sur la solidification d’un liquide photopolymère à partir d’un rayonnement UV (ultraviolet). Ce procédé est utilisé pour différents types d’impression.

SLA

Initialement mise en œuvre pour le compte du groupe Alcatel par 3 noms bien français : Alain le Méhauté, Olivier de Witte et Jean Claude, avant d’être breveté en 1984 par le fondateur de 3D Systems, l’américain Charles Hull, la SLA (stereolithograph apparatus) est considéré comme le procédé à l’origine de l’impression 3D.

Ce procédé d’impression est aujourd’hui très prisé, car il offre une myriade d’avantages. Entre autres, la SLA permet de créer des pièces haute résolution, avec une précision de 0,05 mm, ainsi que des surfaces bien lisses et régulières. Elle donne également la possibilité de produire de grosses pièces pouvant aller jusqu’à plusieurs mètres.

Le procédé Polyjet

Technologie brevetée par la société israélo-américaine Objet Geometries Ltd — rachetée en 2012 par Stratasys —, le procédé Polyjet consiste à modéliser un objet en 3D en déposant en goutte à goutte la matière photosensible sur un support de gel qui va être exposé à un rayon ultraviolet afin qu’elle puisse durcir instantanément. Cette technologie offre elle aussi une foultitude d’avantages :

Une extrême précision de l’ordre de 0,005 mm permettant de créer des objets avec un haut niveau de détail

La possibilité d’imbriquer les pièces d’assemblage comme des engrenages

La possibilité de combiner différents matériaux, du plus souple au plus rigide permettant d’imprimer des objets plus complexes et variés

SLS

Le frittage sélectif par laser ou Selective Laser Sintering (SLS) en anglais est une technologie initialement mise en place en 1980 par un étudiant américain de l’université du Texas puis développée en 2003 par la société allemande EOS. Il s’agit d’un processus d’impression par laser qui consiste à faire fusionner entre eux un faisceau laser ultrapuissant et des particules de poudre polyamide (poudre de verre ou céramique) en passant par des points préalablement définis par le fichier STL que communique la plateforme de commande à l’imprimante 3D.

Le procédé SLS présente l’avantage d’être particulièrement abordable pour l’impression 3D industrielle puisque les pièces peuvent être imprimées en gros sans la nécessité d’une structure de maintien. En outre, il permet de produire des objets robustes avec un niveau de précision et un niveau de détail assez élevé de l’ordre 0.1mm. En mélangeant deux sortes de poudres, il est également possible de produire des pièces plus abouties et à géométrie complexe. Le SLS permet même de produire des pièces parfaitement adaptées pour une utilisation directe ou pour du prototypage rapide. À noter que les objets imprimés par SLS peuvent être colorés ou polissées.

DMLS

Abrégé de Direct Metal Laser Sintering littéralement traduit en français par frittage laser de métal, le DMLS, comme son nom l’évoque, consiste à fusionner une poudre de fines particules métalliques en aluminium, en acier inoxydable, en cobalt-chrome, en titane ou en alliage comme l’Inconel afin de fabriquer des objets en métal. Dans ce procédé de frittage laser développé par EOS, les pièces produites possèdent une excellente finition ainsi qu’une très grande précision. Par ailleurs, il faut savoir que le procédé DMLS offre également la possibilité de créer des objets fonctionnels à partir de différents alliages. En outre, les éléments d’un même objet peuvent être construits avec une très grande rapidité.

SLM

La SLM ou Fusion Sélective par Laser consiste à fondre complètement la poudre de métal pour fabriquer l’objet. Ce procédé nécessite donc d’atteindre des températures assez élevées. Mis à part cela, la technique d’impression reste relativement le même que la DMLS. De fait, le laser va fritter la poudre pour modéliser un objet solide, couche par couche. De plus, tout comme pour l’impression DMLS, la Fusion Séléctive par Laser offre une excellente finition et une haute précision. Elle permet également de créer des objets à partir de différents alliages.

L’agglomération de poudre par collage

L’agglomération de poudre par collage ou 3DP est une technique d’impression développée en 1993 à l’Institut of Technology (MIT) dans le Massachusetts par Z Corporation. Il s’agit d’un procédé qui consiste à étaler une fine couche de poudre de composite sur une plateforme. Ensuite, la tête d’impression va déposer sur cette dernière de fines gouttes de glues colorées qui une fois combinées entre elles permet d’avoir un large panel de couleur.

Cette technique d’impression 3D à Strasbourg est également très plébiscitée grâce à la rapidité du traitement et surtout la diversité de couleurs qu’elle propose. En outre, l’impression 3DP offre un excellent rapport qualité/prix. De plus, la finition et la précision restent bien au rendez-vous même si elles sont inférieures à l’impression SLA.

Les différents type de plastiques rigides

Plastiques rigides	DESCRIPTION
ABS SL7820	À la fois rigide et solide, l’ABS SL7820 est très utilisé pour les composants de voiture, les habillages, mais aussi les emballages grand public et les jouets. Elle offre la possibilité à l’utilisateur de créer des structures robustes, avec un très haut niveau de détail et précision ainsi qu’un excellent rendu de surface. Avec une température de fléchissement sous charge de 51 °C, ce matériau de couleur noire garantit également une résistance à la traction de 45 MPa.
ASA ou Thermoplastique amorphe	L’ASA ou le thermoplastique amorphe est un matériau que l’on utilise le prototypage pour sa résistance accrue aux conditions climatiques et aux rayons UV ainsi que ses excellentes propriétés mécaniques. De plus, ce matériau offre une très bonne résistance à la chaleur et aux attaques chimiques. En outre, il propose une large gamme de couleurs. Notons que la température de transition vitreuse est de 100 ° C.
DPR 10	Avec une température de fléchissement sous charge de 61 °C et une rigidité accrue, le DPR10 est particulièrement adapté à l’impression de moules et de maquettes. D’autant plus qu’il permet de réaliser des pièces d’une grande exactitude.
EPX 82 ou Époxy	L’Époxy est une parfaite combinaison en termes de rigidité, de dureté et de résistance thermique. Sa grande résistance à la traction (jusqu’à 82 MPa), sa stabilité en température et sa résistance aux UV en font d’ailleurs un matériau de choix pour réaliser des ouvrages très précis.
FPU 50 ou Flexible Polyuréthane	Le Flexible Polyuréthane est une résine robuste et semi-rigide particulièrement utilisée pour la fabrication d’ouvrage qui nécessite de supporter un travail répétitif. Il a une température de fléchissement sous charge de 78 °C et une résistance à la traction de 29 MPa.
Nylon PA11	Le Nylon PA11 est très utilisé en impression 3D à Strasbourg pour la fabrication de boîtiers et de contenants dans l’industrie grand public. Il offre une très grande résistance aux impacts, sa dureté de Shore de 80 ainsi que sa température de fléchissement sous charge de 180 ° C. Ce matériau est non seulement très résistant aux hydrocarbures, mais il est 100 % biocompatible. Notons d’ailleurs que son taux de réutilisation peut aller jusqu’à 70 %.
Nylon PA12	Tout comme le Nylon PA11, le Nylon PA 12 est également très populaire dans le domaine de l’imprimerie 3D. On l’utilise généralement dans la fabrication de films stériles pour les emballages dans le secteur pharmaceutique et agroalimentaire. De fait, ce matériau est très peu poreux et possède une température de fusion de 178 °C. Au-delà de ces avantages, le Nylon PA12 est très plébiscité pour sa dureté, sa haute résistance à la traction et aux impacts. Ce matériau peut également être plié sans aucun risque de rupture.
Nylon PA12 Glass-Filled	À la différence du Nylon PA12, le Nylon PA12 Glass-Filled offre une très haute résistance à la compression. Ainsi, les pièces créées sont à la fois solides et uniformes. Par ailleurs, avec sa température de fléchissement sous charge plus élevée et sa rigidité, il s’agit d’un matériau de choix pour la fabrication de pièces pour les industries automobiles et aérospatiales ainsi que pour le grand public.
PC-ABS Polycarbonate	Le PC-ABS Polycarbonate est le parfait mélange de résine de nylon 12 et de fibres de carbone. Il s’agit d’un matériau doté d’une excellente propriété structurelle. En effet, avec un taux de carbone de 35 % par rapport à son poids total, le PC-ABS Polycarbonate offre une liberté de conception. D’ailleurs, ce matériau peut avoir de nombreuses applications dans l’automobile et l’industrie récréative.
PC-ISO Polycarbonate	Une résistance à la traction de 57 MPa, une température de fléchissement sous charge de 133 °C, une excellente résistance à la chaleur, une grande solidité, biocompatible… le PC-ISO Polycarbonate est le parfait matériau pour la fabrication des emballages de nourriture et de médicaments.
PC-Polycarbonate	Très utilisé pour la fabrication de casques de sécurité, de lentilles pour les phares de voiture et de verres pare-balles, le PC-Polycarbonate possède les mêmes propriétés que le polyméthacrylate de méthyle ou PMMA. Ainsi, ce matériau amorphe offre une très grande solide, une excellente stabilité ainsi qu’une haute résistance aux impacts élevée. Sans oublier ses excellentes propriétés électriques, son champ d’utilisation en température plus étendu que la moyenne et sa température de fléchissement sous charge de 140 ° C.
PLA	Le PLA est un matériau écologique et biodégradable. De fait, il est issu de ressources renouvelables : l’amidon et la canne à sucre. En plus d’offrir d’excellentes propriétés mécaniques, ce matériau très prisé dans l’industrie médicale et agroalimentaire ainsi qu’un large panel applications structurelles possède une température de transition vitreuse de 55 °C et un point de fusion à 180 °C.
PETG	Avec sa grande résistance aux attaques chimiques, sa robustesse à toute épreuve, ses températures de façonnage relativement basses, le PETG est le matériau de prédilection pour la fabrication de contenants.
PEEK	Capable de résister aux attaques chimiques mêmes les plus agressives et doté d’une bonne stabilité dimensionnelle, le PEEK est généralement utilisé dans l’aérospatiale, l’industrie gazière et pétrolière ainsi que dans la fabrication de semi-conducteurs. D’autant plus que ce maintenir peut garder sa rigidité, même à haute température et peut s’utiliser dans des applications prévues pour fonctionner en continu jusqu’à 170 ° C.
RPU 70 ou Rigid Polyurethane	Le RPU 70 est très réputé pour sa rigidité, sa grande résistance aux températures modérées, ainsi que sa température de fléchissement sous charge de 60 °C. Aujourd’hui utilisé pour la fabrication de boîtiers, de housses, d’agrafes ou d’équerres, ce matériau offre un excellent rendu de surface.
ULTEM 1010	À la différence des autres thermoplastiques que l’on utilise en impression 3D FDM, l’ULTEM 1010 offre la plus haute résistance à la chaleur, aux attaques chimiques et à la traction. Ce matériau disponible en qualité opaque, transparente ou armée de verre peut en outre être utilisé pour la réalisation de pièces métalliques ou plastiques ainsi que les instruments médicaux et les moules thermorésistants.
ULTEM 9085	Utilisé dans la fabrication de prototypes ainsi que les dispositifs de fixation, moules composites et tout ce qui est gabarit, l’ULTEM9085 possède des propriétés similaires aux Nylons 9800. En effet, il offre une haute résistance à la chaleur, un rapport résistance sur taille très élevé et constitue un retardateur de flamme.
UMA 90 ou Uréthane Méthacrylate	L’uréthane méthacrylate est sans aucun doute le matériau de choix pour la réalisation de prototypes. De fait, ce matériau offre un grain de surface lisse ainsi que d’excellentes propriétés mécaniques. Il possède en plus une bonne rigidité et une haute à la traction de 46 MPa. Sa température de fléchissement sous charge est de 51 °C.
Xtreme Grey Polypropylene	Avec sa grande dureté, sa haute résistance aux cassures, à la traction de 38 à 44 MPa, ainsi que sa température de fléchissement sous charge de 62 °C, l’Xtreme Grey Polypropylene est le matériau idéal pour tout ce qui est éléments d’emboîtage élastique que l’on utilise pour les produits électroniques et les enceintes fermées pour les produits grand public.
Xtreme White 200 Polypropylene	Aujourd’hui très utilisé pour du prototypage et la fabrication d’emboîtages élastiques, l’Xtreme White 200 Polypropylène est un matériau très solide doté d’un allongement à la rupture élevé ainsi que d’une excellente résistance aux impacts. Il possède également une dureté accrue et une température de transition vitreuse de 52 °C.

Également très populaires dans le domaine de l’impression 3D, les plastiques flexibles offre à l’utilisateur la possibilité de créer des objets des objets déformables tout en restant solide et très résistante. Les plastiques flexibles utilisées en impression 3D se déclinent en deux versions :

PLASTIQUES FLEXIBLES	DESCRIPTION
Flex Whitish TPU/TPE-like	Le flex Whitish TPU/TPE-like ou TPU/TPE et assimilés flexibles blanc cassé en français est un matériau avec des propriétés très similaires au caoutchouc. Il offre non seulement une haute résistance aux frottements et aux attaques chimiques, mais il peut être plié tout en étant capable de revenir à sa forme initiale sans aucune déformation. De plus, ce matériau est extrêmement solide.
Estane TPU M95	Très résistant à l’usure et aux déchirures ainsi qu’à la corrosion, l’Estane TPU M95 est un matériau de choix pour de nombreuses applications liées aux huiles et composés chimiques industriels. De plus, il est très facile et très rapide à imprimer. Très flexible, ce matériau peut également être étiré jusqu’à une augmentation de taille de 580 %.
Plastiques caoutchouteux
	Elastomeric Polyurethane ou EPU 40 et le silicone sont deux matériaux plastiques caoutchouteux les plus utilisés en impression 3D à Strasbourg. L’EPU 40 s’apparente à une sorte de résine que l’on utilise généralement pour les pièces mécaniques et les décorations. Ce matériau offre une grande élasticité en cas de compression ou d’élongation. Il peut d’ailleurs être étiré jusqu’à une augmentation de taille de 310 %. Sa résistance à la traction est de 10 MPa. Le silicone quant à lui est un matériau biocompatible que l’on utilise le plus souvent pour la fabrication d’écouteurs ou encore de bracelets. Il est en plus très résistant aux déchirures et très agréable à porter. Il a une dureté de Shore de 35 et sa température de transition vitreuse est de 10 °C.
Métaux
	Les métaux sont aussi des matériaux très utilisés dans l’impression 3D à Strasbourg. Parmi les métaux les plus utilisés, on peut retrouver : l’aluminium AlSiMG, l’acier à outils, l’acier inoxydable et l’Inconel 718