Démystifier les spécifications d'une imprimante 3D

Cet article a été écrit par Jon Bryant, responsable de l'équipe de développement de la clientèle à Formlabs, qui partage ici des réflexions sur son expérience auprès de centaines de professionnels de l'industrie sur les meilleures méthodes d'évaluation de solutions d'impression 3D.

Lorsque le secteur de l'impression 3D a explosé en 2014, une foule d'entreprises se sont précipitées, prétendant proposer la solution révolutionnaire dans ce domaine. Chaque semaine, je voyais émerger une nouvelle entreprise d'impression 3D professionnelle, et toutes vantaient un produit offrant une « nouvelle » fonction ou une caractéristique « unique ».

Évidemment, toute cette nouveauté a attiré l'attention des clients et des hommes d'affaires. À chaque lancement de produit, de plus en plus de gens s'intéressaient aux applications de l'impression 3D, particulièrement dans les secteurs de l'ingénierie et du prototypage de conception. Malheureusement, cet intérêt croissant a généré l'usage d'un jargon marketing dénué de sens dans la description des spécifications techniques des imprimantes 3D professionnelles.

Voici par exemple un tableau de spécifications techniques classiques :

Que remarquez-vous ? Pour ma part, je ne vois que des lettres majuscules, des chiffres et des parenthèses. Si je n'en savais pas plus à ce sujet, à la lecture de ces informations je penserais avoir besoin de cette imprimante. En effet, elle présente les meilleures spécifications et les chiffres sont impressionnants (même s'ils ne sont pas vraiment explicites).

Quel est le problème ? Ces spécifications ne signifient pas grand chose.

Si je devais acheter une imprimante professionnelle, ces spécifications ne m'aiderait pas à comprendre ce qui est réellement important : comment va se présenter la pièce imprimée ? Cette méthode n'aide pas vraiment les clients à choisir l'imprimante dont ils ont besoin et, à terme, cela n'aide pas la croissance du secteur de l'impression 3D professionnelle.

Dans cet article, je ne prétends pas donner une description extrêmement technique de chacune des spécifications de chacune de ces imprimantes 3D. Je cherche au contraire à expliquer ce que signifient réellement certaines spécifications d'imprimantes 3D souvent utilisées, et ce que les entreprises devraient réellement rechercher.

Commençons par examiner certaines des spécifications du tableau ci-dessus :

La résolution XY est la spécification d'imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) la plus souvent abordée. Bien souvent, c'est celle qui a le moins d'utilité.

Normalement, la résolution XY sert à décrire le niveau de détail ou les caractéristiques d'une pièce. Dans le tableau de spécifications de l'imprimante SLA (DLP) ci-dessus, la valeur de résolution XY (25-80 microns) est exceptionnelle, mais que décrivent réellement ces nombres ?

Le plus probable est qu'ils décrivent la résolution du projecteur utilisé (c'est pourquoi c'est un intervalle). Ce nombre ne représente pas la réalité. En fait, une foule de variables peut affecter les résultats de l'imprimante. Si on considère uniquement la résolution XY, nous sommes amenés à croire qu'il existe un rapport 1:1 entre la taille d'un pixel sur le projecteur et sur la résine polymérisée de la pièce.

Voici pourquoi cette idée est fausse : Elle ne prend pas en compte le matériau lui-même, le procédé d'impression, le logiciel utilisé et beaucoup d'autres variables, les imprimantes 3D professionnelles ayant plus de 100 paramètres qui ont un effet sur la qualité de la pièce. Cette caractéristique ne nous donne donc aucune idée de ce qu'il est possible de produire avec cet appareil.

L'épaisseur de couche sert normalement à décrire la finition de surface d'une pièce. Si la qualité est souvent meilleure à faible épaisseur de couche, le problème est que la même épaisseur de couche ne donne pas toujours la même rugosité de la surface.

Pour illustrer le fait que la relation entre épaisseur de couche et finition de surface n'est pas toujours ce à quoi on pouvait s'attendre, j'ai imprimé quelques pièces sur la Form 2. L'illustration ci-dessous montre deux anneaux, l'un imprimé en Castable Resin et l'autre en Black Resin. Castable Resin présente une finition de surface légèrement plus lisse et le micro pavé est un peu plus net.

Voici le piège : l'anneau imprimé en Castable Resin a été imprimé à 50 microns, alors que celui en Black Resin a été imprimé à 25 microns.

La raison pour laquelle celui en Castable Resin paraît mieux imprimé est que cette résine a été conçue pour que ses résultats soient optimaux à 50 microns. L'équipe Formlabs a également paramétré l'impression et le matériau sur la Form 2 de façon à ce que les résultats soient optimaux pour le moulage.

Certaines entreprises donnent la résolution verticale au lieu de l'épaisseur de couche, ce qui présente la même utilité que la résolution XY, puisqu'elle décrit la distance à laquelle le moteur de l'axe Z peut mécaniquement se déplacer/avancer d'un pas.

Formlabs a récemment introduit OpenFL, qui donne l'accès aux chercheurs à une API pour mieux contrôler la Form 1+. Avec OpenFL, le plus petit pas sur l'axe Z pour la Form 1+ est de 2,5 µm, ce que vous ne verrez pas annoncé sur le site Internet Formlabs. La raison en est que ce n'est pas le type de couche imprimable mais le pas maximum du moteur.

Dernière remarque : ce n'est pas parce que le fabricant annonce une épaisseur de couche de « X » que l'imprimante donnera une meilleure finition de surface.

La vitesse maximum est une mesure difficile à quantifier, en particulier lorsqu'on compare différentes imprimantes. Là aussi, ce n'est pas une information suffisante pour savoir réellement quels seront les résultats des imprimantes pour la production de pièces. Le temps d'impression est non seulement affecté par les variables standards, mais aussi par des facteurs comme la géométrie et l'orientation de la pièce.

Par exemple, une pièce haute prendra plus de temps qu'une pièce orientée au plus proche de la plateforme de fabrication, parce qu'il y aura plus de couches à imprimer. La façon dont un objet est orienté et soutenu par ses supports va changer la durée de l'impression de la pièce.

Une référence courante est la vitesse de production d'un cube d'arête d'un pouce. Le problème avec cet exemple est qu'il est très spécifique. À moins que vous soyez fabricant de dés, des cubes d'un pouce d'arête ne vous disent pas grand-chose sur la durée d'impression de votre pièce.

Ne me lancez pas sur ce sujet ! Les décisions seraient plus faciles à prendre dans la vie s'il s'agissait seulement de quantifier des spécifications et dire qu'elles sont « bonnes » ou « mauvaises ». Nous avons parlé précédemment de la finition de surface en relation avec l'épaisseur de couche, mais il faut bien avoir en tête qu'il n'existe pas de véritable spécification technique pour cette caractéristique. La finition de surface peut varier en fonction de la géométrie (surfaces courbes ou droites) et de l'orientation. La publication de résultats obtenus à partir d'une pièce définie par des normes industrielles et d'un profilomètre serait la seule manière de comparer la finition de surface obtenue avec plusieurs imprimantes 3D. Et ce n'est pas près d'arriver.

La précision n'apparait pas dans le tableau présenté précédemment, mais il existe quelque chose que certaines entreprises ont publié récemment. L'erreur que font beaucoup d'acheteurs d'imprimantes est de supposer que la résolution XY et l'épaisseur de couche détermineront la précision de la pièce finale.

La vérité est que la précision globale est difficile à déterminer, surtout parce qu'elle va dépendre de la longueur, de la géométrie et de l'orientation. Voici un exemple de déclaration de la précision pour un gros appareil industriel :

Il semble à première vue que la précision de toutes les pièces sera dans un intervalle de 25 à 50 microns, mais la note de bas de page fait allusion à tous les aspects de la production d'une pièce.

Je ne voudrais pas vous convaincre que tout le monde cherche à vous tromper.

La vérité est que l'ensemble du secteur de l'impression 3D manque de spécifications techniques normalisées qui décrivent adéquatement ce qu'on peut attendre d'une imprimante 3D. Même lorsque la technique d'impression est bien établie, les spécifications techniques n'expliquent pas tout. J'ai déjà vue des essais de vitesse montrant qu'un ordinateur Windows était plus lent qu'un Mac alors qu'il avait de meilleures spécifications techniques.

Le résultat dépend en effet du matériel, du système d'exploitation, de l'application et de bien d'autres facteurs.

Ceci dit, il ne faut pas perdre espoir. Quatre conseils peuvent vous aider réellement à évaluer différentes imprimantes 3D :

Parler avec le fabricant. Vous investissez pour que l'appareil vous aide à faire des itérations de conception plus rapidement et à fabriquer de meilleurs produits. La meilleure manière de mieux comprendre la technologie d'un fabricant et comment ses imprimantes fonctionnent est de parler avec son équipe.

Demander un échantillon gratuit. Nous avons montré que les spécifications techniques d'une imprimante 3D ne sont pas suffisantes pour bien évaluer ce qu'un appareil peut ou non produire. Pour savoir si une imprimante 3D donnée va satisfaire vos besoins, demander au fabricant de vous envoyer une pièce échantillon, comme cet échantillon gratuit envoyé par Formlabs. Après avoir reçu la pièce, demandez plus d'informations au fabricant. Par exemple :

• Quel a été le temps d'impression ?
• Combien de matériau a-t-il fallu ?
• Quelle est l'épaisseur de couche ?

Si vous le faites quelques fois avec quelques fabricants, vous constaterez que la finition de surface varie avec les imprimantes, même avec la même épaisseur de couche.

Demandez des pièces échantillon sur mesure. Tous les fabricants ne le font pas, mais cela ne coûte rien de demander. Voir l'objet que vous avez conçu imprimé vous aidera à comprendre ce que vous pouvez obtenir avant de faire fonctionner l'appareil vous-même. Si la plupart de vos pièces sont confidentielles, essayez de concevoir une pièce avec des caractéristiques semblables pour éviter les soucis d'accords de confidentialité.

Lorsque vous demandez l'impression d'une pièce sur mesure, assurez-vous qu'elle est bien représentative de votre activité ou cas d'utilisation. Pour la plupart des applications de prototypage, je recommande habituellement d'envoyer une conception représentant 80 % de votre cas. Envoyer une pièce très compliquée qui représente peu ce que vous allez imprimer peut vous conduire à acheter une solution qui ne convient pas vraiment à votre activité.

Consulter nos guides de conception. La plupart des fabricants d'impression 3D publient des guides de conception qui aident les clients à comprendre comment mieux utiliser des modèles de conception et leurs imprimantes. Le guide de conception de Formlabs comme d'autres donne des spécifications techniques pour différentes caractéristiques.