FDM vs. SLA vs. SLS : Comparaison des technologies d'impression 3D

Ces dernières années, les technologies d'impression 3D ont connu un développement rapide, tant au niveau du matériel et des logiciels que des matériaux. Les imprimantes 3D sont ainsi passées du statut de nouveauté pour les premiers pionniers à celui de partie intégrante des flux de travail de conception, d'ingénierie et de fabrication dans tous les secteurs. 

L'impression par dépôt de fil fondu (FDM), la stéréolithographie (SLA), et le frittage sélectif par laser (SLS) sont les trois technologies d'impression 3D les plus populaires sur le marché. Grâce au rythme effréné de l'innovation au cours de la dernière décennie, plus d'entreprises que jamais ont aujourd'hui accès à ces trois technologies d'impression 3D. Cependant, il peut encore être difficile de choisir entre les différentes solutions d'impression 3D concurrentes.

Dans ce guide d'achat complet, nous examinons de plus près les imprimantes 3D FDM, SLA et SLS (également connues sous le nom de filament, de résine et de poudre), et observons leurs différences en termes de qualité d'impression, de matériaux, d'applications, de processus de travail, de vitesse, de coûts, et plus encore, pour vous aider à décider laquelle est la plus adaptée aux besoins de votre entreprise.

Le dépôt de fil fondu (FDM), également connue sous le nom de fabrication par filament fondu (FFF), est le procédé d'impression 3D le plus répandu au niveau des consommateurs et le plus familier pour l'utilisateur moyen, qui associe souvent l'impression 3D à la méthode du « pistolet à colle ». 

Les imprimantes 3D FDM jouent pour de nombreuses personnes le rôle de porte d'entrée dans le monde de l'impression 3D. Elles sont le type d'imprimante 3D le plus courant dans les écoles primaires et secondaires, et même dans de nombreux makerspaces universitaires. Dans les secteurs de la conception, de l'ingénierie et de la fabrication, les imprimantes FDM sont principalement utilisées pour réaliser rapidement des modèles de démonstration qui peuvent être approuvés par les équipes de conception avant de passer à des prototypes plus fonctionnels. 

Les imprimantes 3D FDM sont disponibles dans une large gamme de tailles et de prix. La simplicité de la technologie d'impression et du flux de travail peut faire de l'impression 3D FDM une option intéressante et peu contraignante pour ceux qui souhaitent se lancer dans l'impression 3D. Cependant, la simplicité et les faibles prix des imprimantes FDM se font souvent au détriment de la qualité et des performances des pièces imprimées. Pour tous ceux qui ont besoin de performances fonctionnelles, d'étanchéité, d'isotropie ou de surfaces lisses, les imprimantes SLA et SLS 3D sont de bien meilleures alternatives.

L'impression 3D stéréolithographique (SLA) a été la première technologie d'impression 3D au monde, inventée dans les années 1980. Malgré cela, l'impression SLA a mis plus de temps que l'impression 3D FDM à être largement adoptée et connue, en raison de prix généralement plus élevés et d'un processus d'impression légèrement plus complexe.

La stéréolithographie, ou impression 3D résine, est un procédé dans lequel une source lumineuse durcit la résine liquide couche par couche. Cette source de lumière était à l'origine un laser mais, plus récemment, elle a été remplacée par un projecteur de lumière numérique dans les imprimantes 3D DLP ou par des diodes électroluminescentes (DEL) dans les imprimantes 3D MSLA ou LCD. En fait, toutes les imprimantes 3D résine actuelles sont des imprimantes 3D stéréolithographiques, bien que le terme soit le plus souvent associé aux imprimantes 3D qui utilisent un laser pour durcir la résine.

Les imprimantes 3D SLA produisent des pièces avec des finitions de surface plus lisses, des tolérances plus étroites et une plus grande précision dimensionnelle que les autres technologies d'impression 3D. Ces imprimantes conviennent parfaitement au prototypage fonctionnel (parce qu'elles peuvent reproduire fidèlement l'aspect et les performances des pièces moulées par injection) ainsi qu'à la création de produits finis et d'outillage, en raison de leur excellente finition de surface et des propriétés extrêmement polyvalentes des matériaux. 

Les matériaux SLA sont formulés de manière unique, contrairement aux thermoplastiques standard utilisés dans l'impression 3D FDM et SLS. L'un des principaux avantages du SLA réside dans la polyvalence des matériaux : il existe des formulations innovantes de résine photopolymère SLA avec une large gamme de propriétés optiques, mécaniques et thermiques équivalentes à celles des thermoplastiques standard, techniques et industriels, mais aussi des matériaux spéciaux qui offrent des propriétés particulières telles que l'ignifugation, la dissipation électrostatique ou la biocompatibilité. Ce large éventail de propriétés, associé à la précision et à la qualité de surface des pièces SLA, permet des applications dans tous les secteurs, y compris l'aérospatiale, l'automobile, la fabrication de biens de consommation, les soins de santé, la dentisterie et bien d'autres.

Le frittage sélectif par laser (SLS) est la technologie de fabrication additive la plus courante pour les applications industrielles. Les ingénieurs et les fabricants de différents secteurs lui font confiance pour sa capacité à produire des pièces solides et fonctionnelles.

Les imprimantes 3D SLS utilisent un laser de forte puissance pour fritter de petites particules de poudre de polymère. La poudre non frittée supporte la pièce pendant l’opération, ce qui évite d’avoir à lui ajouter des structures de supports. L'impression 3D SLS est donc idéale pour les géométries complexes, y compris les caractéristiques intérieures, les contre-dépouilles, les parois fines et les caractéristiques négatives. Elle permet également des applications de production à plus grande échelle : comme le lit d'impression est autoportant, les pièces peuvent être « imbriquées » les unes dans les autres pour remplir entièrement la chambre de fabrication et être produites en grande quantité, même avec une seule imprimante.  

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. Les autres matériaux d'impression 3D SLS les plus populaires sont les composites en nylon, le polypropylène (PP) et le TPU flexible.

Le faible coût par pièce, la productivité élevée et des matériaux bien éprouvés ont fait du SLS 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. Le flux de travail SLS et le prix d'entrée étant devenus beaucoup plus accessibles ces dernières années, de plus en plus d'entreprises adoptent le SLS en interne pour consolider leur chaîne d'approvisionnement et accélérer les flux de travail du prototypage à la production.

La plupart des entreprises qui ont investi dans l'impression 3D utilisent plus d'un type de technologie 3D.Chacune a ses avantages et ses inconvénients, et le flux de travail le plus complet est généralement celui qui permet de traiter chaque technologie comme un outil à utiliser dans différentes situations. 

Pour les entreprises qui cherchent à choisir un type de technologie pour leurs besoins spécifiques, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Voici un résumé des principaux facteurs à prendre en compte pour choisir entre les imprimantes 3D FDM, SLA et SLS.

La résolution est une spécification souvent mal comprise, et les moyens de la mesurer varient souvent d'un fabricant à l'autre et d'un processus d'impression 3D à l'autre. En général, elle se réfère aux caractéristiques les plus petites possibles, au niveau de détail le plus fin ou au degré de complexité des structures de surface qu'une imprimante 3D peut reproduire. Elle peut être mesurée par des indicateurs tels que la taille minimale de la structure. La mécanique des trois différents processus d'impression 3D (modélisation par dépôt de fil fondu (FDM), stéréolithographie (SLA) ou frittage sélectif par laser (SLS)) a un impact important sur la résolution des pièces.

Les imprimantes 3D FDM forment des couches en extrudant du plastique fondu dans une forme prédéfinie à travers une buse, puis en remontant et en appliquant la couche suivante. La résolution des pièces imprimées en 3D par FDM dépend donc de la taille de la buse, des propriétés du matériau fondu et du niveau de contrôle avec laquelle le moteur peut déplacer la buse dans les axes XY et Z entre les couches. Les imprimantes 3D FDM peuvent généralement créer des parois d'une épaisseur d'environ 0,8 mm, et les détails en creux ou en relief doivent avoir une largeur d'environ 0,6 mm et une hauteur de 2 mm pour être visibles.

Les imprimantes 3D SLA forment des pièces en utilisant une source lumineuse (un laser, un projecteur de lumière numérique, des LED) pour polymériser la résine liquide, une couche à la fois. La résolution des imprimantes 3D SLA dépend de nombreux facteurs, notamment du type de source lumineuse utilisé et du comportement de la résine en termes de diffusion, de saignement et de polymérisation. Cependant, en général, elle peut être considérée comme la capacité à tracer des pièces avec précision dans le plan XY, combinée à la hauteur minimale de la couche sur l'axe Z.

Même si le type de source lumineuse utilisé dans les différentes imprimantes 3D SLA diffère, cette technologie offre la résolution la plus élevée par rapport à l'impression 3D FDM ou SLS. Que la source lumineuse soit un laser, un projecteur numérique ou des LED dont la lumière est contrôlée par un écran LCD de masquage, la lumière peut être dirigée très précisément sur la résine liquide. Les pièces en résine imprimées en 3D par SLA reflètent cette résolution supérieure avec leurs caractéristiques fines, leurs textures de surface complexes ou leur toucher lisse, et leur grande précision dimensionnelle. Les imprimantes 3D SLA professionnelles, comme la Form 4 de Formlabs, peuvent produire des parois aussi fines que 0,2 mm, et des détails en relief ou en creux aussi fins que 0,1 mm et 0,15 mm respectivement.

^{_{Les règles de conception peuvent varier selon le modèle d'imprimante. Les valeurs indiquées sont basées sur les estimations de Protolabs / Hubs pour les imprimantes 3D FDM, les règles de conception de la Form 4 pour les imprimantes SLA, et les règles de conception des imprimantes de la série Fuse pour les imprimantes SLS.}}

Parmi les trois technologies d'impression 3D, le SLA offre la meilleure résolution, suivie de près par la SLS. Les deux procédés peuvent reproduire les moindres détails de la conception CAO originale, alors que les imprimantes 3D FDM ont généralement du mal à délimiter avec précision les textures des surfaces planes ou à définir clairement les petites caractéristiques.

L'exactitude, c'est-à-dire la précision avec laquelle chaque section transversale de la pièce reproduit la forme prévue du fichier 3D, et la précision, c'est-à-dire l'uniformité avec laquelle cette exactitude est reproduite dans l'ensemble de la pièce, varient à la fois entre les différentes technologies d'impression 3D et entre les différents fabricants. 

Pour les imprimantes 3D FDM, la précision dépend de l'uniformité et de la répétabilité du processus d'extrusion et des propriétés du filament lorsqu'il fond et est extrudé. Le processus d'extrusion peut entraîner des irrégularités à l'intérieur des couches et entre elles, par exemple si le mouvement n'est pas uniforme, si le filament n'a pas un diamètre uniforme, si la température d'extrusion varie ou si le matériau n'est pas appliqué partout à la même vitesse et en même quantité. 

En ce qui concerne la précision globale, l'effet d'« écrasement » des couches semi-durcies peut présenter d'autres incohérences. La chaleur utilisée dans le processus d'extrusion peut entraîner un gauchissement ou une déformation des pièces, bien que certains fabricants utilisent des lits chauffés et des chambres de fabrication fermées afin de maintenir une température constante pour un processus plus contrôlé. 

L'isotropie et l'anisotropie sont des notions souvent abordées dans le domaine de l'impression 3D. L'impression 3D créant les pièces couche par couche, les pièces terminées peuvent présenter des variations de résistance en fonction de l'orientation des pièces lors de l'impression, avec des propriétés différentes au niveau des axes X, Y et Z.

Les pièces imprimées en 3D par FDM sont connues pour être anisotropes en raison des différences entre les couches créées par le processus d'impression. Cette anisotropie limite l'utilité du FDM pour certaines applications ou nécessite davantage d'ajustements de la géométrie des pièces pour la compenser.

En revanche, les imprimantes 3D résine SLA créent des pièces hautement isotropes. Il est possible d'obtenir des pièces isotropes en se basant sur un certain nombre de facteurs strictement contrôlables si l'on intègre la chimie des matériaux au processus d'impression. Au cours de l'impression, les composants de la résine forment des liaisons covalentes, mais entre chaque couche, la pièce reste en phase « brute », la réaction étant à moitié terminée.

En état « brut », la résine conserve des groupes polymérisables pouvant former des liaisons entre les couches, conférant son isotropie et son étanchéité à la pièce au moment de la polymérisation finale. Au niveau moléculaire, il n'existe aucune différence entre les plans X, Y ou Z. Cela permet d’obtenir des pièces aux propriétés mécaniques prévisibles, essentielles pour les applications comme des gabarits, des fixations, des pièces finales et des prototypes fonctionnels.

Une étude approfondie menée par le laboratoire de robotique et d'imagerie sous-marine de l'université de Rhode Island a révélé que les boîtiers robotiques FDM imprimés en 3D ne pouvaient pas maintenir le mécanisme interne au sec sous l'eau, même pendant quelques secondes. Les pièces imprimées en 3D par SLA ont été jugées étanches jusqu'à des niveaux de pression très élevés, et les pièces imprimées en 3D par SLS ont gardé les composants internes au sec à des niveaux de pression modérés. Les boîtiers SLS qui avaient été lissées à la vapeur ont pu rester étanches sous une pression accrue.

L'une des différences les plus connues entre les pièces imprimées en 3D par FDM, SLA et SLS est la différence de finition de surface. La méthode du « pistolet à colle » du FDM engendre des lignes de couches qui sont visibles lorsqu'on les observe de près. Ces pièces nécessitent un post-traitement plus important et ajoutent une main d'œuvre supplémentaire au temps de production global de la pièce. Les lignes de couches empêchent également de créer des pièces réellement translucides à partir de matériaux semi-transparents ou translucides ; la lumière se réfracte même sur de minuscules lignes dans le matériau, ce qui ternit la transparence de la pièce finie. 

Les imprimantes 3D SLA créent des pièces qui ne se distinguent pratiquement pas des plastiques moulés par injection. Leur qualité de surface supérieure est idéale pour l'évaluation finale des prototypes et des produits finis, même dans la catégorie des biens de consommation, où la qualité de surface et le lissé sont de la plus haute importance. En outre, l'absence de lignes de couche permet aux imprimantes 3D SLA de créer des pièces presque totalement transparentes. Les pièces transparentes sont utiles pour les applications de moulage, où elles permettent d'observer le processus d'injection, mais aussi pour la conception de produits à partir de matériaux finaux transparents, pour la microfluidique, les applications médicales et bien plus encore. Dans l'industrie de l'impression 3D dentaire, les résines SLA telles que Premium Teeth Resin peuvent simuler l'aspect lisse de l'émail, de sorte que les prothèses dentaires sont impossibles à distinguer des vraies dents.

Les pièces imprimées en 3D par SLS ont une finition de surface légèrement rugueuse ou granuleuse. Cependant, comme les pièces SLS sont imprimées sans structures de support, il est facile d'obtenir un état de surface uniforme sur l'ensemble de la pièce. En comparaison, les pièces imprimées en 3D par SLA et FDM nécessitent souvent un post-traitement afin d'éliminer les petites marques laissées par les supports. En outre, les pièces imprimées en 3D par SLS qui ont été lissées à la vapeur ou sablées et polies peuvent obtenir une surface brillante et lisse, tout comme les pièces imprimées par SLA.

Choisir le procédé d’impression 3D adéquat ne vous amènera qu'à mi-chemin. En définitive, ce sont surtout les matériaux d'impression 3D qui vont vous permettre de créer des pièces dotées des propriétés mécaniques, des caractéristiques fonctionnelles et de l’aspect voulus.

Il est souvent difficile de comparer directement les performances des pièces FDM, SLA et SLS, car les trois technologies n'utilisent pas les mêmes matériaux et ne forment pas les pièces selon le même processus. Cependant, il existe des matériaux analogues dans toutes les technologies, de sorte qu'il peut être facile d'obtenir les mêmes propriétés (ou des propriétés très proches) même en changeant de technologie.

Les imprimantes FDM utilisent principalement des filaments de thermoplastiques courants tels que l'ABS et le PLA. Des matériaux techniques, tels que le nylon, le PETG ou le TPU, et des thermoplastiques haute performance comme le PEEK ou les composites à base de fibres de carbone sont également disponibles, mais ne sont souvent compatibles qu'avec certaines imprimantes FDM professionnelles. 

Les filaments FDM sont souvent les mêmes matériaux que ceux utilisés pour les processus de production de masse tels que le moulage par injection ou le thermoformage. Ce dénominateur commun fait du FDM un choix évident en tant qu'option de prototypage, car on peut être sûr que le matériau restera le même tout au long du processus de conception et de fabrication. Cependant, le processus d'impression 3D FDM rend difficile l'utilisation des pièces pour des applications plus fonctionnelles, car il laisse des lignes de couche et nuit à la résistance fonctionnelle. 

Les pièces FDM sont idéales pour des contrôles rapides lors de la conception de produits, pour valider si une pièce a l'aspect correct, ou à des fins de formation pour l'enseignement des technologies d'impression 3D. Pour le prototypage de biens de consommation, les pièces FDM offrent une solution économique pour se faire une idée de l'aspect et du toucher d'une pièce.

Les imprimantes 3D SLA utilisent des matériaux formulés sur mesure, qui varient d'un fabricant à l'autre. Les avantages de cette personnalisation sont que les fabricants peuvent calibrer leurs machines pour qu'elles soient utilisées avec leurs formulations de résine spécifiques, ce qui garantit une meilleure précision et des résultats reproductibles. L'inconvénient est que de nombreux clients n'ont pas la même familiarité avec les résines SLA, ce qui peut entraîner un manque de connaissances et donc un manque d'adoption. Les résines formulées sur mesure permettent aux fabricants SLA d'offrir des matériaux spécifiques pour des applications avancées, telles que les résines dentaires pour les dispositifs à long terme ou les matériaux céramiques techniques.

En général, les pièces imprimées en 3D SLA peuvent être utilisées à chaque étape allant de la conception à la fabrication. Leurs propriétés isotropes et leur excellente finition de surface les rendent idéales pour le prototypage fonctionnel, les tests « go/no-go », la production de pièces d'utilisation finale et les aides à la fabrication. La capacité de concevoir de nouvelles formulations uniques, telles que des céramiques techniques ou des composites à base de cire qui peuvent être brûlés, fait du SLA une solution idéale pour certains secteurs et applications. Pour les applications plus générales qui concernent plusieurs secteurs, les résines SLA ont la durabilité et la résistance nécessaires pour être utilisées comme outils de fin de bras, boîtiers robotiques, joints, guides chirurgicaux, etc. La gamme de formulations possibles rend les possibilités presque illimitées pour les pièces en résine.

Formlabs propose plus de 40 résines uniques et personnalisées pour l'impression 3D SLA, y compris des céramiques techniques avancées, des résines ignifuges avec des taux de fumée et de toxicité favorables, des matériaux antistatiques et même des matériaux pour des dispositifs médicaux finaux tels que des prothèses dentaires ou des couronnes permanentes. 

Les matériaux d'impression 3D SLS sont des thermoplastiques familiers en poudre, comme le nylon, le TPU et le polypropylène. Ces poudres offrent des performances élevées et leur comportement est bien connu. Les fabricants d'imprimantes 3D SLS peuvent proposer leurs propres formulations de ces poudres ou des poudres en vrac en marque blanche provenant de fabricants. En combinant les matériaux standard de l'industrie avec une flexibilité géométrique, une capacité de production élevée et une grande résistance, l'impression 3D SLS est idéale pour toutes les applications, du prototypage à la production finale en passant par les tests fonctionnels et les aides à la fabrication.

Le volume d'impression des technologies FDM, SLA et SLS varie considérablement. Bien que de grandes tailles soient disponibles pour chaque technologie, les imprimantes 3D FDM et SLA les plus courantes sont des imprimantes de bureau ou d'atelier, tandis que les imprimantes 3D SLS les plus courantes sont des imprimantes d'atelier ou de taille supérieure. 

Les imprimantes 3D FDM sont disponibles dans un large éventail de tailles et de volumes d'impression. Le processus FDM n'est pas limité ou affecté par la taille : une buse de haute précision peut également produire des pièces de grande taille. Seul le moteur doit être plus grand et plus lent, car il doit couvrir une plus grande zone. On trouve aussi sur le marché des imprimantes FDM dont les enceintes d'impression ressemblent davantage à de petites salles qu'à des outils de table ou de bureau. Celles-ci sont toutefois extrêmement inhabituelles. Le plus souvent, les imprimantes 3D FDM sont des imprimantes de bureau ou d'atelier et sont généralement utilisées comme solutions de prototypage rapide ou comme outils pédagogiques dans les salles de classe et les laboratoires de fabrication. Les volumes de fabrication des imprimantes 3D FDM de bureau courantes sont généralement de l'ordre de 200 x 200 x 200 mm.

Les imprimantes 3D SLA sont également disponibles en plusieurs tailles, allant des imprimantes de bureau aux grandes imprimantes industrielles. Auparavant, les imprimantes 3D SLA utilisant un laser étaient de grandes installations monolithiques : elles occupaient une énorme surface au sol et nécessitaient des systèmes de ventilation supplémentaires et des circuits spéciaux. Au cours des dernières décennies, ces systèmes industriels ont été plus souvent utilisés dans les entreprises qui pouvaient à la fois faire face aux coûts élevés d'acquisition et de maintenance et répondre aux besoins plus importants en termes d'espace et d'infrastructure des imprimantes stéréolithographiques traditionnelles. 

L'invention de l'impression 3D SLA inversée a permis de créer des imprimantes 3D résine de la taille d'un ordinateur de bureau. Au fur et à mesure que la technologie était adoptée par un plus grand nombre de fabricants, des imprimantes plus petites avec un volume d'impression cubique d'environ 10 à 20 cm de côté sont devenues la norme. Par exemple, la Form 3+ de Formlabs offre un volume d'impression de 14,5 × 14,4 × 19,3 cm, tandis que la Form 4, avec 20 × 12,5 × 21 cm, offre un volume de fabrication 30 % plus important.

De même, l'impression 3D résine d'atelier n'a été rendue possible que par la combinaison de la technologie SLA inversée et de techniques de décollement améliorées. Les imprimantes 3D de bureau telles que la Form 3L, qui offre un volume d'impression de 33,5 x 20 x 32 cm, sont compactes et faciles à utiliser, tout en offrant un facteur de forme similaire à celui des grands systèmes industriels traditionnels. Ces unités d'atelier sont parfaites pour le prototypage de produits de consommation en taille réelle ainsi que pour la fabrication de produits finis à l'aide de l'outillage rapide imprimé en 3D.

Les imprimantes 3D SLS n'étaient jusqu'il y a peu disponibles qu'en grand format, généralement plus grandes que les imprimantes FDM ou SLA de bureau, bien que des efforts aient été faits récemment pour introduire les imprimantes SLS de bureau sur le marché. Cependant, la grande majorité des imprimantes 3D SLS sont des machines d'atelier ou plus grandes : les machines industrielles traditionnelles nécessitent une grande surface au sol. Les imprimantes de la série Fuse de Formlabs, avec leur volume d'impression de 16,5 × 16,5 × 30 cm, ont pour la première fois rendu la technologie SLS accessible, tant en termes de coût que de taille. Les petites entreprises disposant d'un espace limité ont ainsi enfin pu acquérir ces équipements en interne.

Alors que de plus en plus d'entreprises se tournent vers l'impression 3D pour la production et l'itération rapide, la vitesse d'impression et le rendement prennent de plus en plus d'importance dans le choix de la technologie. L'imprimante 3D idéale produit des pièces de haute qualité en peu de temps, sans faire de compromis sur la précision, la fiabilité ou la performance des matériaux. 

La vitesse de l'impression 3D FDM est limitée par le processus d'extrusion et la puissance du moteur. Pour créer une pièce précise, les imprimantes 3D FDM doivent extruder le filament à une vitesse spécifique, sans déviation, et déplacer la buse dans le plan XY à un rythme régulier et sans à-coups. L'accélération de ce processus peut entraîner des variations des propriétés mécaniques du filament et des résultats imprécis.

Tous les procédés d'impression 3D sont devenus plus rapides au fil du temps, mais aucun ne peut rivaliser avec les progrès de l'impression résine. Les progrès de la technologie d'impression 3D résine ont permis d'atteindre des vitesses d'impression incroyables qui, associées à des parcs d'imprimantes évolutifs, peuvent rivaliser avec le rendement de solutions de fabrication traditionnelles telles que le moulage par injection.

Les vitesses d'impression typiques varient en fonction du type de processus d'impression 3D résine, le type le plus rapide étant la technologie SLA. La dernière génération d'imprimantes 3D MSLA, à laquelle appartient la Form 4 de Formlabs, s'appuie sur la combinaison d'un puissant système d'impression et d'un système optique avancé pour polymériser chaque couche presque instantanément.

Combien coûte une imprimante 3D FDM, SLA ou SLS et à quelle vitesse chacune d'entre elles vous permet-elle d'atteindre un retour sur investissement ? Pour calculer le retour sur investissement, il faut connaître le prix d'achat de l'équipement, les coûts de possession permanents, les coûts des matériaux et de la main-d'œuvre. 

L’un des principaux arguments de vente des imprimantes 3D FDM est le faible coût des machines. Avec des imprimantes FDM d’entrée de gamme disponibles pour seulement quelques centaines de dollars, les amateurs passionnés et les petites entreprises peuvent essayer FDM pour voir si l’impression 3D mérite d’être ajoutée à leurs gamme d'outils. Pour ceux qui ne savent pas par où commencer, le coût réduit d'une machine FDM d'entrée de gamme est souvent suffisamment convaincant pour justifier un achat. Toutefois, ces imprimantes FDM bon marché peuvent être peu fiables et nécessitent souvent l'intervention d'un expert pour assurer leur fonctionnement à long terme.

Les imprimantes FDM professionnelles de bureau sont plus faciles à utiliser et mieux adaptées aux entreprises, avec des prix allant de 2000 à 8000 €, tandis que les systèmes industriels sont disponibles à partir de 15 000 €. Ces imprimantes 3D offrent généralement une meilleure fiabilité, une qualité d’impression supérieure et des volumes d'impression plus importants. Bien que ces machines conviennent à la production de pièces fonctionnelles, la concurrence à ce niveau de prix est féroce, car les machines SLA offrent une gamme d'applications plus étendue et des impressions de meilleure qualité.

En bas de l'échelle, on trouve des imprimantes 3D résine bon marché, dont le prix peut aller de 200 € à 1000 €. De tels appareils peuvent convenir pour des applications de loisir ou pour débuter, mais ils nécessitent un calibrage et un réglage fin pour chaque type de résine et ne sont généralement ni fiables ni durables. Cela entraîne souvent des coûts plus élevés en raison de la maintenance, du temps perdu, des erreurs d'impression et du gaspillage de matériel. 

Les imprimantes 3D SLA professionnelles affichent un prix allant généralement de 2000 € à 10 000 €, et les imprimantes 3D résine grand format de 8000 € à 25 000 €. 

Il existe moins d'options pour la technologie SLS. En règle générale, les imprimantes 3D SLS ont un prix plus élevé que les imprimantes FDM ou SLA, bien que la technologie SLS soit devenue accessible au cours des dernières années, ce qui a permis aux petites entreprises de contrôler la production et aux grandes entreprises de disposer d'options de fabrication souples. 

Auparavant, les imprimantes SLS se situaient presque exclusivement dans la fourchette des 200 000 € et plus. Avec l'introduction de la série Fuse, le SLS a été rendu accessible pour la première fois, et la possibilité d'acheter une imprimante SLS pour moins de 30 000 € (imprimante et kit de dépoudrage) était quelque chose de totalement unique. La série Fuse a établi une nouvelle norme d'accessibilité, sans compromis sur la qualité industrielle des pièces ou la puissance. Le fait que l'ensemble de cet écosystème, qui inclut les stations de recyclage et de nettoyage de poudre Fuse Sift et Fuse Blast, soit disponible pour moins de 60 000 € est tout bonnement révolutionnaire. Les petites entreprises, les particuliers et les établissements d'enseignement ont désormais la possibilité d'adopter pour la première fois en interne une puissante technologie d'impression 3D par fusion sur lit de poudre. L'option suivante affiche un prix à six chiffres, avec des plans de service pouvant atteindre 30 000 € par an. Formlabs rend le SLS encore plus accessible en continuant à proposer l'itération précédente de la série Fuse (l'imprimante Fuse 1) à un prix encore plus bas. Pour les laboratoires de prototypage où le nombre élevé de pièces et le débit ne sont pas une priorité, la Fuse 1 produit toujours des pièces SLS de haute qualité. 

Lorsque l'on considère les coûts de possession d'une imprimante 3D, les coûts des matériaux d'impression et des consommables sont des éléments importants à prendre en compte. Les filaments FDM sont relativement peu coûteux par rapport aux résines d'impression 3D SLA, en raison de leur omniprésence et de leur processus de fabrication moins complexe. 

Les matériaux FDM courants comme l'ABS, le PLA et leurs différents mélanges sont disponibles à partir d'environ 30 €/kg, tandis que les filaments spéciaux pour les applications techniques peuvent coûter de 100 à 150 €/kg. Les matériaux solubles de structures de support pour les imprimantes 3D FDM à double extrusion coûtent entre 100 et 200 € le kilo. Ces filaments sont faciles à obtenir et, comme ils sont largement utilisés dans toute une série de processus de fabrication, la concurrence a fait baisser les prix. Le filament se conserve et ne se périme pas, de sorte que les fournisseurs peuvent fixer les prix sans tenir compte des pénuries ou des variations de la demande.

Les résines SLA ont une formulation, une fabrication et un processus de stockage plus complexes, autant de facteurs qui contribuent à leur prix plus élevé. Bien qu'il existe des résines moins chères, généralement vendues par des fournisseurs tiers séparément de l'imprimante en tant que solution pour les appareils existants, elles nécessitent un réglage plus fin et s'accompagnent de problèmes tels que des odeurs fortes ou des produits chimiques potentiellement nocifs. 

Les résines standard de Formlabs sont vendues au prix de 99 € le litre, ce qui rend les pièces imprimées en 3D de haute qualité plus accessibles et permet d'élargir l'accès à de multiples applications et secteurs. 

Les résines sont généralement formulées par le fabricant de l'imprimante (bien que certains fabricants proposent des platesformes ouvertes ou simplement des résines en marque blanche), et leur prix reflète les recherches coûteuses qui sont nécessaires à leur développement. Les fabricants disposant de leur propre gamme de résines consacrent également des ressources au test et à la validation des réglages d'impression afin que les résines puissent être utilisées sur le système d'impression en question. Cet investissement dans la recherche et le développement a un impact sur le coût pour le consommateur, mais permet d'améliorer la fiabilité de l'impression et les résultats. Les résines spécifiques aux fabricants sont souvent de tout nouveaux matériaux (pas des standards de l'industrie comme l'ABS ou le PLA), et leur développement nécessite des ressources considérables. 

La plupart des fabricants de SLS proposent de la poudre à un prix standard d'environ 100 €/kg, bien que certains, dont Formlabs, offrent des remises pour des volumes plus importants. Les prix plus bas au kilo s'accompagnent souvent d'un inconvénient : la poudre coûte moins cher parce que les imprimantes nécessitent un espacement plus important entre les pièces afin de réduire le risque d'accumulation de chaleur. La densité d'agencement recommandée pour ces grands systèmes monolithiques est souvent limitée à environ 8 – 10 %, ce qui signifie que vous devrez jeter autant de matériau que vous en utilisez pour imprimer les pièces. Ces systèmes produisent donc une grande quantité de poudre non recyclable, ce qui augmente le coût de l'impression. Les systèmes SLS de Formlabs n'ont pas de limite de densité d'agencement, et plus la densité est élevée, plus l'imprimante fonctionne efficacement. 

Le dernier élément de l'équation, trop souvent oublié, est le coût de la main d'oeuvre. Les pièces FDM nécessitent souvent un post-traitement plus important pour obtenir une finition de surface lisse, en particulier si la pièce comporte des supports. Certaines imprimantes FDM professionnelles proposent des matériaux de support solubles, de sorte que les pièces peuvent être rapidement post-traitées dans une solution qui dissout la structure de support. Cependant, les pièces FDM, même avec des supports solubles, peuvent nécessiter davantage de sablage manuel pour obtenir la même qualité et la même douceur que les pièces SLA, si cela est possible. Pour les utilisateurs professionnels, cette main-d'œuvre supplémentaire peut souvent être le facteur le plus important qui augmente le coût global des pièces imprimées avec du filament.

Les pièces SLA nécessitent un lavage et, selon le matériau, un post-polymérisation, mais ces deux processus peuvent être largement automatisés à l'aide d'accessoires (tels que la Form Wash et la Form Cure, ou la Form Wash L et la Form Cure L) afin de minimiser le temps de travail. Les systèmes SLA professionnels sont également dotés d'un logiciel, d'un firmware et d'une ingénierie des matériaux qui permettent des prises en charge légères et une expérience de post-traitement plus facile.

En fonction de la conception, certaines pièces SLA peuvent également être imprimées sans supports, tandis que les impressions SLA avec supports ne nécessitent qu'un léger ponçage pour éliminer les marques des supports et obtenir une finition de haute qualité.

L'impression 3D SLS nécessite un post-traitement pour éliminer la poudre non frittée des pièces (mais pas les supports, qui ne sont pas nécessaires) et un sablage pour obtenir une finition de surface lisse. Ces processus peuvent être facilement optimisés et automatisés grâce à des solutions de post-traitement telles que la Fuse Sift et la Fuse Blast, ce qui permet de minimiser les coûts de main-d'œuvre et de garantir une grande uniformité. En outre, ces tâches automatisées peuvent être effectuées par lots, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre dans les volumes de production. 

En règle générale, les imprimantes 3D FDM vous permettront d'obtenir les pièces les moins chères si vous n'imprimez qu'un nombre limité de prototypes simples. Les imprimantes 3D résine SLA offrent une résolution plus élevée, une meilleure qualité et une grande variété de matériaux d'impression 3D moyennant un prix légèrement plus élevé, mais la différence s'estompe rapidement quand vous imprimez des pièces complexes ou des lots importants car le post-traitement nécessite moins de main d'oeuvre. Bien que les imprimantes 3D SLS aient le coût d'achat le plus élevé, le coût de la poudre est compétitif et celui de la main-d'œuvre souvent minime, ce qui en fait la technologie la plus rentable pour les applications à haut rendement. 

La majorité des entreprises qui utilisent régulièrement l'impression 3D dans leur flux de travail ont recours à plus d'une technologie. Tout comme les machines d'usinage CNC ou les machines de moulage par injection, les imprimantes 3D sont considérées par la plupart des ingénieurs, concepteurs et fabricants comme un outil parmi d'autres dans leur boîte à outils : en fonction des exigences de la pièce et de la phase du processus, il existe un outil adapté à chaque tâche. Les imprimantes 3D FDM, SLA et SLS excellent dans différents domaines et sont plus efficaces lorsqu'elles sont utilisées comme des outils complémentaires.

Quelques exemples pratiques :

• Labconco utilise les technologies SLA, FDM et SLS pour produire des composants, des outils, des gabarits, des fixations et des prototypes d'équipements de laboratoire destinés à une utilisation finale. L'ingénieur produit Brent Griffith développe des idées à l'aide d'imprimantes FDM afin de réduire les coûts de prototypage avant de les imprimer en 3D par SLA ou SLS pour les utiliser dans des appareils ou dans son laboratoire.

• L'équipe d'Hyphen utilise des imprimantes 3D FDM pour rapidement contrôler la conception, tandis qu'elle s'appuie sur ses imprimantes SLA Form 3+ et Form 3L pour fabriquer les pièces d'outillage et les composants finaux qui nécessitent une grande précision et un faible frottement. Ses trois imprimantes SLS de la série Fuse permettent de créer des composants finaux qui doivent supporter des contraintes et des charges répétées ou abriter des composants électroniques délicats. De nombreuses pièces structurelles de leurs machines sont entièrement imprimées en 3D par SLS. 

• Anthony Barnicott, responsable du laboratoire de Vital Auto, gère 14 imprimantes FDM grand format, trois imprimantes SLA grand format Form 3L et cinq imprimantes SLS Fuse 1 pour produire des prototypes fonctionnels et des pièces permettant de vérifier la conception de voitures commandées par des marques telles que McLaren, Volvo, Nissan, Lotus et bien d'autres encore.

• Black Diamond utilise l'impression 3D SLS avec Nylon 12 Powder pour produire des composants d'équipement d'escalade à usage final, que l'équipe testera en situation réelle dans la chaîne de montagnes Wasatch avant d'investir dans un outil de moulage par injection. L'équipe de Black Diamond utilise également la Form 4 pour les itérations rapides et la Form 3L pour les tests de conception de grandes pièces comme les casques, qui nécessitent des surfaces lisses de la même qualité que le produit fini.

• Foil Drive, un fabricant australien d'hydroptères, imprime des boîtiers de moteurs électriques sur son imprimante SLS Fuse 1+ 30W dans des quantités de 100 à 2000 pièces. Nylon 12 Powder résiste aux fortes contraintes des hélices sous-marines et l'impression 3D SLS est rentable pour les volumes de production moyens requis. Foil Drive utilise la Form 3L avec Tough 2000 Resin et Rigid 10K Resin pour les pales de l'hélice et de la turbine qui peuvent s'emboîter et se déboîter. Pour cela, le SLA est idéal, car grâce à ses tolérances étroites, ces petits ensembles fonctionnent sans problème.

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