SLA vs. Impression 3D PolyJet (jet de matériau) : Comparaison approfondie
Il existe de nombreux procédés d'impression 3D sur le marché. Connaître les caractéristiques de chacune permet de clarifier ce que l'on peut attendre en termes de résultats finaux, d'investissements initiaux, de flux de travail et de rapidité. Cela permet de choisir la technologie optimale pour votre application.
PolyJet, une forme d'impression 3D par jet de matériau, et la stéréolithographie (SLA) sont deux processus d'impression 3D résine courants. 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 détaillé, nous examinerons de plus près les imprimantes 3D PolyJet et SLA et les comparerons en termes de coûts, de qualité d'impression, de matériaux, d'applications, de flux de travail, de vitesse et bien plus encore, afin de vous aider à déterminer quelle technique est la mieux adaptée à votre activité.
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Qu'est-ce que le jet de matériau ?
Le jet de matériau est une forme d'impression 3D similaire à l'impression jet d'encre traditionnelle. Le jet de matériau est une forme d'impression 3D similaire à l'impression à jet d'encre traditionnelle, à la différence que cette technologie utilise des gouttelettes de plastique photopolymérisable qui sont polymérisées pendant le jet.
Comment fonctionne le jet de matériau ?
Pendant processus de jet de matériau, 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 continue de croître 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 PolyJet ?
L'impression 3D PolyJet appartient à la famille des procédés de fabrication additive par jet de matériau. La technologie PolyJet a été développée par Objet, et a ensuite été rachetée par Stratasys. Il existe d'autres imprimantes à jet de matériau sur le marché, mais seule Stratasys les vend sous la marque PolyJet.
Une imprimante 3D PolyJet Stratasys Connex 500.
Qu'est-ce que l'impression 3D SLA ?
La stéréolithographie est l'un des premiers procédés d'impression 3D, inventé au début des années 1980, et reste l'un des plus utilisés par les professionnels. L'impression 3D SLA utilise une source lumineuse pour polymériser la résine liquide en objets 3D en exposant une cuve ou un bac à résine à une source lumineuse qui la durcit.
Comment fonctionne l'impression 3D SLA ?
Les imprimantes 3D SLA de bureau inversées les plus courantes 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.
Il existe différents types de SLA ou d'impression 3D résine, définis en grande partie par le type de source lumineuse utilisée pour solidifier la résine. À l'heure actuelle, le procédé le plus courant est l'impression 3D par stéréolithographie masquée (MSLA), dans laquelle la source lumineuse est recouverte, ou masquée, de manière sélective par un écran LCD.
Les imprimantes Form 4 et Form 4L pour l'impression 3D grand format sont alimentées par le moteur d'impression Low Force Display™ (LFD), une forme avancée d'impression 3D MSLA.
Le cœur du moteur d'impression LFD est l'unité de rétroéclairage, une source lumineuse très puissante qui émet une lumière uniforme qui traverse une série de lentilles et arrive à la Light Processing Unit (LPU) 4, où elle est modelée sous la forme de la couche imprimée. Dès que la lumière atteint la résine liquide dans le bac à résine, toute la couche de résine exposée durcit immédiatement. La plateforme de fabrication se soulève alors, et l'axe Z détache avec précision la couche imprimée du fond du bac à résine.
Introduction à l’impression 3D avec la stéréolithographie de bureau (SLA)
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PolyJet (jet de matériau) vs. SLA : Comparaison détaillée
Si les imprimantes 3D PolyJet (jet de matériau) 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 3D SLA et les imprimantes 3D à jet de matériau concerne les matériaux. 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 2500 €, tandis que les imprimantes d'atelier grand format commencent à 5000 €.
En revanche, les imprimantes 3D à jet de matériau 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 résines pour les imprimantes 3D à jet de matériau sont généralement deux à trois fois plus chères 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.
Au St. Louis Children's Hospital, des modèles anatomiques tels que cette colonne vertébrale coûteraient environ 1600 € en résine PolyJet, contre 80 € avec Fast Model Resin de Formlabs.
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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 à jet de matériau 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 détails fins, un fini de surface lisse et un minimum de traces des couches d'impression. Ces pièces ont été imprimées à l'aide de Color Resin sur la Form 4.
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 imprimantes SLA Formlabs offrent des supports groupés à point de contact réduit améliorés qui 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 à jet de matériau et PolyJet prennent en charge environ 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 de jet de matériau 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 mécaniques 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 supportent une gamme de matériaux beaucoup plus large qu'une imprimante 3D à jet de matériau classique, avec jusqu'à plus de 45+ matériaux pour les imprimantes 3D Formlabs, dont 15+ matériaux biocompatibles. Les résines SLA offrent une gamme de propriétés bien plus large : elles 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. Pour cette raison, les matériaux SLA peuvent parfaitement correspondre aux matériaux thermoplastiques les plus courants pour une utilisation finale dans le domaine du prototypage rapide.
Si le SLA ne propose pas d'impression 3D multicolore, c'est la seule autre technique d'impression 3D qui offre des couleurs personnalisées pour les applications professionnelles avec Color Resin. Color Resin est personnalisée et permet une production rapide, facile et économique de pièces colorées allant de nuances neutres à des couleurs saturées et audacieuses pour des prototypes réalistes, des gabarits et des fixations avec code couleur ou des pièces finies colorées sur mesure.
Les imprimantes 3D SLA offrent la plus grande gamme de matériaux pour les applications d’ingénierie, de production industrielle et de soins de santé.
Formlabs propose également Open Material Mode (OMM), qui permet d'imprimer avec n'importe quelle résine photopolymère durcissable à 405 nm, permettant aux chercheurs et aux utilisateurs experts d'avoir un accès total aux matériaux tiers ou au développement de matériaux.
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Facilité d’utilisation
Flux de travail
Le processus de travail pour l'impression 3D PolyJet et SLA tient en trois étapes : la conception, l'impression 3D, et le post-traitement.
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. Avec des outils comme PreForm, configurer une impression devient un jeu d'enfant, avec une orientation et une génération de supports automatique.
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 PolyJet et les imprimantes 3D SLA avancées, comme la série Form 4 de Formlabs, proposent un système de cartouche qui recharge le matériau automatiquement. Le Resin Pumping System peut être ajouté aux imprimantes 3D de la série Form 4 et fournit 5 litres de résine à l'imprimante sans interruption.
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 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 le post-traitement SLA. 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 soutien 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 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. Les fonctions et paramètres supplémentaires de PreForm, notamment les supports groupés illustrés ci-dessous, peuvent optimiser le positionnement des supports, réduisant ainsi au minimum l’élimination des supports.
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.
Maintenance
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 3D à jet de matériau nécessitent aussi généralement une configuration et une formation avec une installation 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.
Outre l'entretien de l'imprimante et de la zone de travail, les imprimantes 3D SLA professionnelles ne nécessitent généralement pas de maintenance régulière. Les capteurs intelligents des imprimantes 3D de la série Form 4 offrent également la détection des résidus, le contrôle des niveaux de résine et bien plus encore. De plus, 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.
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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, à un prix bien inférieur que les imprimantes PolyJet.
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 3D de la génération 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. Les autres améliorations apportées aux imprimantes 3D de la série Form 4, notamment une texture de décollement et un bac avec un film flexible, ont encore réduit les forces de démoulage, offrant ainsi des vitesses d'impression élevées et une grande fiabilité d'impression.
Pour l'impression 3D SLA grand format, la Form 4L exploite la même technique que la Form 4, tout en retirant les restrictions de taille qui entravent parfois les processus de travail sur les petits appareils de bureau et en maintenant un prix compétitif.
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 imprimantes MSLA polymérisent une couche entière de résine en une seule fois, ce qui signifie qu'elles mettent autant de temps à imprimer une plateforme entière qu'une seule pièce. Cela permet de remplir la plateforme tout en conservant des vitesses d'impression élevées.
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. Fast Model Resin de Formlabs a été développée pour exploiter la technologie de la série Form 4 et est capable d'imprimer à une vitesse de plus de 100 mm par heure pour obtenir des modèles dentaires en quelques minutes ou de grands prototypes en moins de deux heures.
Comparaison de la vitesse d'impression : prototype de siège Radio Flyer
| Impression 3D FDM | Impression 3D SLA | |
|---|---|---|
| 1 prototype | 42 h 3 min | 2 h 37 min |
Comparaison des imprimantes et des paramètres d'impression :
- Imprimante 3D FDM : Ultimaker S7, PLA, épaisseur de couche de 100 microns, densité de remplissage de 20 %
- Imprimante 3D SLA : Form 4, Fast Model Resin, épaisseur de couche de 200 microns
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PolyJet (jet de matériau) vs. SLA : comparaison côte à côte
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 multicolore 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 | Certains matériaux sont sensibles à une exposition prolongée aux UV |
| Applications | Modélisation de concepts Prototypage rapide Applications dentaires et médicales | Modélisation conceptuelle Prototypage rapide Prototypage fonctionnel Outillage rapide Aides à la fabrication Fabrication de petites séries, de pièces provisoires ou sur mesure Modèles et dispositifs dentaires Modèles et dispositifs médicaux Prototypage et moulage de bijoux Modèles et accessoires |
| 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 | Jusqu’à 353 x 196 x 350 mm (imprimantes 3D de bureau et d’atelier) |
| Prix | Les imprimantes d'atelier commencent à environ 20 000 €, tandis que les machines industrielles grand format peuvent coûter plus de 500 000 €. | Les imprimantes 3D résine bas de gamme sont disponibles entre 200 et 1000 €, les imprimantes 3D SLA professionnelles entre 2500 et 10 000 € et les imprimantes 3D résine grand format entre 5000 et 25 000 €. |
| Matériaux | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard (opaques, transparentes, colorées), techniques, dentaires et médicales (biocompatibles) | Variantes de résines (plastiques thermodurcissables). Standard (opaque, transparent, couleurs), technique (type ABS, type PP, flexible, résistant à la chaleur, rigide chargé de verre), coulable, et dentaire et médical (biocompatible). Silicone et céramique purs. |
Choisir les imprimantes 3D adaptées à vos besoins
Les techniques d'impression 3D par jet de matériau et SLA présentent toutes deux des avantages uniques, qu'il s'agisse d'une grande précision, d'une finition lisse, d'impressions rapides ou d'une grande variété de matériaux. 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.
Les imprimantes 3D résine de la série Form 4 offrent un taux de réussite de 99 %, une gamme croissante de matériaux spécialisés, un logiciel intuitif de préparation et de gestion des impressions, ainsi que des services professionnels, le tout dans 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.
