La fabrication additive, aussi appelée impression 3D, permet de baisser les coûts, de gagner du temps et de dépasser les limites des procédés de fabrication rencontrées lors du développement de produits. Les procédés d’impression 3D offrent différentes solutions dans de très nombreuses applications, que ce soit pour la réalisation de modèles conceptuels et d’objets fonctionnels en prototypage rapide, ou encore celle de porte-pièces, supports ou même des pièces directement utilisées en fabrication.
Ces dernières années, les imprimantes 3D haute résolution sont devenues plus abordables, plus faciles à utiliser et plus fiables. C’est pourquoi l’impression 3D est maintenant accessible à un plus grand nombre d’entreprises, mais il peut s’avérer difficile de choisir parmi les différents procédés en concurrence.
Quel procédé convient à votre cas particulier ? Quels sont les matériaux disponibles ? Quels sont l’équipement et la formation nécessaires pour commencer ? Quels en sont les coûts et le retour sur investissement ?
Dans cet article, nous examinerons plus précisément les trois procédés les plus courants pour l’impression 3D en matières plastiques : le dépôt de fil fondu (FDM), la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS).
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Dépôt de filament fondu (FDM)
Qu'est ce que le FDM ?
Le procédé d’impression 3D par dépôt de fil fondu est le plus utilisé au niveau grand public, en raison de l’émergence d'imprimantes 3D pour non-professionnels. Ces imprimantes fabriquent les pièces en faisant fondre et en extrudant un filament thermoplastique, qu’une buse d’impression dépose couche par couche sur la zone de fabrication.
Comment fonctionne le FDM ?
Ce procédé fonctionne avec plusieurs thermoplastiques, comme l’ABS et le PLA, et des mélanges des deux. Ce procédé convient bien aux modèles de démonstration de faisabilité, ainsi qu’au prototypage rapide et peu coûteux de pièces simples, typiquement celles qui devraient être usinées
Les pièces imprimées par FDM tendent à présenter des lignes correspondant aux couches d'impression, ainsi que des imperfections au niveau de détails complexes. Cette pièce a été fabriquée sur une imprimante 3D FDM industrielle Stratasys uPrint avec supports solubles (premier prix 15 900 $).
Le procédé FDM présente la résolution et la précision la plus basse, en comparaison des procédés SLA ou SLS. Ce n’est pas la meilleure option lorsqu’il faut imprimer des pièces complexes ou présentant des détails compliqués. Il est possible d’obtenir une meilleure finition par des procédés de polissage chimiques ou mécaniques. Les imprimantes FDM industrielles utilisent des supports solubles pour pallier à ces difficultés et propose une gamme plus large de thermoplastiques à usage technique, mais elles reviennent beaucoup plus cher.
FDM printers struggle with complex designs or parts with intricate features (left), compared to SLA printers (right).
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.
Stéréolithographie (SLA)
Qu'est ce que l'impression 3D SLA ?
Inventée dans les années 80, la stéréolithographie fut la première technologie de fabrication additive, et reste aujourd'hui l'une des technologies les plus prisées par les professionnels. Le SLA utilise un laser afin de tranformer une résine liquide en un plastique solide, grâce au procédé de photopolymérisation.
Comment fonctionne le SLA ?
Découvrir comment fonctionne la stéréolithographie.
De tous les procédés d’impression 3D, la stéréolithographie est celui qui produit des pièces avec la plus haute résolution et précision, les détails les plus fins et une excellente finition de surface. Mais l’un de ses atouts principaux est sa polyvalence. Les fabricants ont mis au point des formules de résines spécifiques innovantes, qui offrent une gamme étendue de propriétés thermiques, mécaniques et optiques, correspondant à celles des thermoplastiques standards, techniques ou industriels.
Les pièces imprimées en SLA présentent des détails fins, des finitions lisses et des couches superposées très peu visibles. Cette pièces a été imprimée sur une imprimante 3D de bureau SLA Form 3.
Le procédé de stéréolithographie convient particulièrement bien à la fabrication de prototypes détaillés qui requièrent une surface lisse et un ajustement précis, telles que des moules, des modèles et des pièces fonctionnelles. La stéréolithographie est largement utilisée dans de nombreux secteurs, allant de la production de concepts ou de produits à la production industrielle pour l’odontologie, la joaillerie, en passant par le modélisme et l’enseignement.
Impression 3D de bureau stéréolithographique (SLA)
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Frittage Laser Sélectif (SLS)
Qu'est ce que le SLS ?
Le Frittage Laser Sélectif (SLS) est le procédé de fabrication additive le plus utilisé dans l’industrie. Il repose sur la fusion d'un matériau sous forme de poudre.
Comment fonctionne le SLS ?
Les imprimantes 3D SLS utilisent un laser haute puissance pour faire fusionner de petites particules de poudre polymère. La poudre non fusionnée supporte la pièce pendant l’impression, ce qui élimine le besoin de supports spéciaux. C’est pourquoi le procédé SLS convient parfaitement aux pièces à géométrie complexe, notamment lorsqu’elles présentent des détails internes, des parois minces ou des formes négatives. Les pièces imprimées en SLS présentent d’excellentes caractéristiques mécaniques et une solidité similaire à celle de pièces moulées par injection.
Les pièces imprimées en SLS présentent une surface légèrement rugueuse, mais avec des couches presques invisibles. Cet exemple de pièces a été imprimé sur une imprimante 3D SLS Fuse 1.
Le matériau le plus couramment utilisé avec le procédé SLS est le nylon, un thermoplastique technique présentant d’excellentes propriétés mécaniques. Le nylon est léger, solide et flexible. Il reste stable lorsqu’il est soumis à un choc, à des produits chimiques, à la chaleur, aux UV, à l’eau et à la saleté.
Le procédé SLS est souvent choisi par les ingénieurs pour le prototypage fonctionnel en raison du faible coût par pièce, d’une grande productivité et de la confiance dans des matériaux éprouvés. Ce procédé est une alternative rentable au moulage par injection pour la production de séries limitées ou le lancement rapide d’un nouveau produit (« bridge-manufacturing »).
Introduction à l’impression 3D à frittage sélectif par laser (SLS)
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Comparaison des procédés FDM, SLA et SLS
Chaque technologie de fabrication additive a ses propres avantages, inconvénients et exigences, et convient à diférentes applications et structures. Le tableau suivant résume certaines des caractéristiaues majeures à prendre en considération.
| dépot de filament fondu (FDM) | Stéréolithographie (SLA) | Frittage Laser Sélectif (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Résolution | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Précision | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Finitions | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Volume de production | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Complexité du design | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Simplicité d'utilisation | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Avantages | Rapide Machines et consommables bon marché | Excellent rapport qualité-prix Haute précision Finitions lisses Large gamme d'applications fonctionnelles | Pièces focntionnelles robustes Liberté de design Pas besoin de supports |
| Inconvénients | Faible précision Low details Compatibilité de design limitée | Volume de production moyen Sensible à l'exposition longue durée aux rayong UV | Finitions légèrement rugueuses Choix de matériaux limité |
| Applications | Prototypage rapide bon marché Modèles conceptuels basiques | Prototypage fonctionnel Applications dentaires Prototypage et moulage pour joaillerie Modélisme | Prototypage fonctionnel Production industrielle de pièces personnalisée, pour le court-terme, ou de transition |
| Volume d'impression | Jusqu'à ~300 x 300 x 600 (imprimantes 3D de bureau) | Jusqu'à 145 x 145 x 175 mm (imprimantes 3D de bureau) | Jusqu'à 165 x 165 x 300 mm (imprimantes 3D pour atelier) |
| Matériaux | Thermolpastiques standards (similaires à l'ABS, PLA, etc). | Larges gammes de résine (plastiques à thermofixation). Classique, pour l'ingénierie (similaire à l'ABS, PP, flexible, résistante à la chaleur), calcinable, dentaire, et médicale (biocompatible). | Plastiques à thermofixation pour l'ingénierie. Nylon 11, Nylon 12 et leurs composites. |
| Formation nécessaire | Formation minimale sur la mise en place, le fonctionnement de l'appareil et la finition des pièces. Formation modérée sur la maintenance. | Appareil prêt-à-l'emploi. Formation minimale sur la mise en place, la maintenance, le fonctionnement de l'appareil et la finition des pièces. | Formation modérée sur la mise en place, la maintenance, le fonctionnement de l'appareil et la finition des pièces. |
| Prérequis pour l'environnement de travail | Environnement avec conditionnement d'air et si possible ventilation adaptée aux appareils de bureau. | Appareils pouvant être installés dans des bureaux. | Atelier avec des besoins d'espace faibles, similaires à ceux d'appareils sur établi. |
| Équipement supplémentaire | Système d'enlèvement des supports solubles (automatisation possible), outils de finition. | Poste de post-traitement par cuisson UV, poste de lavage (automatisation possible), outils de finition. | Station de post-traitement après impression pour le nettoyage des pièces et la récupération des matériaux. |
Consultez notre webinaire (en anglais) pour en savoir plus sur la comparaison des technologies FDM, SLA, et SLS et ses applications.
Coûts et retour sur investissement
Vous devez choisir le procédé le mieux adapté à votre entreprise. Les prix ont considérablement baissé ces dernières années et il existe maintenant des systèmes compacts et abordables pour mettre en œuvre ces trois procédés.
Le calcul des coûts ne doit pas s'arrêter à ceux des équipements. Les matériaux et les coûts de main d’œuvre ont également un effet important sur le coût par pièce, qui dépend de l'application et de vos besoins de production.
En voici la répartition en fonction du procédé :
| Dépôt de filament fondu (FDM) | Stéréolithographie (SLA) | Frittage Laser Sélectif (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Coûts d'équipement | Le prix des appareils de bureau démarre à 2000 € et celui des systèmes industriels à 15 000 €. | Le prix des imprimantes de bureau démarre à 3500 € et 80 000 € pour des machines industrielles de grande taille. | Le prix des appareils vont de 18 500 € à 100 000 € pour les imprimantes industrielles. |
| Coûts des matériaux | 50 à 150 €/kg pour la plupart des filaments standards ou techniques et 100 à 200 €/kg pour les matériaux de supports. | 149 à 200 €/l pour la plupart des résines standards ou techniques. | 100 €/kg pour le nylon. Le procédé SLS ne requiert pas de supports d'impression et la poudre non frittée peut être réutilisée, ce qui réduit les coûts des matériaux. |
| Besoin de main d'œuvre | L'enlèvement des supports est réalisé à la main (il est automatisable pour des systèmes industriels avec supports solubles). Le traitement après impression est long pour obtenir une haute qualité de finition. | Traitement après cuisson UV et nettoyage (les deux peuvent être pratiquement automatisés). Le traitement après impression pour enlever les marques de supports est facile à réaliser. | Simple nettoyage de la poudre en excès. |
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Plus d’informations sur l’impression 3D
Prototypes de lunettes de ski imprimés par FDM, SLA et SLS (de gauche à droite).
Nous espérons que cet article vous a aidé à choisir le procédé le mieux adapté à votre application.
Vous trouverez dans nos documents ressources d'autres conseils permettant de maitriser l'impression 3D et des explications approfondies au sujet de chacun des procédés et des systèmes d'impression spécifiques.