Il existe de nombreuses techniques 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, et donc vous permettre de choisir la technique la mieux adaptée à vos besoins.
Le PolyJet et la stéréolithographie (SLA) sont deux procédés courants d'impression 3D résine. Les deux technologies 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.
Dans ce guide complet, nous examinons les imprimantes 3D PolyJet et SLA de plus près, et observons leurs différences en termes de coûts, de qualité d'impression, de matériaux, d'applications, de processus de travail, de vitesse et plus encore, pour vous aider à décider quelle technique est la plus adaptée aux besoins de votre entreprise.
Qu'est-ce que l'impression 3D PolyJet ?
Le PolyJet appartient à la famille des procédés de fabrication additive par projection de matériaux. La technologie a été développée par Objet, et a ensuite été rachetée par Stratasys. Il existe d'autres imprimantes à jet de matière sur le marché, mais seule Stratasys les vend sous la marque PolyJet.
Les imprimantes 3D PolyJet fonctionnent de manière similaire aux imprimantes à jet d'encre traditionnelles, mais elles durcissent des gouttes de plastique photopolymère au lieu de projeter des gouttelettes d'encre. Pendant l'impression, une tête d'impression se déplace sur la plateforme de fabrication le long des axes X et Y, projetant des gouttelettes de résine sur la plateforme. Dans le même mouvement, la lumière ultraviolette de la tête d'impression polymérise les gouttelettes sur la plateforme de fabrication. Une fois la couche terminée, la plateforme descend, afin que la tête d'impression puisse appliquer une deuxième couche. L'objet imprimé continuera ensuite à se former jusqu'à la fin du processus.
Pour les géométries plus complexes comme les porte-à-faux, l'imprimante 3D projette un matériau de support amovible semblable à du gel. Les têtes d'impression peuvent également mélanger plusieurs matériaux pour obtenir des propriétés et des couleurs uniques.
Qu'est-ce que l'impression 3D 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.
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.
La technologie 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 réduit considérablement les forces exercées sur les pièces pendant le processus d'impression.
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. Ce procédé a permis de développer des matériaux de pointe, prêts à la production.
Introduction à l'impression 3D avec la stéréolithographie de bureau (SLA)
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Impression 3D SLA vs. PolyJet : comparaison approfondie
Si les imprimantes 3D PolyJet et SLA permettent de créer des pièces haute résolution en résine, elles présentent divers avantages et inconvénients pour des applications spécifiques. Il est donc utile de comparer leurs forces et faiblesses dans quelques catégories clés.
Coûts et retour sur investissement
L'une des principales différences entre les imprimantes PolyJet et SLA concerne leur coût. Lorsque les brevets SLA ont commencé à expirer à la fin des années 2000 et que des imprimantes 3D SLA de bureau de plus petit format ont été introduites sur le marché, le coût des imprimantes SLA a été divisé par 100. Aujourd'hui, les prix des imprimantes SLA professionnelles débutent à environ 3750 €, tandis que les imprimantes d'atelier grand format commencent à 11 000 €.
En revanche, les imprimantes PolyJet sont nettement plus chères, avec des prix allant de 30 000 à 500 000 € voire plus. Il ne s'agit que du coût de la machine : les plans de service obligatoires peuvent coûter jusqu'à 20 % du prix d'une imprimante PolyJet par an, ce qui est suffisant pour acheter un parc entier d'imprimantes SLA chaque année.
En outre, les matériaux PolyJet sont généralement deux à trois fois plus chers que les résines SLA. Par conséquent, le coût global par pièce des impressions PolyJet est plusieurs fois supérieur à celui des impressions SLA. Les imprimantes PolyJet nécessitent également plus de maintenance, ce qui augmente la quantité de travail nécessaire pour faire fonctionner ces machines.
Ainsi, à moins que vous n'ayez spécifiquement besoin de PolyJet pour une application particulière, comme des modèles en couleur ou des pièces multi-matériaux, vous aurez probablement un meilleur retour sur investissement avec une imprimante SLA.
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Qualité d'impression et précision
Comme l'impression 3D est un processus additif, chaque couche peut comporter des erreurs, 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. Les tolérances, la précision et l'exactitude de l'impression 3D dépendent de nombreux facteurs différents : le processus d'impression 3D, les matériaux, les paramètres du logiciel, le post-traitement, etc.
Les imprimantes 3D PolyJet et SLA comptent parmi les procédés d'impression 3D les plus précis et exacts, avec des tolérances de l'ordre de ± 0,2 % (limite inférieure : ± 0,1 mm). Grâce à des sources lumineuses de haute précision, ces procédés permettent d'obtenir des détails précis et de produire en permanence des résultats de haute qualité.
Les pièces imprimées par 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.
En fonction de la géométrie du modèle, les pièces imprimées en 3D par PolyJet et par SLA nécessitent des structures de support, qui peuvent être essentielles pour atteindre la précision dimensionnelle souhaitée, en particulier dans le cas de géométries complexes ou de parois larges et fines.
Avec le SLA, les supports sont retirés manuellement lors du post-traitement. Les supports à point de contact réduit améliorés des imprimantes Formlabs se détachent en quelques secondes à peine et permettent de gagner du temps en post-traitement. Les pièces imprimées par SLA sont également connues pour leur finition de surface lisse, qui, selon le matériau, peut être mate ou brillante.
Avec les imprimantes PolyJet, les structures de support sont éliminées avec un jet d'eau lors du post-traitement. Ce jet exerce des forces sur les pièces et peut briser des détails complexes ou plier des parois fines. Les imprimantes PolyJet peuvent imprimer avec une surface mate et brillante. Cependant, la finition brillante est limitée aux sections du modèle ne comportant pas de supports.
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Matériaux et applications
L'une des principales différences entre le PolyJet et le SLA est la disponibilité des matériaux, qui définit également les applications possibles avec ces imprimantes.
Selon le modèle d'imprimante, la plupart des imprimantes 3D PolyJet prennent en charge environ cinq à dix matériaux différents. Il s'agit de matériaux de prototypage standard, de matériaux de différentes couleurs, de matériaux transparents et de matériaux biocompatibles. Les imprimantes 3D PolyJet haut de gamme permettent également d'imprimer avec plusieurs matériaux en même temps, ce qui permet de nouvelles applications telles que l'impression de prototypes multicolores et multi-matériaux.
Cependant, les imprimantes PolyJet ne peuvent imprimer qu'avec des matériaux à faible viscosité, ce qui limite considérablement la gamme des propriétés disponibles. Les matériaux PolyJet ont également une faible température de fléchissement sous charge (TFC), généralement autour de 45 – 50 °C, ce qui signifie qu'ils peuvent même commencer à se déformer sous une forte lumière. Par conséquent, l'impression PolyJet n'est idéale que pour la modélisation de concepts et les applications de prototypage non fonctionnelles, ainsi que pour certaines applications dentaires et médicales nécessitant une biocompatibilité.
Les imprimantes 3D SLA prennent en charge une gamme de matériaux beaucoup plus large qu'une imprimante PolyJet classique, avec jusqu'à plus de 30 matériaux pour les imprimantes 3D Formlabs. Les résines SLA peuvent être flexibles, rigides ou opaques, fortement chargées en matériaux secondaires comme du verre ou de la céramique, et présenter des propriétés mécaniques comme une température de fléchissement sous charge (TFC) élevée ou une résistance aux chocs.
Les imprimantes 3D SLA offrent la plus grande gamme de matériaux pour les applications d’ingénierie, de production industrielle et de soins de santé.
Les matériaux SLA peuvent être très similaires aux matériaux thermoplastiques d'usage courant pour le prototypage rapide, avec des matériaux spécifiques formulés pour être doux au toucher, thermiquement et chimiquement résistants, très durables ou dimensionnellement stables sous charge. L'impression 3D SLA offre également le plus grand choix de matériaux biocompatibles pour les applications dentaires et médicales.
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Processus de travail et facilité d'utilisation
Le processus de travail pour l'impression 3D PolyJet et SLA tient en trois étapes : la conception, l'impression 3D, et le post-traitement.
Découvrez comment passer de la conception à l'impression 3D avec l'imprimante 3D SLA Form 3+.
Tout d'abord, utilisez un logiciel de CAO ou des données de numérisation 3D pour concevoir un modèle, puis exportez-le dans un format de fichier imprimable en 3D (STL ou OBJ). Les imprimantes 3D ont ensuite besoin d'un logiciel de préparation d'impression ou de découpe pour spécifier les paramètres d'impression et découper le modèle numérique en couches pour l'impression.
Les imprimantes 3D SLA et PolyJet sont fournies avec leur logiciel propriétaire et des paramètres prédéfinis pour chaque matériau qui ont été minutieusement testés pour garantir le meilleur taux de réussite des impressions.
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Une fois l'impression lancée, la plupart des imprimantes 3D peuvent fonctionner sans surveillance, même pendant la nuit, jusqu'à ce que l'impression soit terminée. Les imprimantes 3D PolyJet et SLA de pointe, comme la Form 3+ et la Form 3L, offrent un système de cartouches qui recharge le matériau automatiquement.
Pour le post-traitement, vous devrez retirer manuellement les supports d'une pièce imprimée par PolyJet à l'aide d'un jet d'eau. S'il s'agit de supports épais, vous devrez les décoller après les avoir plongés dans un bain chimique. Cela peut plier des pièces avec des parois fines et casser facilement des éléments délicats. Les pièces PolyJet ne nécessitent pas de post-polymérisation : les modèles sortent de l'imprimante entièrement polymérisés.
Le post-traitement PolyJet comprend une combinaison de bains chimiques, de décollement et de jet d'eau, ce qui peut endommager les caractéristiques complexes.
Les imprimantes PolyJet nécessitent souvent plus d'entretien qu'une imprimante SLA typique. Vous devrez nettoyer la tête d'impression, le plateau de fabrication et le rouleau après chaque utilisation. En outre, vous devrez nettoyer quotidiennement les lampes UV et le racloir et effectuer des tests réguliers pour vous assurer que votre imprimante est en bon état de marche.
Les imprimantes PolyJet nécessitent également une configuration et une formation sur site. La complexité du flux de travail et la courbe d'apprentissage abrupte signifient que ce système nécessite un technicien qualifié en interne pour le faire fonctionner et l'entretenir.
Les pièces imprimées par SLA doivent être rincées dans de l'alcool isopropylique ou un autre solvant pour enlever la résine non polymérisée de leur surface. En suivant le processus de travail standard, il faut d'abord enlever les pièces de la plateforme de fabrication, puis les faire tremper manuellement dans un bain de solvant pour retirer les excès de résine.
Le post-traitement SLA peut être en grande partie automatisé avec des solutions de lavage et de post-polymérisation.
Des solutions professionnelles comme la Form Wash et la Form Wash L automatisent ce processus. Les pièces peuvent être transférées directement de l'imprimante à la Form Wash ou à la Form Wash L, qui agite le solvant autour des pièces pour les nettoyer, puis soulève automatiquement les pièces en dehors du bain d'alcool quand le processus est fini.
Après le rinçage et le séchage des pièces, certains matériaux SLA nécessitent une post-polymérisation, un processus permettant aux pièces d'atteindre une résistance et une stabilité maximales. Cette opération peut également être automatisée grâce à des solutions de polymérisation telles que la Form Cure et la Form Cure L.
Pour retirer les structures de support des pièces imprimées par stéréolithographie, il faut les couper, puis poncer légèrement le point d'attache sur la pièce pour éliminer les marques. La technologie Low Force Stereolithography (LFS)™ de Formlabs permet d'avoir des supports extrêmement légers. Ils peuvent être retirés en un instant, les marques sont minimales et les temps de post-traitement est donc réduit.
Outre l'entretien de l'imprimante et de la zone de travail, les imprimantes 3D SLA professionnelles ne nécessitent généralement pas de maintenance régulière. La simplicité du flux de travail permet également à n'importe quel employé d'une entreprise d'utiliser une imprimante SLA de manière autonome après moins d'une heure de formation.
Quand un post-traitement est nécessaire, les pièces SLA et PolyJet peuvent être facilement usinées, préparées, peintes, et assemblées pour des finitions et des applications spécifiques.
Démonstration pratique : la nouvelle Form 3+ et Build Platform 2
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Volume d’impression
Les imprimantes PolyJet sont disponibles en plusieurs tailles, des petits modèles d'atelier aux grandes machines industrielles de plusieurs tonnes. En raison des différences de technologie, il est moins difficile de développer des machines PolyJet de grandes tailles.
Les premières imprimantes 3D SLA étaient principalement de grandes machines industrielles qui offraient de grands volumes de fabrication, mais souvent à un coût encore plus élevé que le PolyJet et avec un flux de travail beaucoup plus complexe. Toutefois, grâce au développement rapide de la technologie d'impression SLA, les imprimantes SLA sont désormais disponibles sous forme d'imprimantes de bureau compactes et d'imprimantes d'atelier grand format.
Le processus SLA inversé au cœur des imprimantes SLA de bureau et d'atelier permet de réduire l'encombrement et le coût des machines, mais introduit des forces de décollement importantes, qui induisent des limitations relatives aux matériaux et au volume d'impression, et les pièces requièrent des structures de support solides pour réussir l'impression.
Avec l'introduction du procédé d'impression LFS (Low Force Stereolithography) sur lequel sont basées les imprimantes Form 3 et Form 3L, Formlabs a complètement repensé l'approche de l'impression 3D à base de résine afin de réduire significativement les forces exercées sur les pièces pendant le processus d'impression. L'illumination linéaire uniforme et la réduction des forces de décollement des pièces du bac flexible, propres à la technologie LFS, se traduisent par l'augmentation progressive du volume d'impression, pour le même moteur d'impression puissant.
La Form 3L, première imprimante 3D à résine grand format abordable, produit rapidement des pièces de grande taille, grâce à deux LPU en étage, qui travaillent simultanément sur un passage de rayon laser optimisé. En offrant un volume d'impression cinq fois plus important que celui des imprimantes SLA actuelles, la Form 3L supprime les restrictions de taille qui entravent parfois les procédures de travail sur les imprimantes de bureau plus petites, tout en maintenant un prix compétitif.
La Form 3L offre un volume de fabrication cinq fois supérieur à celui des imprimantes SLA actuelles, et son prix est compétitif.
Démonstration de l'écosystème Form 3L
Vous souhaitez en savoir plus sur l'écosystème Form 3L et Form 3BL, ainsi que sur les nouvelles solutions de post-traitement grand format ? Dans cette démonstration, Kyle et Chris vous expliqueront en détails le flux de travail complet de la Form 3L, y compris le post-traitement.
Vitesse d'impression
Les technologies PolyJet et SLA sont considérées comme faisant partie des technologies d'impression 3D les plus rapides.
Les imprimantes 3D PolyJet offrent des vitesses d'impression très rapides dans un cube de douze centimètres, mais pour les modèles plus grands, la vitesse d'impression est bien moindre, car la tête d'impression doit se déplacer plus loin, ce qui fait que les couches prennent plus de temps à être fabriquées. Les lasers et les galvanomètres des imprimantes SLA sont tout aussi rapides pour les grandes que pour les petites pièces.
Les imprimantes PolyJet disposent également d'une gamme limitée de solutions de post-traitement automatisées. Ainsi, bien que le processus d'impression proprement dit puisse être plus rapide, le post-traitement est souvent plus lent et demande plus de travail avec une imprimante PolyJet.
La vitesse peut également dépendre du matériau utilisé. Imprimant deux fois plus vite que les matériaux SLA traditionnels de Formlabs, Draft Resin est une résine d'impression rapide idéale pour les prototypes initiaux, les itérations rapides ainsi que pour les modèles orthodontiques et dentaires. En accélérant le démarrage d’impression et en réduisant au minimum le retrait des supports et les durées de lavage et de post-polymérisation, Draft Resin optimise les processus de travail pour atteindre une efficacité vraiment maximale.
100 microns | 200 microns |
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100 microns | 200 microns |
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Impression 3D SLA vs. PolyJet : comparaison approfondie
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 pour comparer les imprimantes PolyJet et SLA.
| PolyJet | Stéréolithographie (SLA) | |
|---|---|---|
| Résolution | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Précision | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Finition de surface | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Volume de production | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| Conceptions complexes | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| Facilité d’utilisation | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Avantages | Haute précision Finition de surface lisse Impression 3D couleur Propriétés multi-matériaux Vitesses d'impression rapides (pour les petites pièces) | Excellent rapport qualité prix Haute-précision Finition de surface lisse Grande vitesse d'impression Large gamme d'applications fonctionnelles |
| Inconvénients | Machines et matériaux coûteux Options de matériaux limitées Les pièces sont sensibles à la chaleur et à une longue exposition aux UV Requiert de l'entretien et un opérateur attitré | Les pièces sont sensibles à une exposition prolongée aux UV |
| Applications | Modélisation de concepts
Prototypes visuels (non fonctionnels) Applications dentaires et médicales | Prototypes fonctionnels et visuels Modèles, moules, et outils Applications dentaires et médicales Prototypage et moulage en joaillerie Création de modèles |
| Volume d’impression | 294 x 192 x 148,6 mm pour les imprimantes d'atelier, jusqu'à 1000 x 800 x 500 mm pour les imprimantes grand format | 145 × 145 × 185 mm pour les imprimantes de bureau, jusqu'à 300 x 335 x 200 mm pour les imprimantes 3D d'atelier |
| Prix | Les imprimantes d'atelier commencent à environ 30 000 €, tandis que les machines industrielles grand format peuvent coûter plus de 500 000 €. | Les imprimantes de bureau professionnelles commencent à 3750 €, les imprimantes d'atelier grand format à 11 000 € et les machines industrielles grand format sont disponibles à partir de 80 000 €. |
| Matériaux | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard (opaques, transparentes, colorées), techniques, dentaires et médicales (biocompatibles) | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard (opaques, transparentes), techniques (similaires à l’ABS ou au polypropylène, souples, résistantes à la chaleur), coulables, dentaires et médicales (biocompatibles). |
Choisir l'imprimante 3D adaptée à vos besoins
Les technologies d'impression 3D PolyJet et SLA présentent toutes deux des avantages uniques, qu'il s'agisse d'une grande précision, d'une finition lisse, d'une vitesse d'impression rapide ou de matériaux performants. Cependant, la technologie SLA a évolué plus rapidement et offre des avantages uniques, surtout si l'on considère le coût, la facilité d'utilisation et la gamme d'applications possibles.
Formlabs offre deux systèmes d'impression 3D SLA haute précision, une sélection de matériaux spécialisés en constante évolution, un logiciel intuitif de préparation et de gestion d'impressions ainsi que des services professionnels, en un seul et même pack. Vous êtes curieux de découvrir la qualité des impressions par vous-même ? Commandez un échantillon qui sera expédié à votre bureau.
