La fabrication additive, ou impression 3D, permet de réduire les coûts et les délais, et de dépasser les limites des procédés utilisés en développement de produits. Les technologies d'impression 3D offrent des solutions polyvalentes pour une grande variété d'applications, qu'il s'agisse de modèles conceptuels et de prototypes fonctionnels utilisés en prototypage rapide, ou de gabarits, de fixations voire même de pièces finales en production industrielle.
Ces dernières années, les imprimantes 3D haute résolution sont devenues plus simples d'emploi, plus fiables et moins coûteuses. Ces procédés d'impression 3D sont maintenant accessibles à de nombreux professionnels, mais le choix de la solution peut s'avérer délicat.
Quel procédé convient à votre application spécifique ? Quels sont les matériaux disponibles ? De quel équipement et de quelle formation avez-vous besoin pour commencer à imprimer ? Quels sont les coûts et le retour sur investissement associés à chaque procédé ?
Dans cet article, nous allons regarder de plus près les trois procédés les plus utilisés actuellement pour l'impression 3D plastique : le dépôt de fil fondu (FDM), la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS).
Vous hésitez entre les imprimantes 3D FDM et SLA ? Consultez notre guide détaillé FDM vs. SLA.
Comment choisir une technique d’impression 3D
Vous avez des difficultés à trouver la meilleure technique d’impression 3D qui réponde à vos besoins ? Dans ce guide vidéo, nous comparons les procédés FDM, SLA et SLS selon plusieurs critères d’achat courants.
Téléchargez la version haute résolution de cette infographie ici.
Dépôt de fil fondu (FDM)
Le procédé FDM, ou dépôt de fil fondu, également connu sous le nom de fabrication par filament fondu (FFF), est le procédé le plus utilisé au niveau des consommateurs, du fait de l’émergence des imprimantes 3D de loisir. Les imprimantes 3D FDM fabriquent les pièces en faisant fondre et en extrudant un filament thermoplastique, qu’une buse dépose couche par couche sur la zone de fabrication.
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.
Les pièces obtenues par FDM ont tendance à présenter des lignes visibles et peuvent également présenter des erreurs autour des parties complexes. Cette pièce avec supports solubles a été imprimée sur une imprimante 3D FDM industrielle Stratasys uPrint (disponible à partir de 15 900 €).
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 finition de surface peut être améliorée par des procédés de polissage chimique ou mécanique. Des imprimants 3D FDM 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.
Comparées à d’autres imprimantes comme les imprimantes SLA (à droite), les imprimantes FDM conviennent moins bien aux modèles compliqués ou aux pièces avec des parties complexes (à gauche).
Stéréolithographie (SLA)
La stéréolithographie, inventée au début des années 1980, a été l’une des premières techniques d’impression 3D. Elle reste l’une des plus utilisées par les professionnels. Les imprimantes 3D SLA utilisent un laser pour transformer de la résine liquide en plastique durci par un processus dit de photopolymérisation.
Découvrez comment fonctionne la stéréolithographie
De tous les procédés, c’est la stéréolithographie qui permet de fabriquer des 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 fabricants de matériaux ont mis au point des formules innovantes de résines SLA, qui présentent des propriétés optiques, mécaniques et thermiques très diverses afin de correspondre aux thermoplastiques standards utilisés en ingénierie et dans l'industrie. L’impression 3D résine offre également la plus large gamme de matériaux biocompatibles.
Les pièces imprimées en SLA présentent des arêtes vives, un fini de surface lisse et un minimum de traces des couches d'impression. Cette pièce est un exemple d'impression sur une imprimante 3D SLA de bureau, la Form 3+ de Formlabs (disponible à partir de 2399 €).
L’impression 3D SLA est une très bonne option pour les prototypes très détaillés nécessitant des tolérances serrées et des surfaces lisses, tels que des moules, des modèles et des pièces finales. L’ingénierie et la conception de produits de divers secteurs industriels utilisent le procédé SLA, parmi lesquels les secteurs dentaire et médical, la fabrication, la joaillerie, le modélisme et l’enseignement.
Introduction à l'impression 3D avec la stéréolithographie de bureau (SLA)
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Frittage sélectif par laser (SLS)
Le frittage sélectif par laser 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.
Découvrez comment fonctionne le frittage sélectif par laser.
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. En cela, le procédé SLS est idéal pour des pièces à géométrie complexe, présentant des formes internes ou négatives, 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.
Les pièces fabriquées par SLS présentent des surfaces légèrement rugueuses, mais les couches ne sont presque pas visibles. Cette pièce est un exemple d'impression sur une imprimante 3D SLS de la série Fuse de Formlabs (disponible à partir de 23 899 €).
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. Parmi les autres matériaux d'impression 3D SLS les plus populaires figurent 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.
Introduction à l’impression 3D à frittage sélectif par laser (SLS)
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Comparaison des technologies FDM, SLA et SLS
Chacun des procédés d'impression 3D présente ses propres atouts, faiblesses et exigences, correspondant à différentes applications et activités. Le tableau suivant est un résumé des caractéristiques principales et autres considérations.
Dépôt de fil fondu (FDM) | Stéréolithographie (SLA) | Frittage sélectif par laser (SLS) | |
---|---|---|---|
Résolution | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
Précision | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
Finition de surface | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
Volume de production | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
Conceptions complexes | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
Facilité d’utilisation | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
Avantages | Machines et matériaux grand public à faible coût Rapide et facile pour les petites pièces simples | Excellent rapport qualité prix Haute-précision Finition de surface lisse Grande vitesse d'impression Large gamme d'applications fonctionnelles | Pièces fonctionnelles solides Liberté de conception Pas besoin de structures de support |
Inconvénients | Faible précision Faible niveau de détails Compatibilité de conception limitée | Sensible à une exposition prolongée aux UV | Finition de surface rugueuse Choix réduit de matériaux |
Applications | Prototypage rapide et peu coûteux Modèles basiques de démonstration de faisabilité | Prototypes fonctionnels Modèles, moules, et outils Applications dentaires Prototypage et moulage en joaillerie Création de modèles | Prototypage fonctionnel Production industrielle de produits, rapide, en petite série, en complément ou sur mesure |
Volume d’impression | Jusqu’à 300 x 300 x 600 mm (imprimantes 3D de bureau et d’atelier) | Jusqu’à 300 x 335 x 200 mm (imprimantes 3D de bureau et d’atelier) | Jusqu’à 165 x 165 x 300 mm (imprimantes 3D d’atelier industrielles) |
Matériaux | Thermoplastiques standard, tels que l’ABS, le PLA et leurs variantes. | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard, techniques (similaires à l’ABS ou au polypropylène, souples, résistantes à la chaleur), coulables, dentaires et médicales (biocompatibles). Silicone et céramique purs. | Thermoplastiques techniques. Nylon 11, nylon 12, nylon composite à charge de verre ou de carbone, polypropylène, TPU (élastomère). |
Formation | Formation minimale sur la configuration de l'impression, le fonctionnement de l'appareil et la finition ; formation modérée sur la maintenance. | Connexion Plug and Play. Formation minimale sur la configuration de l'impression, le fonctionnement de l'appareil et la finition, la maintenance. | Formation modérée sur la configuration de l'impression, le fonctionnement de l'appareil et la finition, la maintenance. |
Environnement de travail requis | Local avec climatisation ou, de préférence, ventilation sur mesure pour appareils de bureau. | Les appareils de bureau peuvent fonctionner dans les bureaux. | Les systèmes d'atelier requièrent peu d'espace. |
Équipements auxiliaires | Système de retrait des supports pour les machines à supports solubles (automatisé en option), outils de finition. | Station de lavage et de post-polymérisation (les deux peuvent être automatisés), outils de finition. | Poste de traitement après impression pour lavage des pièces et récupération de la résine. |
Coûts de l'impression 3D et du retour sur investissement avec les technologies FDM, SLA et SLS
Au final, il vous faudra choisir le procédé qui fait le plus sens pour votre activité. Les prix ont beaucoup baissé ces dernières années et, aujourd'hui, les trois procédés se présentent sous forme de systèmes compact et abordables.
Le calcul des coûts de l'impression 3D ne se limite pas aux coûts initiaux de l'équipement. Les coûts des matériaux d'impression 3D et de la main-d'œuvre ont une influence significative sur le coût par pièce, en fonction de l'application et de vos besoins de production.
Voici une répartition des coûts détaillée par procédé :
Dépôt de fil fondu (FDM) | Stéréolithographie (SLA) | Frittage sélectif par laser (SLS) | |
---|---|---|---|
Coût de l'équipement | Les imprimantes et les kits d'impression 3D entrée de gamme commencent à quelques centaines d'euros. Les imprimantes de bureau milieu de gamme de meilleure qualité commencent autour de 2000 €, et les systèmes industriels sont disponibles à partir de 15 000 €. | Les imprimantes de bureau professionnelles commencent à 2399 €, les imprimantes d’atelier grand format à 8999 € et les machines industrielles à grande échelle sont disponibles à partir de 80 000 €. | Les systèmes industriels d'atelier commencent à 23 899 €, et les imprimantes industrielles traditionnelles sont disponibles à partir de 100 000 €. |
Coûts des matériaux | 50 – 150 €/kg pour la plupart des filaments standard et techniques, et 100 – 200 €/kg pour les matériaux de supports. | 149 – 200 €/L pour la plupart des résines standards et techniques. | 100 €/kg pour le nylon. Le procédé SLS ne requiert pas de supports et la poudre non fondue peut être réutilisée, ce qui diminue les coûts des matériaux. |
Besoins de main d'œuvre | Retrait manuel des supports (il peut être pratiquement complètement automatisé pour les systèmes à supports solubles). Des traitements après impression assez longs peuvent être nécessaires pour obtenir un fini de haute qualité. | Lavage et post-polymérisation (les deux pouvant être presque entièrement automatisés). Post-traitement simple après l'impression pour enlever les traces de supports. | Lavage simple pour enlever la poudre excédentaire. |
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En savoir plus sur l’impression 3D
Prototypes d'une monture de masque de ski imprimés avec les technologies FDM, SLA et SLS (de gauche à droite).
Nous espérons que cet article vous a aidé dans votre choix du meilleur procédé pour votre application.
Consultez les autres ressources disponibles pour maîtriser les subtilités de l'impression 3D, les spécificités de chaque procédé et les particularités des différents systèmes.