Impression 3D, toutes les techniques #1 : la photopolymérisation

Macaron jaune

On a vu dans notre article consacré à une brève histoire de l’impression 3D que cette technique ne vient pas de nulle part et ne date pas d’hier. D’abord utilisée par l’industrie, l’impression et les imprimantes 3D entrent, ces dernières années, dans d’autres sphères plus proches du grand public.

Dès qu’on parle d’impression 3D, on associe très vite les mots « révolution », « disruption » et plein d’autres néologismes qui deviennent de véritables tartes à la crème. Agaçant ou grotesque. Soit. Mais restons honnêtes, la révolution adviendra et l’aspect disruptif de ce nouveau mode de production s’imposera comme une évidence. La question centrale est de savoir à partir de quand, comment et en combien de temps les choses s’organiseront et feront norme dans nos sociétés.

C’est justement parce qu’on en parle de plus en plus que je souhaitais aujourd’hui dresser un panorama des techniques existantes pour y voir clair et comprendre où, nous, les particuliers, nous nous situons.

Une nouvelle façon de fabriquer

Jusqu’à présent, pour fabriquer un objet, on faisait appel à une ou plusieurs techniques que l’on pouvait combiner, selon les besoins et les types de pièces à réaliser :

  • Retrait de matière : sculpture, découpe, défonçage, fraisage, perçage, alésage, rognage, emboutissage…
  • Assemblage de matière : collage, tissage, soudage, emboîtement…
  • Pliage et déformation de matière
  • Fusion de matière et remplissage : moulage à chaud et à froid

Avec l’impression 3D, quel que soit le procédé utilisé, on entre dans une nouvelle ère de fabrication qui repose sur l’ajout de matière en couches successives. On parle pour cela de « fabrication additive » (en anglais Additive Manufacturing ou AM) . Cette technique inventée dans le milieu des années 80, se rapproche un peu du moulage à chaud, car elle emploie des matériaux qui sont chauffés et portés à l’état de fusion. La chaleur est donc le dénominateur commun à tous les procédés d’impression 3D.

Les quatre grandes techniques de fabrication additive

Pour bien comprendre le monde de l’impression 3D et de ses applications, il faut d’abord cerner les différents procédés employés dans l’industrie et aujourd’hui dans la vie courante. Pour simplifier, on distinguera trois techniques. Leur point commun est l’ajout de couches successives de matière. Ce qui les différencie c’est la manière dont les couches sont formées et leur coût de fabrication qui les situent tantôt dans l’univers professionnel et industriel tantôt dans des contextes amateurs, chez les particuliers et dans les tiers lieux (fablabs, hackerspaces et makerspaces).

Quel que soit leur coût, retenons, pour se situer, qu’il existe actuellement trois grandes familles de technique :

  • La photopolymérisation ;
  • Le liage de poudre ;
  • Le dépôt de filament fondu ;
  • Le laminage de papier.

La photopolymérisation

Cette technique est réservée au professionnels, car les machines utilisées sont très chères. Elle repose sur la solidification de polymères liquides sensibles aux UV de la lumière (photopolymères). La solidification est obtenue par le passage successif d’un rayon laser ultraviolet. Plusieurs procédés ont été mis au point à travers le temps et par différentes sociétés :

  • La stéréolithographie ou SLA
  • La Digital Light Processing ou DLP
  • Le PolyJet, PolyJet Matrix et le Multi-Jet Modeling (MJM)

La stéréolithographie (SLA)

De manière schématique et simplifiée à l’extrême, la technique de la stéréolithographie repose sur quelques éléments essentiels : un bac rempli de photopolymère liquide posé sur un plateau mobile qui se déplace verticalement de haut en bas après chaque passage d’un laser qui balaie la surface du bac solidifiant une très fine couche. En répétant et en superposant chaque couche, l’objet prend ainsi forme. Il est ensuite nettoyé dans un bain de solvant puis recuit dans un four UV pour gagner en solidité.

Le procédé Digital Light Processing(DLP)

Cette technique ressemble à la SLA, mais la source lumineuse diffère. Elle est quasiment similaire à celle d’un vidéoprojecteur qui envoie une lumière à rayonnement d’UV sur une puce spéciale composée de millions de miroirs microscopiques. Un système complexe de filtres permet, en une seule fois, de faire passer ou non la lumière en fonction des caractéristiques de l’objet à produire. Cette technique ne nécessite donc pas de balayage lumineux sur l’axe horizontal comme dans la SLA. Le gain de temps est de ce fait considérable.

Rapide présentation d’une imprimante DLP de la société InvisionTec :

Fonctionnement de la technologie DLP mise au point par Texas Instruments :

Le PolyJet, PolyJet Matrix et le Multi-Jet Modeling (MJM)

Ici, le photopolymère est envoyé par jets successifs, un peu comme pour une imprimante jet d’encre classique. Entre chaque couche, un traitement ultraviolet est appliqué pour faire sécher le polymère.

Sa variante, le PolyJet Matrix offre l’avantage de mixer plusieurs matériaux aux propriétés physiques et mécaniques différentes et, de fait, complémentaires. Les matériaux composites ainsi obtenus sont nommés Digital Materials.

Autre variante pour le jet d’encre : le Multi-Jet Modeling (MJM) où l’on envoie une sorte de cire chaude qui est polymérisée par UV. La société HP, bien connue pour ses imprimantes jet d’encre et laser s’est lancée dans cette voie :

La Two-Photon Polymerization (2PP)

Cette technique opère dans l’infiniment petit, car elle travaille au nanomètre avec un laser très précis à une échelle nanométrique contré sur un polymère spécial qui se solidifie uniquement sur les parties où le rayonnement est le plus fort. Les objets produits sont très petits. Ils affichent une précision extrêmement fine.

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5 Commentaires

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5 réponses à “Impression 3D, toutes les techniques #1 : la photopolymérisation

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