Les imprimantes 3D grand format constituent l’un des secteurs en croissance la plus rapide sur le marché de l’impression 3D. On pense que le coût des imprimantes 3D grand format est trop élevé, ce qui était vrai il y a quelques années seulement, le premier prix se trouvant autour de 100 000 $. Mais cela a changé et actuellement, leurs prix sont bien plus accessibles.
Il existe trois procédés différents actuellement sur le marché, fonctionnant sur des appareils d’atelier et coûtant entre 5000 et 20 000 $ environ. Vu le coût de sous-traitance de pièces et de prototypes de grandes dimensions, investir dans une imprimante 3D grand format peut générer un retour sur investissement en quelques mois.
Il y a de plus en plus d’options proposées pour des imprimantes 3D grand format. Comment choisir celle qui convient ?
Ce guide d’achat explique comment choisir l’imprimante 3D grand format qui convient le mieux pour le prix et l’application souhaités.
Qu’est-ce qu’une imprimante 3D grand format ?
En fait, le grand format en impression 3D aujourd’hui correspond à un volume cubique d’impression dont les dimensions sont supérieures aux 15–20 cm d’arête de celui des imprimantes 3D de bureau.
La valeur idéale pour la plupart des imprimantes 3D grand format se situe autour de 30 cm pour l’une des dimensions et environ 15–30 cm pour les deux autres. Ces modèles de prix accessibles permettent de réaliser en taille réelle des prototypes, des modèles et des pièces pour la production, dans de nombreux domaines comme les produits de consommation, la santé ou la production industrielle par exemple.
Il existe d’autres imprimantes 3D grand format sur le marché, qui sont bien plus grandes et peuvent imprimer des pièces de 50–100 cm. Mais ce sont des modèles réservés à l’industrie du fait de leur prix exorbitant, de leur extrême complexité et des conditions exigeantes requises pour leur installation.
Différents types d’imprimantes 3D grand format
Les trois procédés employés dans les imprimantes 3D grand format actuellement sont le dépôt de fil fondu (FDM), la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS). Examinons chacun de ces procédés.
Dépôt de fil fondu (FDM)
Les pièces fabriquées en FDM (dépôt de filament fondu) ou encore FFF (fabrication par filament fondu), sont obtenues en extrudant un filament thermoplastique fondu, qu’une buse dépose couche par couche sur la zone de fabrication. Le procédé FDM est le procédé le plus utilisé au niveau des consommateurs, du fait de l’émergence d’imprimantes 3D pour amateurs.
Il existe des imprimantes FDM grand format milieu de gamme, dont le premier prix est de l’ordre de 4000 $ et qui peuvent imprimer des objets d’environ 30 x 25 x 30 cm. À partir de 6000 $, on trouve des imprimantes plus grandes qui peuvent fabriquer des pièces de 60 cm de hauteur.
Avantages du FDM
Le procédé FDM fonctionne avec toute une gamme de thermoplastiques standards, comme l’ABS, le PLA et leurs variantes. Ce procédé convient bien à la fabrication de modèles de démonstration de faisabilité, des prototypes rapides et peu coûteux de pièces simples, telles que celles qui doivent être normalement usinées.
Inconvénients du FDM
Des trois procédés, le FDM est celui qui présente la résolution et l’exactitude les plus faibles. Il ne convient donc pas à la fabrication de modèles compliqués ou des pièces avec des parties complexes. La qualité de la finition peut être améliorée par des procédés de polissage chimique ou mécanique longs et gourmands en main-d’œuvre. Des imprimantes 3D FDM grand format utilisent des supports solubles pour atténuer certains de ces problèmes. Elles travaillent avec une gamme plus large de thermoplastiques techniques, mais leur coût est nettement plus élevé. Pour les pièces de grande taille, le procédé FDM tend à être plus lent que la SLA ou le SLS.
Stéréolithographie (SLA)
Le procédé de stéréolithographie (SLA) emploie un laser pour transformer de la résine liquide en plastique durci par le processus dit de photopolymérisation. Ce procédé est le plus apprécié des professionnels en raison de sa haute résolution, de sa précision et de la polyvalence de des matériaux adaptés.
Ce procédé n’était habituellement utilisé que par des imprimantes de bureau petit format ou de très grands modèles industriels dont le prix dépasse les 200 000 $. Avec l’imprimante Form 3L de Formlabs, les entreprises ont maintenant accès à la qualité de la SLA pour seulement 11 000 $, avec un volume d’impression de 30 x 33,5 x 20 cm.
La Form 3L est capable d’imprimer des pièces de la taille d’un casque.
Avantages du SLA
De tous les procédés, c’est la stéréolithographie qui permet de fabriquer de pièces avec l’exactitude et la résolution les plus hautes, les détails les plus fins et la finition de surface la plus lisse. Mais son plus grand avantage reste sa polyvalence. Les résines SLA sont formulées pour présenter une vaste gamme de propriétés optiques, mécaniques et thermiques, qui correspondent aux thermoplastiques standards utilisés en ingénierie et dans l’industrie.
La SLA est un très bon choix de procédé pour imprimer des prototypes avec un haut niveau de détail, des tolérances serrées et une surface lisse, ainsi que des moules, des outils, des modèles et des pièces fonctionnelles. La SLA offre également le matériau avec la température de fléchissement sous charge la plus élevée, à savoir 238 °C, idéal pour certaines applications en ingénierie et en fabrication. Les imprimantes SLA offrent également la plus large sélection de matériaux biocompatibles pour les applications dentaires et médicales. En utilisant Draft Resin, la Form 3L est la plus rapide pour imprimer des pièces de grande taille. Elle peut travailler jusqu’à 10 fois plus vite que le FDM.
Inconvénients de la SLA
Du fait de la polyvalence de ses matériaux, la SLA revient un peu plus cher que les autres procédés. Les pièces en résine SLA requièrent plus de post-traitement après impression. Elles doivent être lavées et post-polymérisées.
Voici quelques exemples de pièces de grande taille imprimées en 3D sur la Form 3L.
Quelques exemples de pièces de grande taille imprimées en 3D sur la Form 3L.
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Frittage sélectif par laser (SLS)
Les imprimantes à frittage sélectif par laser (SLS) utilisent un laser de forte puissance pour fondre de petites particules de poudre de polymère. La poudre non fondue supporte la pièce pendant l’opération, ce qui évite d’avoir à lui ajouter des structures de support et rend ce procédé particulièrement efficace pour imprimer des pièces mécaniques complexes.
Le SLS est le procédé de fabrication additive le plus utilisé dans le secteur industriel, du fait des excellentes propriétés mécaniques des pièces produites.
Comme dans le cas de la SLA, les imprimantes SLS n’étaient disponibles que pour l’industrie, à des prix d’entrée de 200 000 $. De nombreuses entreprises peuvent maintenant utiliser le SLS de qualité industrielle, grâce à l’imprimante SLS Fuse 1 de Formlabs, au volume d’impression de 32 x 16,5 x 16,5 cm et vendue à 16 500 $.
Pièces imprimées sur l’imprimante 3D SLS Fuse 1.
Avantages du SLS
Du fait que le SLS ne requiert pas de structures de support, il est idéal pour des pièces à géométrie complexe, présentant des formes internes ou en creux, des contre-dépouilles ou des parois minces. Les pièces fabriquées par SLS présentent d’excellentes caractéristiques mécaniques, leur résistance s’apparentant à celle de pièces moulées par injection.
Le matériau le plus utilisé en SLS est le nylon, thermoplastique courant en ingénierie, dont les propriétés mécaniques sont excellentes. Le nylon est léger, solide et flexible. Il résiste également aux chocs, aux produits chimiques, à la chaleur, aux UV, à l’eau et à la saleté.
Le faible coût par pièce, la productivité élevée et des matériaux bien éprouvés ont fait du frittage sélectif par laser le procédé le plus apprécié par les ingénieurs pour réaliser des prototypes fonctionnels, et une alternative rentable au moulage par injection pour réaliser des lots de taille restreinte ou de complément.
Inconvénients du SLS
Le prix d’entrée de gamme du SLS est le plus haut des trois procédés. Bien que le nylon soit un excellent matériau polyvalent, le choix des matériaux pour le SLS est plus limité que pour le FDM ou la SLA. En sortant de l’imprimante, les pièces présentent une surface légèrement rugueuse qui nécessite un polissage par mélange abrasif pour la lisser.
Comparaison de l’impression grand format FDM, SLA et SLS
Les procédés d’impression 3D grand format ne sont pas équivalents. Chacun présente des avantages et des inconvénients qui régissent leur choix en fonction des applications.
| Dépôt de fil fondu (FDM) | Stéréolithographie (SLA) | Frittage sélectif par laser (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Résolution | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Précision | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Finition de surface | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Volume de production | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Modèles complexes | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Facilité d’utilisation | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Volume d’impression | 30 x 25 x 30 cm (12 x 9,8 x 11.8 in) and larger | 30 x 33.5 x 20 cm (13.2 × 7.9 × 11.8 in) | 32 x 16.5 x 16.5 x cm (12.6 × 6.3 × 6.3 in) |
| Gamme de prix | À partir de 4000 $ | À partir de 11 000 $ | À partir de 16 500 $ |
| Matériaux | Thermoplastiques standards, tels que l’ABS, le PLA et leurs variantes. | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard, techniques (similaires à l’ABS, au polypropylène ou au silicone, souples, résistantes à la chaleur, rigides), coulables, dentaires et médicales (biocompatibles). | Thermoplastiques techniques, généralement le nylon et ses composites. |
| Applications idéales | Modèles simples de démonstration de faisabilité, prototypage peu coûteux de pièces simples. | Prototypes avec un haut niveau de détail, des tolérances serrées et une surface lisse, ainsi que des moules, des outils, des modèles médicaux et des pièces fonctionnelles. | ormes complexes, prototypes fonctionnels, petites séries ou fabrication de complément. |
| Inconvénients | Résolution et exactitude les plus faibles. Ne convient pas à la fabrication de modèles compliqués ou de pièces avec des parties complexes. Le processus le plus lent pour l’impression 3D grand format. | Les pièces imprimées nécessitent un post-traitement. | Le choix de matériaux est limité. Les pièces nécessitent un ponçage avec mélange abrasif pour que la finition de surface soit lisse. |
Comment choisir un procédé d’impression 3D
Vous avez des difficultés à trouver la meilleure technique d’impression 3D pour répondre à vos besoins ? Dans ce guide vidéo, nous comparons les procédés FDM, SLA et SLS selon plusieurs critères d’achat courants.
Impression 3D grand format : Comparaison entre sous-traitance et production en interne
Une imprimante 3D SLS grand format représente un investissement initial important, mais elle peut se rentabiliser rapidement, même plus rapidement que des machines plus petites.
La sous-traitance de la production par des prestataires de services est recommandée lorsque l’entreprise ne requiert l’impression 3D qu’occasionnellement. Les sous-traitants disposent généralement de plusieurs technologies en interne, SLA, SLS, FDM et impression 3D en métal. Ils peuvent aussi vous conseiller et proposer d’autres services de conception ou de finition pointus.
Les principaux inconvénients de la sous-traitance sont les coûts et les délais de réalisation. L’avantage majeur de l’impression 3D est sa rapidité par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, mais cet avantage disparaît rapidement lorsqu’il faut attendre plusieurs jours ou même plusieurs semaines pour recevoir la pièce sous-traitée.
La prestation externe est souvent très coûteuse pour des impressions 3D de pièces de grande taille. En fonction du nombre de pièces et du volume d’impression, l’investissement dans une imprimante 3D grand format peut atteindre le seuil de rentabilité en à peine quelques mois.
Black Diamond, un fabricant de matériel de ski et d’escalade, a ajouté une imprimante Form 3L SLA à son parc pour pouvoir fabriquer en interne des prototypes de taille réelle.
« Nous avons réduit le coût des prototypes taille réelle de 425 $ à 70 $ par impression. La Form 3L peut ainsi être rentabilisée en trois mois seulement. » constate Matt Tetzl, technicien R&D.
| Sous-traitance | En interne | |
|---|---|---|
| Durée | 7 jours | 3 jours |
| Coût | ~$425 | ~ 70 $ |
En imprimant en 3D en interne des prototypes grandeur nature sur une Form 3L, Black Diamond a réduit ses coûts de prototypage de 80 à 90 %.
Calculez vos gains de temps et d’argent
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Exploitation de l’impression 3D grand format
La toute dernière génération d’imprimantes 3D grand format a accéléré la fabrication de grands prototypes et réduit de beaucoup leur coût. Elle met l’impression 3D à la portée de pratiquement toutes les entreprises, leur permettant d’améliorer le développement de produits et la production.
Avec la Form 3L et la Fuse 1, les premières imprimantes 3D SLA et SLS grand format accessibles, Formlabs s’efforce de révolutionner l’impression 3D professionnelle. Si vous vous sentez prêt à tirer parti de l’impression 3D dans votre activité, trouvez dès maintenant l’imprimante 3D Formlabs qui convient à vos besoins.
