La révolution de l'impression 3D

« L’impression 3D sera la prochaine révolution industrielle ». Barack OBAMA

L'impression 3D est une technique de prototypage très pratique, rapide et bon marché. Plus besoin de moule ni d’outil spécifique pour obtenir des objets complexes en seulement quelques heures. En effet, l’impression 3D permet de reproduire un objet réel à partir d’un fichier spécifique. L’objet est découpé en tranche puis façonnée et construite avec un dépôt de matière composite. On le façonne couche par couche afin de l’obtenir dans ses trois dimensions. Ce sera l’empilement et le collage de ces couches qui donnera le volume de l’objet en question. De plus, l’impression peut être en couleur et la qualité est équivalente à l’impression 2D permettant ainsi d’obtenir des objets directement colorés.

Ll’impression 3D est idéale pour visualiser des concepts avec une finition proche du produit série. Cette technologie est le plus souvent utilisée par les concepteurs, les ingénieurs et les amateurs pour développer des concepts et faire un produit. Une imprimante 3D est facile à utiliser car elle ne nécessite pas de formation ou compétences spécifiques. De plus, certaines imprimantes permettent de faire des opérations automatiquement. La configuration est automatisée et l’appareil peut être équipé d’un panneau de commande intuitif afin que l’utilisation soit beaucoup plus facile.

A quoi sert une imprimante 3D ?

Une imprimante 3D est utile pour tout et pour tous : du particulier ayant cassé un objet auquel il tenait et qui n’est plus disponible sur le marché, aux industriels souhaitant produire à grande échelle, en passant par la conception d’objets comme les tasses et les jeux ou la la production de voitures, d’avions et d'immeubles.

Plutôt que de choisir de faire fabriquer des jouets en Chine ou à Taiwan, le vendeur de jouets peut s’initier à l’impression 3D et produire des objets à moindre coût. Un fabricant auto peut ainsi imprimer toutes les pièces d’une voiture, le tout pour une somme accessible, puis les assembler pour au final obtenir une auto également réussie qu'une berline allemande, qu'il s’agisse de design ou de performances. De même, le promoteur immobilier peut choisir l'impression 3D pour une villa à étage, comme c'est déjà le cas en Chine. Dans le secteur du bâtiment, l'impression 3D est déjà régulièrement utilisée par les architectes pour leur permettre une visualisation en trois dimensions de leur projet, afin de vérifier l’ergonomie et le design. La défense, l’aéronautique, l’aérospatiale et la médecine sont aussi des utilisateurs réguliers de l'impression 3D. Dans le secteur de la santé, de plus en plus d’organes, prothèses, peau, os, etc sont imprimés pour permettre une meilleure prise en charge des patients. Dans l’agroalimentaire, des parts de pizzas ont étaient imprimées dans l’espace par des astronautes sur la station spatiale internationale et Oreo a réalisé un véritable coup marketing en imprimant des biscuits en 3D.

imprimantes 3D

A terme, il n'est pas attendu que chacun ait chez soi une imprimante 3D, mais plutôt que certains prestataires proposent le service d'impression 3D. La nécessité de bases en programmation sera requise pour tirer au mieux profit de ces machines. D'ores et déjà, les enfants peuvent utilise des robots pédagogiques et suivre des cours en ligne pour appendre la programmation.. Les lycéens peuvent quand à eux s'initier à la programmation avec des systèmes plus sophistiqués, tels que robots avec Arduino IDE.

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Les technologies

Il existe différentes technologies et techniques pour imprimer en 3D. Pour reproduire un objet via une imprimante 3D, il faut dans un premier temps le « scanner », c’est-à-dire l’identifier à l’aide d’un scan, évaluer son volume, sa taille, ses formes… Après le passage du scan, l’objet va être découpé en une multitude de fines lamelles 2D, qui vont ensuite être superposées pour créer un volume, et en l’occurrence l’objet à reproduire.

La création assistée par ordinateur

Ces fines lamelles sont en fait numérisées sur ordinateur, et on appelle le document créé une CAO (création assistée par ordinateur). On obtient alors l’objet sous forme numérique, qu’il est possible de modifier afin de tester différentes variantes pour obtenir la meilleure solution possible. Ensuite, le principe de l’impression 3D se rapproche de l’impression classique en 2D. Des couches de matière vont être superposées et durcies à l’aide de différentes technologies (laser ou lampe ultra violette par exemple). On obtient alors à la fin un produit identique à celui numérisé, avec les mêmes caractéristiques techniques. Cette technique de reproduction apparaît comme la plus rapide et rentable.

Techniques d'impression 3D : SLS,SLA, ALM, FDM

On distingue différentes techniques : SLS (Selective Laser Sintering), SLA (Stéréolithographie Apparatus), ALM (Additive Layer Manufacturing ou encore FDM (Fused Deposition Modeling). Les imprimantes 3D sont utilisées principalement par les grandes entreprises avec de gros moyens, qui reproduisent beaucoup d’objets.

Le scanner

L’impression en 3D reprend le fonctionnement des imprimantes en 2D. La différence est la superposition de couches permettant de donner du volume et de recréer un objet en 3D.

Une multitude de technologies existent. Le scanner est complémentaire de l’imprimante 3D. C’est lui qui va identifier l’objet, étudier sa taille, ses formes et éventuellement ses couleurs. On découpe l’objet en fines lamelles 2D qui vont être superposées et former l’objet sur un ordinateur (fichier CAO, création assistée par ordinateur).

Différents types de scanners

Il existe différents types de scanners : les scanners sans contact et les scanners avec contacts. Comme son nom l’indique, le scanner avec contact analyse l’objet en ayant un contact physique avec ce dernier. Il offre une grande précision mais est souvent plus lent que les autres, et peut altérer la qualité des objets analysés. Les scanners sans contact passifs fonctionnent principalement à l’aide d’un laser, qui va se refléter sur l’objet tout en calculant la distance qu’il y a entre le scanner et l’objet. On pourra alors identifier la position de l’objet dans l’espace et de le reconstruire en 3D. Les scanners sans contact passifs utilisent plutôt des vidéos ou des photos interprétant l’objet dans son environnement, plans qui seront assemblés en fonction de l’axe de la caméra et l’angle de vision (entre autres).

 

Les principales techniques d'impression 3D

La première technique d’impression 3D a été brevetée dès 1986. Encore utilisée aujourd’hui, la stéréolithographie (SLA) consiste à superposer les couches en solidifiant, couche par couche, une résine liquide a l’aide d’une lumière UV.

La technique de frittage laser sélectif (SLS) est arrivée quelques années plus tard. Elle utilise un laser dont le rayon est utilisé pour la fusion d’une poudre plastique et non une résine. Le laser solidifie l’objet en agglomérant couche par couche la poudre photopolymère.

La technique de dépôt de matières en fusion ou fused deposition modeling (FDM) se distingue de la SLA et de la SLS, assez similaire entre elles, par l’extrusion d’un filament plastique. Ces imprimantes utilisent un fil de polymère solide qui passe par la buse de l’imprimante, appelée tête d’extrusion, et est chauffé, en même temps qu'il est déposé couche par couche. La solidification de la matière se fait naturellement à température ambiante et non par un laser. L’étendue des applications de cette technique et sa facilité de mise en oeuvre ont rendue cette technologie très populaire. Il existe d’autres technologies comme le « binder jetting » ou le « material jetting », qui projettent et solidifient au moyen d'un flash de lumière des matières liquides comme des polymères liquides ou un alliage entre poudre minérale et encres de couleur. Le procédé de ces imprimantes se rapproche des imprimantes classiques.

Enjeux et portée de la technologie d'impression 3D

Les industriels utilisent de plus en plus les imprimantes 3D pour la fabrication de leurs produits, notamment pour la reproduction en grand nombre. Les imprimantes 3D fonctionnent en découpant en fines lamelles 2D un objet, puis en le transcrivant sur ordinateur. Le fichier obtenu permettra de reproduire l’objet avec une très grande précision.

L’impression en 3D permet aux entreprises industrielles de reproduire des objets dans une certaine matière (le plus souvent plastique, métal ou cire) grâce au scan de l’objet en question qui sera alors numérisé sur ordinateur. Le fait de scanner le produit en fines lamelles en 2D permet d’avoir une précision importante des volumes, de la forme, des dimensions…

Le scan évalue l’objet dans l’espace pour le reproduire en fichier CAO (Création Assistée par Ordinateur). L’impression en 3D permet également d’avoir une marge d’erreur moindre. Les technologies utilisées ont déjà prouvé qu’elles étaient fiables, et surtout rentables pour les entreprises. Elles sont définies comme meilleur marché et plus rapides.

Les plus grandes entreprises mondiales utilisent ce procédé, pour des raisons de rentabilité et d’efficacité. On peut évoquer des firmes telles qu’EADS, mais également l’armée Américaine. EADS souhaite, à terme, arriver à produire toutes les pièces de l’avion (dans une limite de taille) uniquement grâce à ce procédé. Les imprimantes 3D permettent de reproduire un objet dans d’autres matériaux que la cire, le métal ou le plastique.

Prototypes à destination commerciale

Présenter des modèles à 3D aux clients est de plus en plus courant, notamment avec l’arrivée des imprimantes tridimensionnelles permet d’obtenir des objets qui rapprochent à la réalité. La designer et architecte Neri Oxman crée des sculptures réalisées à l’aide de cet outil. Le principe de fonctionnement d’une imprimante 3D est basé sur la découpe d’un objet virtuel à trois dimensions pour former des couches de lamelles à deux dimensions. Le fonctionnement demande beaucoup de temps et de la patience car il faut répéter l’action plusieurs fois. Premièrement, il faut créer un objet virtuel tridimensionnel à l’aide d’un fichier CAO permettant de fabriquer, de tester virtuellement, et de produire des outils de fabrication des objets, via la simulation numérique. Pour obtenir un résultat parfait, il faut répéter l’action. L'imprimante transforme le fichier CAO en modèle 3D en quelques heures. La durée de la conception est donc courte par rapport à la fabrication classique d’un prototype.

 

Technologie

Révolution de l'impression 3D

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L'évolution permanente du secteur informatique

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