SLA ou DLP : Comparaison des techniques d'impression 3D en résine (Guide 2020)

Table des matières

Il existe de nombreux procédés d'impression 3D sur le marché. Vous familiariser avec les nuances de chaque technique peut vous aider à comprendre ce que vous pouvez attendre des pièces imprimées avec chaque technique, et donc vous permettre de choisir quelle technique est la mieux adaptée à vos besoins.

Les procédés d'impression 3D par stéréolithographie (SLA) et traitement numérique de la lumière (DLP) sont les deux techniques les plus courantes pour l'impression 3D avec résine. Les imprimantes 3D à résine doivent leur grande popularité à leur capacité à produire des pièces et prototypes isotropes et étanches de haute précision à partir d'une grande variété de matériaux avancés, avec des détails fins et une finition de surface lisse. 

Bien que ces deux techniques aient été par le passé complexes et hors de prix, les imprimantes 3D de bureau SLA et DLP disponibles aujourd'hui permettent de produire des pièces de qualité industrielle à un prix abordable et avec une versatilité inégalée grâce à la vaste gamme de matériaux disponibles.

Les deux techniques fonctionnent en exposant de manière sélective de la résine liquide à une source lumineuse (laser pour la SLA, projecteur pour la DLP) pour former des couches très fines de plastique solide qui s'empilent pour créer un objet solide. Bien que leurs principes soient similaires, ces deux techniques peuvent donner des résultats très différents.

Dans ce guide approfondi, nous allons aborder tous les détails de chaque technologie et explorer leurs différences en termes de résolution, précision, volume d'impression, vitesse, procédure de travail, et bien plus encore.

Comment fonctionnent les imprimantes 3D SLA ?

Les imprimantes 3D SLA de bureau contiennent un bac à résine avec une base transparente et une surface non-adhésive. Celui-ci sert de substrat contre lequel la résine liquide est polymérisée. Ceci permet aux couches nouvellement formées de se détacher délicatement. 

Le processus d'impression commence quand la plateforme de fabrication est descendue dans le bac à résine, laissant un espace égal à l'épaisseur de couche entre la plateforme de fabrication, ou au moins la dernière couche imprimée, et le fond du bac à résine. Un laser est pointé sur deux galvanomètres à miroir, qui dirigent la lumière sur les coordonnées correctes sur une série de miroirs, le faisceau est orienté vers le haut à travers le bas du bac et polymérise une couche de résine. 

La couche polymérisée est alors séparée du fond du bac à résine et la plateforme de fabrication remonte pour laisser un nouveau flux de résine s'écouler en-dessous. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'impression soit terminée.

Low Force Stereolithography (LFS) utilisée par la Form 3 et la Form 3L est la nouvelle étape dans l'évolution de l'impression 3D SLA. 

Dans les imprimantes 3D LFS, l'optique se trouve dans la Light Processing Unit (LPU). À l'intérieur de la LPU, un galvanomètre contrôle la position du faisceau laser haute densité sur l'axe Y, le fait passer par un filtre spatial puis le dirige vers un miroir dièdre et un miroir parabolique pour obtenir un faisceau toujours perpendiculaire au plan de fabrication et assurer des impressions précises et répétables. 

Quand la LPU se déplace dans la direction X, la pièce imprimée est délicatement retirée du fond flexible du bac, ce qui réduit considérablement les forces exercées sur les pièces pendant le processus d'impression.

L'impression 3D LFS réduit considérablement les forces exercées sur les pièces au cours du processus d'impression, en utilisant un bac flexible et l'illumination linéaire pour obtenir une qualité de surface et une précision d'impression incroyables.

Cette forme avancée de stéréolithographie offre une qualité de surface et une précision d'impression incroyables. Les forces d'impression réduites permettent également d'utiliser des structures de support à points de contact réduits qui se retirent facilement et ce procédé ouvre la voie à de nombreuses possibilités de développement de matériaux de pointe, prêts à la production.

En savoir plus sur l'impression 3D SLA


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Impression 3D de bureau stéréolithographique (SLA)

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Comment fonctionnent les imprimantes 3D DLP ?

Tous comme leurs homologues SLA, les imprimantes 3D DLP de bureau sont construites autour d'un bac à résine avec un fond transparent et une plateforme de fabrication qui descend dans le bac à résine pour créer la pièce à l'envers, couche par couche.

La différence est la source lumineuse. Les imprimantes 3D DLP utilisent un projecteur à écran numérique qui va projeter une image de la couche sur l’ensemble de la plateforme de fabrication, polymérisant tous les points de la couche simultanément. 

La lumière est réfléchie sur une matrice de micro-miroirs (DMD), un masque dynamique consistant de miroirs microscopiques disposés dans une matrice sur une puce semi-conducteur. Le déplacement rapide de ces minuscules miroirs entre les lentilles qui dirigent la lumière vers le fond du bac ou un dissipateur thermique définit les coordonnés où la résine liquide sera polymérisée dans une couche donnée. 

Comme le projecteur est à écran numérique, l’image de chaque couche est un ensemble de pixels carrés, chaque couche en trois dimensions étant alors composée de petites briques rectangulaires appelées voxels.


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SLA ou DLP : Comparaison côte à côte

Résolution

La résolution figure de manière prédominante dans les fiches techniques des imprimantes 3D, mais elle prête également à confusion. Les unités de base dans les procédés SLA et DLP étant de formes différentes, il est difficile de comparer les appareils sur la seule base de caractéristiques numériques.

Dans l’impression 3D, il faut tenir compte de trois dimensions : les deux dimensions des plans en 2D (X et Y) et la dimension verticale Z spécifique à l’impression 3D.

La résolution de Z est définie par l'épaisseur de couche qu'une imprimante 3D peut produire. Les prcoédés SLA et DLP offrent tous deux des résolutions Z des plus fines (soit des couches très minces) de tous les procédés d'impression 3D, et les utilisateurs peuvent normalement choisir parmi une vaste gamme d'épaisseurs de couche, entre 25 et 300 microns, ce qui permet aux designers de trouver le juste équilibre entre le niveau de détail et la vitesse d'impression.

Dans l'impression 3D DLP, la résolution XY est définie par la taille des pixels, la plus petite caractéristique que le projecteur peut reproduire dans une couche unique. Ceci dépend de la résolution du projecteur, la plus courante étant full HD (1080 p), et sa distance de la vitre optique. Il en résulte que la plupart des imprimantes 3D DLP de bureau ont une résolution XY fixe, généralement entre 35 et 100 microns.

Pour les imprimantes 3D SLA, la résolution XY résulte des dimensions du point laser et des incréments de commande du faisceau laser. Par exemple, l'imprimante 3D LFS Form 3 à un laser avec un point de 85 microns, mais grâce au processus de balayage constant, le laser peut se déplacer par incréments plus faibles et l'imprimante peut produire régulièrement des pièces avec une résolution XY de 25 microns.

Cependant, la résolution en elle-même est souvent une mesure peu informative. Elle offre une indication, mais elle n'a pas d'incidence directe sur l'exactitude, la précision, et la qualité d'impression.

En savoir plus sur l'impression 3D dans notre guide détaillé.

Exactitude et précision

Comme l'impression 3D est un processus additif, chaque couche est une opportunité d'imprécision, et le processus de formation des couches a une incidence sur le niveau de précision, défini comme la répétabilité de l'exactitude de chaque couche. L'exactitude et la précision dépendent de nombreux facteurs : Le processus d'impression 3D, les matériaux, le paramétrage du logiciel, le post-traitement, et bien plus encore. 

En règle générale, les imprimantes 3D à résine SLA et DLP sont parmi les processus d'impression 3D les plus précis et exacts. Les différences d'exactitude et de précision sont souvent mieux expliquées par les différences entre les machines de divers fabricants que par les différences de technologies en elle-mêmes.

Par exemple, des imprimantes SLA ou DLP d'entrée de gamme peuvent utiliser des projecteurs, lasers, ou galvanomètres du commerce, et leurs fabricants vont essayer de tirer la meilleure performance possible de ces pièces. Les imprimantes 3D SLA et DLP, comme la Form 3 de Formlabs ont un système optique spécialement conçu et adapté aux spécifications exigées par les applications professionnelles de ses clients.

L'exactitude et la précision sont essentielles pour des pièces comme des gouttières dentaires (à gauche) et des guides chirurgicaux (à gauche). 

L'étalonnage est également essentiel. Avec les projecteurs DLP, les fabricants doivent gérer la distribution non uniforme de la lumière sur le plan de fabrication et la distorsion optique des lentilles, ce qui signifie que les pixels au centre ne sont pas de la même taille ni de la même forme que les pixels des bords. Les imprimantes 3D SLA utilisent la même source lumineuse pour chaque partie de la pièce, ce qui signifie qu'elle est uniforme par définition, mais un étalonnage extensif est nécessaire pour prendre en compte les distorsions.

Même une imprimante 3D avec des composants de la meilleure qualité et un degré d'étalonnage élevé peut produire des résultats très différents selon le matériau utilisé. Différentes résines nécessitent des paramètres de matériau optimisés pour fonctionner comme prévu, ce qui peut ne pas être disponible pour les matériaux standard ou les résines qui n'ont pas été testées en profondeur avec un modèle d'imprimante 3D spécifique.

Que devons-nous retenir ? L'exactitude et la précision sont quasiment impossibles à comprendre en se fiant aux seules spécifications techniques. Au final, la meilleure façon d'évaluer une imprimante 3D est d'inspecter de vraies pièces imprimées ou de demander au fabricant de créer une impression test à partir d'un de vos designs.

Volume d'impression

Avec les imprimantes 3D DLP, il existe un compromis entre résolution et volume d'impression. La résolution dépend du projecteur, qui détermine le nombre de pixels/voxels disponibles. Si on déplace le projecteur plus près de la vitre optique, les pixels deviennent plus petits, ce qui augmente la résolution, mais limite la zone de fabrication disponible. 

Certains fabricants empilent plusieurs projecteurs à côté les un des autres ou utilisent un projecteur haute-définition de 4K pour augmenter le volume d'impression, mais ceci donne des coûts considérablement plus élevés, et ces machines sont trop chères pour le marché des machines de bureau.

Il en résulte que le imprimantes 3D DLP sont généralement optimisées pour des cas d'utilisation spécifiques. Certaines ont un volume d'impression plus petit et offre une haute résolution pour produire des petites pièces très détaillées, comme des bijoux, alors que d'autres peuvent produire des pièces plus volumineuses mais à une résolution plus faible. 

Les systèmes SLA sont par nature plus flexibles, puisque le volume d'impression des imprimantes 3D SLA est totalement indépendant de la résolution de l’impression. Une impression SLA peut être de n’importe quelles taille et résolution, à n’importe quel endroit sur la zone de fabrication. Ceci permet d'imprimer en 3D des pièces de grand format haute résolution, ou une grande série de petites pièces détaillées pour augmenter le volume de production avec une même machine.

L'autre obstacle à l'augmentation du volume d'impression pour les imprimantes 3D SLA et DLP est la force de décollement. Lors de l'impression de pièces de grand format, les forces exercées sur les pièces augmentent exponentiellement au fur et à mesure qu'une couche polymérisée est séparée du bac. 

Avec l'impression 3D LSF, le film flexible à la base du bac à résine se décolle doucement au fur et à mesure que la plateforme de fabrication fait monter la pièce, ce qui réduit considérablement les contraintes sur la pièce. Cette caractéristique unique a permis d’augmenter considérablement le volume d'impression de la première imprimante 3D SLA grand format abordable, la Form 3L.

La Form 3L est la première imprimante 3D SLA grand format abordable, avec un volume d'impression de 30 cm x 33,5 cm x 20 cm.

Finition de surface

Les imprimantes 3D à résine SLA et DLP sont connues pour leur capacité à créer des pièces avec la finition de surface la plus lisse de tous les procédés d'impression 3D. Quand nous décrivons les différences, dans la plupart des cas, elles sont seulement visibles sur des pièces très petites ou des modèles très détaillés.

Comme l’impression 3D se fait par couche, les pièces présentent souvent des lignes horizontales visibles. Dans le cas du procédé DLP, où les images sont constituées de voxels rectangulaires, les pièces présentent aussi des traces verticales.

Le procédé d'impression 3D DLP utilisant des images constituées de voxels rectangulaires, les pièces présentent aussi des traces verticales. Sur cette image, à gauche, on voit les lignes verticales des voxels telles qu’elles apparaissent après l’impression. À droite, elles ont été accentuées pour mieux les distinguer.

Comme l'unité est rectangulaire, les voxels ont également un effet sur les bords arrondis. C’est un peu comme construire une forme ronde avec des briques LEGO. Les bords seront en escalier tant sur l’axe Z que dans le plan XY.

La forme rectangulaire des voxels donne un aspect en escalier au bords arrondis. Enlever les traces des voxels et des couches requiert des post-traitements, un ponçage par exemple.

Avec l'impression 3D LFS, les couches sont quasiment invisibles. Ainsi, la rugosité des surfaces est moindre, la finition de surface est donc lisse, et pour les matériaux transparents, les pièces sont plus translucides.

Vitesse et volume de production

Quand on pense à la vitesse en impression 3D, il est important de ne pas seulement prendre en compte la vitesse d'impression brute, mais aussi le volume de production.

En règle générale, la vitesse d'impression brute est similaire pour les imprimantes 3D à résine SLA et DLP. Lorsque le projecteur expose toutes les couches à la fois, la vitesse d'impression en impression 3D DLP est uniforme et ne dépend que de la hauteur de la construction, tandis que les imprimantes 3D SLA dessinent chaque partie au laser. En règle générale, il en résulte que les imprimantes 3D SLA sont comparables ou plus rapides lors de l’impression de pièces uniques de petite ou moyenne taille, tandis que les imprimantes 3D DLP sont plus rapides pour imprimer des pièces de grande taille et pleines, ou la construction de plusieurs pièces qui occupent une grande partie de la plateforme. 

Mais une fois encore, il est bon de prendre en compte le compromis entre résolution et volume d'impression pour les imprimantes DLP. Une petite imprimante 3D DLP peut imprimer une petite pièce, ou un (petit) lot de petites pièces rapidement, à haute résolution, mais le volume d'impression limite les dimensions des pièces et le volume de production. Une machine différente avec un volume d'impression plus important peut imprimer des pièces plus grandes ou un lot de petites pièces plus rapidement, mais avec une résolution inférieure à celle des machines SLA.

Les imprimantes 3D SLA peuvent offrir toutes ces options en une seule machine et donnent aux utilisateurs la liberté de décider si la résolution, la vitesse, ou le volume de production doit être privilégié.

Les imprimantes 3D SLA offrent un grand volume d'impression, ce qui permet aux utilisateurs de produire des lots de pièces pendant la nuit pour augmenter le volume de production. 

Processus de travail et matériaux

Comme pour ce qui est de l'exactitude et de la précision, le processus de travail et les matériaux disponibles sont plus différents d'une machine à l'autre que d'un procédé à l'autre. 

La plupart des imprimantes SLA et DLP sont « Plug & Play », et leurs plateformes de fabrication et bacs à résine sont facilement échangeables. Quelques modèles plus avancés ont également un système de cartouche qui remplit automatiquement le bac de résine liquide, ce qui nécessite moins d'attention de la part de l'opérateur et facilite les impressions de nuit. 

Quelques imprimantes sont fournies avec des logiciels propriétaires pour préparer les modèles 3D à l'impression, comme PreForm pour les imprimantes 3D SLA Formlabs, alors que les autres fabricants proposent des solutions du commerce. Les fonctionnalités sont différentes selon les outils logiciels, par exemple, PreForm permet de configurer les impressions en un clic, et offre des contrôles manuels puissants pour optimiser la densité et les dimensions des supports, une épaisseur de couche adaptative, ou des fonctions pour gagner du temps et économiser du matériau. Par chance, il est facile de télécharger et essayer ce logiciel avant l'achat d'une imprimante 3D.

Les imprimantes 3D à résine offrent une large gamme de matériaux pour toutes sortes d'applications.

L'un des avantages les plus importants de l'impression 3D en résine est la variété des matériaux disponibles, ce qui permet de créer des pièces pour diverse applications. Les résines SLA présentent de nombreuses formules différentes : les matériaux peuvent être mous ou durs, fortement chargés en matériaux secondaires comme du verre ou de la céramique, présenter des propriétés mécaniques comme une température de fléchissement sous charge élevée ou une résistance aux chocs. 

Cependant, la gamme d'options de matériaux compatibles dépend du modèle d'imprimante 3D, nous vous recommandons donc de vous renseigner auprès du fabricant avant de procéder à l'achat. 

Les pièces imprimées avec les procédés SLA et DLP requièrent un post-traitement après impression. Tout d'abord, les pièces doivent être lavées dans un solvant pour retirer l'excédant de résine. Certains matériaux fonctionnels comme ceux utilisés pour les pièces d'ingénierie ou biocompatibles nécessitent une post-polymérisation. Pour les imprimantes 3D SLA, Formlabs offre des solutions d'automatisation de ces étapes, ce qui économise du temps et des efforts.

Au minimum, les pièces imprimées en 3D sur des structures de support doivent avoir ces structures retirées. Ce processus manuel est similaire pour les imprimantes 3D SLA et DLP. L'impression 3D LFS simplifie cette étape en offrant des structures de support à point de contact réduit pour permettre de les retirer facilement en laissant des marques minimes.

Guide de démarrage de l'impression 3D SLA

Maintenant que les différences de techniques et de résultats ont été expliquées, nous espérons qu'il vous sera plus facile de choisir la meilleure solution d'impression 3D pour vos procédures de travail et vos besoins de production.

Pour découvrir la nouvelle génération d'impression 3D SLA, en savoir plus sur les imprimantes 3D LFS Form 3 et Form 3L

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