Technologies d’impression 3D: un aperçu

Technologies d’impression 3D: un aperçu

L'impression 3D ou la fabrication additive est un processus de fabrication d'objets solides en trois dimensions à partir d'un fichier numérique. Ce

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L’impression 3D ou la fabrication additive est un processus de fabrication d’objets solides en trois dimensions à partir d’un fichier numérique.

Ce n’est pas l’imprimante à marguerite de votre grand-père, ni la matrice de points de votre maman. En fait, ils ne ressemblent guère aux imprimantes de documents ou de photos d’aujourd’hui, qui ne peuvent imprimer qu’en vieilles dimensions ennuyeuses. Comme leur nom l’indique, les imprimantes 3D peuvent construire des objets en trois dimensions, à partir d’une variété de matériaux. Ils deviennent courants, se présentant chez des détaillants tels que Staples, Best Buy et Home Depot, et vous pouvez acheter de nombreuses imprimantes 3D et leurs fournitures sur Amazon.com et via d’autres points de vente en ligne. Bien que l’on les trouve encore principalement dans les ateliers ou dans les studios de design, dans les écoles et les centres communautaires, et entre les mains des amateurs, les imprimantes 3D se trouvent de plus en plus sur les établis, dans les salles de jeux et les cuisines – et peut-être dans une maison près de chez vous, si pas le vôtre.

Qu’est-ce que l’impression 3D?
À sa base, l’impression 3D est un processus de fabrication dans lequel le matériau est déposé, couche par couche, pour former un objet en trois dimensions. (Ceci est considéré comme un processus additif car l’objet est construit à partir de zéro, contrairement aux processus soustractifs dans lesquels le matériau est coupé, percé, fraisé ou usiné.) Bien que les imprimantes 3D utilisent une variété de matériaux (tels que le plastique ou le métal) et techniques (voir « Comment fonctionne l’impression 3D? » ci-dessous), ils partagent la possibilité de transformer des fichiers numériques contenant des données en trois dimensions, qu’ils soient créés sur un programme de conception assistée par ordinateur (CAD) ou de fabrication assistée par ordinateur (CAM), ou à partir d’un scanner 3D – dans des objets physiques.

L’impression 3D est-elle même une impression?
Oui, l’impression 3D peut être considérée comme une impression, mais pas telle qu’elle est traditionnellement définie. Les définitions Webster pertinentes de « l’impression » se concentrent sur la production d’imprimés, de publications ou de photographies, et la production par impression (l’application de la pression). Aucune de ces définitions ne correspond vraiment à l’impression 3D. Mais d’un point de vue technologique, l’impression 3D est une excroissance de l’impression traditionnelle, dans laquelle une couche de matériau (généralement de l’encre) est appliquée. Habituellement, il est si fin qu’il n’y a pas de hauteur perceptible (bien qu’avec les imprimantes à encre solide, il est un peu plus épais). L’impression 3D étend considérablement cette hauteur grâce à l’application de plusieurs couches.

Comment fonctionne l’impression 3D?
Tout comme les imprimantes traditionnelles, les imprimantes 3D utilisent une variété de technologies. La plus connue est la modélisation des dépôts fondus (FDM), également connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF). Dans celui-ci, un filament – composé d’acrylonitrile butadiène styrène (ABS), d’acide polylactique (PLA) ou d’un autre thermoplastique – est fondu et déposé par une buse d’extrusion chauffée en couches. Les premières imprimantes 3D à arriver sur le marché, fabriquées au milieu des années 1990 par Stratasys avec l’aide d’IBM, utilisaient FDM (un terme déposé par Stratasys), comme la plupart des imprimantes 3D destinées aux consommateurs, aux amateurs et aux écoles.

Une autre technologie utilisée dans l’impression 3D est la stéréolithographie. Dans celui-ci, un laser UV brille dans une cuve de photopolymère sensible aux ultraviolets, traçant l’objet à créer à sa surface. Le polymère se solidifie partout où le faisceau le touche et le faisceau « imprime » l’objet couche par couche conformément aux instructions du fichier CAD ou CAM à partir duquel il fonctionne.

Dans une variante de cela, vous avez également l’impression 3D de projecteur de lumière numérique (DLP). Cette méthode expose un polymère liquide à la lumière d’un projecteur numérique de traitement de la lumière. Cela durcit le polymère couche par couche jusqu’à ce que l’objet soit construit et que le polymère liquide restant soit drainé.

La modélisation multi-jets est un système d’impression 3D de type jet d’encre qui pulvérise un liant coloré comme de la colle sur des couches successives de poudre où l’objet doit être formé. C’est l’une des méthodes les plus rapides et l’une des rares à prendre en charge l’impression multicolore.

Il est possible de modifier un jet d’encre standard pour imprimer avec des matériaux autres que l’encre. Les bricoleurs entreprenants ont construit ou modifié des têtes d’impression, généralement des têtes piézoélectriques, pour travailler avec divers matériaux – dans certains cas, imprimer les têtes d’impression elles-mêmes sur d’autres imprimantes 3D! Des entreprises comme MicroFab Technologies vendent des têtes d’impression compatibles 3D (ainsi que des systèmes d’impression complets).

Le frittage laser sélectif (SLS) utilise un laser de haute puissance pour fusionner des particules de plastique, de métal, de céramique ou de verre. À la fin du travail, le matériau restant est recyclé. La fusion par faisceau d’électrons (EBM) utilise – vous l’avez deviné – un faisceau d’électrons pour faire fondre la poudre métallique, couche par couche. Le titane est souvent utilisé avec EBM pour synthétiser des implants médicaux, ainsi que des pièces d’avion.

Selon la technique, les imprimantes 3D peuvent utiliser une variété de matériaux, y compris, mais sans s’y limiter, les métaux (acier inoxydable, soudure, aluminium et titane entre eux); les plastiques et les polymères (y compris les composites qui combinent les plastiques avec les métaux, le bois et d’autres matériaux); céramique; plâtre; verre; et même des aliments comme le fromage, le glaçage et le chocolat! ( Voir notre introduction sur les types de filaments d’imprimante 3D .)

Quels sont les avantages de l’impression 3D?

Avec l’impression 3D, les concepteurs ont la capacité de transformer rapidement des concepts en modèles ou prototypes 3D (ou «prototypage rapide») et de mettre en œuvre des changements de conception rapides. Il permet aux fabricants de produire des produits à la demande plutôt qu’en grandes séries, améliorant la gestion des stocks et réduisant l’espace d’entreposage. Les personnes dans des endroits éloignés peuvent fabriquer des objets qui leur seraient autrement inaccessibles.

D’un point de vue pratique, l’impression 3D peut économiser de l’argent et du matériel par rapport aux techniques soustractives, car très peu de matières premières sont gaspillées. Et il promet de changer la nature de la fabrication, permettant éventuellement aux consommateurs de télécharger des fichiers pour imprimer même des objets 3D complexes – y compris, par exemple, des appareils électroniques – dans leurs propres maisons.

Que peuvent faire les imprimantes 3D?

Les concepteurs utilisent des imprimantes 3D pour créer rapidement des modèles de produits et des prototypes, mais ils sont également de plus en plus utilisés pour fabriquer des produits finaux. Parmi les articles fabriqués avec des imprimantes 3D, il y a des modèles de chaussures, des meubles, des moulages en cire pour fabriquer des bijoux, des outils, des trépieds, des cadeaux et des articles de fantaisie et des jouets. Les industries automobile et aéronautique utilisent des imprimantes 3D pour fabriquer des pièces. Les artistes peuvent créer des sculptures et les architectes peuvent fabriquer des modèles de leurs projets. Les archéologues utilisent des imprimantes 3D pour reconstruire des modèles d’artefacts fragiles, y compris certaines des antiquités qui ont été détruites ces dernières années par l’Etat islamique. De même, les paléontologues et leurs élèves peuvent reproduire des squelettes de dinosaures et d’autres fossiles. Découvrez notre galerie d’ objets d’imprimante 3D simples et pratiques .

Les médecins et les techniciens médicaux peuvent utiliser l’impression 3D pour fabriquer des prothèses, des prothèses auditives, des dents artificielles et des greffes osseuses, ainsi que répliquer des modèles d’organes, de tumeurs et d’autres structures corporelles internes à partir de tomodensitogrammes en préparation à la chirurgie. Un bon exemple est le projet Daniel, qui imprime en 3D des bras et des mains prothétiques pour les victimes de la violence au Soudan. De plus, les imprimantes 3D en cours de développement qui peuvent déposer des couches de cellules pour créer des organes artificiels (tels que les reins et les vaisseaux sanguins ) sont déjà en phase de R&D. Il y a même une place pour l’impression 3D en médecine légale, par exemple pour reproduire une balle logée à l’intérieur d’une victime.

Ces dernières années, nous avons assisté à une explosion de la variété et des utilisations des imprimantes 3D. C’est similaire à celui de l’informatique personnelle vers 1980. Bien qu’il soit assez facile de voir certains des domaines dans lesquels le domaine de l’impression 3D va se ramifier, d’autres sont au-delà de notre capacité à prédire, tout comme personne autour de 1980 n’aurait pu imaginer une grande partie de ce l’ordinateur personnel deviendrait. Il est possible que l’impression 3D n’ait pas le même impact que le PC, mais elle a le potentiel de révolutionner la fabrication et, peut-être plus important encore, de la mettre entre les mains des consommateurs ordinaires. Une chose est sûre, cependant: l’impression 3D est là pour rester.