Archives de Tag: Imprimante 3D

Elle maaarrrche !!!

Vous croyez aux miracles ? Nous, oui. Le dernier du genre s’est produit ce soir entre 18h25 et 19h avec la K8200.

Le club électronique et robotique suivait mollement son cours quand soudain Jean-Marc, par on ne sait quel tour de passe-passe, détourna l’attention du groupe et opéra un mouvement vers l’atelier pour montrer la K8200 qu’il s’était remis à régler à l’heure du déjeuner. Deux curieux l’avaient suivi et l’avaient aidé à rapporter la machine sur la grande table où officie le club tous les mercredis. L’intérêt pour l’engin contamina bien vite le reste de l’assistance et Jean-Marc s’était déjà penché sur une énième mise au point. Des bruits étranges surgissaient çà et là. Tous étaient attentifs aux moindre mouvement. C’est alors que le plateau bougea. Sur un axe. Puis sur l’autre. Jean-Marc le pilotait à distance avec RepetierHost en guise de télécommande. Comme à son habitude, il était confiant. Imperturbable. Des sourires s’affichaient. Personne ne comprenait très bien. Il y avait quelque chose dans l’air d’irréel. Comme si chacun savait confusément qu’un truc inhabituel allait se produire.

1.75 ou 3mm ?

J’osai une initiative pour ne pas faire retomber la tension et partis en quête d’une bobine.

– C’est quel diamètre de fil ? lançai-je à Jean-Marc.

– 1,75 ou 3mm.

– Cherchez les specs pendant que je cherche les filaments continuai-je mécaniquement. C’est une K8000 fis-je et chacun de s’affairer pour trouver le précieux sésame.

SOS imprimante

Un saut de quelques mois dans le passé nous ferait patienter. La K8200 est une imprimante 3D de chez Velleman. Elle est arrivée chez nous fin janvier par le truchement d’Hologramme, jeune association que nous avons accueillie en résidence à l’@nnexe (voir notre article). Hologramme souhaitait organiser chez nous des ateliers de modélisation et d’impression 3D en laissant à disposition une imprimante et un scanner 3D. Une logique de partage et de mutualisation que nous aimons pratiquer.

Seulement voilà, l’imprimante 3D montée en kit n’avait jamais fonctionné car des pièces avaient été cassées lors du montage. Dans un accès de folie ou de générosité, c’est selon, le président d’Hologramme était allé acheter début février une nouvelle imprimante avec la ferme intention de lancer au plus vite ses ateliers. Le montage de la nouvelle bête, une Vertex K8400 à deux têtes allait bientôt être montée après bien des turpitudes (voir notre article).

Des mois ont passé, sans qu’Hologramme ne reparut sérieusement chez nous. Tout juste avaient-ils donné deux ateliers test de modélisation 3D en avril pour disparaître à nouveau. Le contact avait finalement été rétabli, non sans mal, en juillet ; puis, plus sérieusement, en septembre où nous avions réussi à arracher l’historique des pannes des deux machines en jachère. Jean-Marc et Jean-Pierre, nos commandos d’élite, avaient donc pu s’atteler aux réparations et aux interminables réglages qui n’avaient pas encore abouti. Nous en étions là, en ce 19 octobre de l’an de grâce 2016. Au milieu du guet avec deux machines réparées, mais pas fonctionnelles.

Du gros calibre

Satellisé pendant quelques minutes dans les entrailles de notre joyeux bazar, je revins finalement avec 3 bobines de PLA : deux noires et une verte. Une de 1.75 et deux de 3mm. Personne n’avait encore trouvé la réponse à l’insoutenable question. Avec K8000, on trouve un modèle de carte d’interface de PC me lançait Stéphane. T’es sûr que c’est ça la référence ?

Un rapide coup d’œil sur la boîte de la seconde imprimante me fit comprendre que nous étions dans une gamme de K8200. L’erreur aussitôt corrigée nous mit rapidement sur les rails : c’était du gros calibre. Il fallait donc du 3mm.

Et le plastique fondit

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Il ne restait plus qu’à engager le filament dans le guide. Sans me poser de question, je plaçai la bobine sur son axe et poussai le filament dans l’orifice du guide jusqu’à sentir un arrêt. Jean-Marc, toujours aussi concentré restait à la manœuvre et manipulait Repetier comme si de rien n’était. Et le travail avançait. Le grand ordonnanceur nous préparait en douce un chien de sa chienne. C’est ainsi que se mit en branle le plateau et la buse qui crachait en virtuose une gelée verdâtre qui laissa l’assistance un instant silencieuse. Le miracle se produisait devant nos yeux et le plastique fondait et le plateau bougeait et la buse tournait, virevoltait et les convives étaient bouches bées. Elle marche. Elle marche… Nan, c’est pas vrai, elle marche !!! La patience avait payé. La réparation avait payé. Les réglages commençaient à payer… Quelques temps seulement : la pièce venait de bouger et la buse continuait cette fois à vomir sa bile sur la pastille qui se profilait gentiment.

L’impression 3D avait eu lieu. Là, sous nos yeux ébahis. Un grand pas pour le club qui attendait ce moment, mais un petit pas pour l’impression 3D qui nous remettait très vite sur le chemin de croix qu’elle comporte : des réglages, des réglages… et encore des réglages. Un miracle qui en créera tant d’autres !

 

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Impression 3D, toutes les techniques #5 : des perspectives étonnantes

Au-delà des techniques passées en revue dans notre panorama des techniques d’impression 3D, il faut savoir que l’impression 3D connaît des évolutions et des perspectives qui touchent ou toucheront une multitude de secteurs d’activité : construction, architecture, cinéma, art, mode, archéologie, bijouterie, médecine, dentisterie, alimentation… la liste est très longue. Cela appellerait un autre article entièrement consacré aux nouveaux champs d’application des imprimantes tridimensionnelles. En attendant, voici quelques exemples qui vous mettront l’eau à la bouche.

Des imprimantes 3D alimentaires

Ce secteur va exploser et il est probable que la ménagère, comme les robots de cuisine, aura une imprimante alimentaire qui finira un jour dans un placard (sic).

Des imprimantes 3D pour le bâtiment

Dans le secteur du bâtiment, de nombreux projets existent pour fabriquer, à partir d’imprimantes géantes, des maisons à bas coût ainsi que de véritables immeubles.

La Chine, qui doit loger un nombre important de gens, est parmi les leaders dans le domaine avec la société Yingchuang qui avait défrayé la chronique en 2014 en construisant dix maison en une seule journée.

Mais la construction ne se résume pas à la simple industrie. Le champ humanitaire est aussi largement concerné et plusieurs acteurs travaillent à des solutions pour aider les personnes fragilisées – dans les pays en guerre ou victimes de catastrophes naturelles ou encore frappés par le sous-développement – à (re)construire leur habitat.

Basée dans la région Nord-Pas-de-Calais, Construction 3D est de ceux-là. Leur projet ne vise pas à créer un énième acteur du bâtiment qui profiterait à lui seul de l’innovation technologique, mais bien à intégrer le plus d’intervenants possibles dans la construction d’un outil collaboratif et évolutif Open-Source adapté en fonction des contraintes environnementales de son lieu d’utilisation. C’est l’ambition affichée de cette société d’un nouveau genre emmené par le belge Gaël Collaro.

Les italiens du projet WASP (World’s Advanced Saving Project) poursuivent également ce genre d’objectifs. Cette société possède une gamme impressionnante d’imprimantes de type Delta. On retrouve là la tradition et le savoir-faire transalpin dans la machine outil. WASP propose de nombreuses tailles d’imprimantes Delta parmi lesquelles la BigDeltaWASP de 12 mètres qui ressemble à un gazomètre ! Elle a été présentée pour la première fois lors de l’événement la Realtà del Sogno à Massa Lombarda (province de Ravenne), siège de WASP.

Avec la BigDeltaWASP, WASP envisage de fabriquer des maisons en terre et paille, dans la lignée des constructions traditionnelles en torchis. Pour cela, la société a créé son Parco Tecnologico baptisé Shamballa à Massa Lombarda.

Des imprimantes 3D pour la fabrication de tissus humains

Les secteurs de la santé et des biotechnologies ne sont pas en reste dans le monde de l’impression 3D. Les recherches dans ce qu’on nomme la « biofabrication » avancent à grands pas avec la perspective un jour d’imprimer des tissus et des organes humains. Frankenstein n’a qu’à bien se tenir !

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Impression 3D, toutes les techniques #4 : Le laminage de papier (SDL)

Le procédé de laminage de papier ou Selective Deposition Laminated (SDL) est plutôt original. A l’inverse de ses petits camarades de la fabrication additive, il utilise un matériau inattendu : le papier ! Son gros avantage est qu’il permet d’imprimer des objets très colorés avec des nuances allant jusqu’à des millions de couleurs possibles. Le papier peut être combiné à d’autres matériaux tels que des thermosplastiques et des composites à base de métaux et de céramiques.

Les couches créées progressivement sont donc des feuilles de papier encollées. On se rapproche en quelque sorte du modelage de papier mâché.

Chaque couche de papier reçoit un léger film de colle chaude sur toute sa surface. Ce n’est que sur la zone dédiée à l’objet que la densité de colle est plus importante. Après chaque passage, la feuille de papier est pressée. La zone d’impression à proprement parler est découpée par une lame spéciale.

Trois vidéos de la société Mcor Technologies qui a mis au point le procédé SDL

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Impression 3D, toutes les techniques #3 : le dépôt de filament fondu (FDM)

Dans notre panorama sur les techniques d’impression 3D, abordons aujourd’hui le procédé le plus populaire à base de filament fondu. La technique dite FDM (Fused Deposition Modeling) fait partie des plus anciennes (1989), mais elle n’est entrée chez les amateurs et les particuliers que très tardivement, lorsque le brevet est tombé au milieu des années 2000.

C’est donc aujourd’hui ce procédé qui équipe toutes les imprimantes 3D grand public.

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Il repose sur un processus très simple qui ressemblerait à celui employé dans un pistolet à colle. Un filament à base de plastique est chauffé aux alentours de 200°C (la température varie selon les matériaux employés). Il est ensuite guidé et entraîné par un moteur qui alimente une tête d’impression. Comme dans une seringue, le filament est comprimé et poussé dans la tête métallique qui se termine par une buse d’extrusion (ou extrudeur). Il sort ensuite sous une forme fondue en minuscules gouttelettes sur un plateau d’impression. Parce que le plateau est généralement chauffant, le matériau en fusion se solidifie progressivement.

Pour déposer le filament fondu, la tête d’impression se déplace sur les deux axes X et Y. Comme pour toutes les autres techniques évoquées précédemment, le troisième axe (l’axe Z) est celui qui permet une élévation de la tête qui, après avoir terminé une couche, remonte de quelques dixièmes de millimètre pour commencer une nouvelle couche et ainsi de suite jusqu’à finalisation de la pièce.

La plupart des imprimantes 3D FDM impriment en une seule couleur. Avec le temps arrivent des imprimantes multi-têtes qui offrent de nouvelles possibilités :

  • Imprimer deux couleurs ou plus (certaines imprimantes ont jusqu’à 4 têtes) ;
  • Différencier les couleurs voire les matériaux dans une même pièce. Par exemple, sur une imprimante à deux têtes, on peut imprimer une couleur avec une tête et une seconde couleur avec la deuxième tête.

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Impression 3D, toutes les techniques #2 : le liage de poudre

Dans notre panorama sur les techniques d’impression 3D, penchons-nous aujourd’hui sur le liage de poudre. Comme son nom l’indique, cette technique repose sur un matériau qui se présente sous forme de poudres très fines et très variées qui, selon le procédé, seront tantôt agglomérées tantôt fusionnées à chaud. On peut distinguer trois grandes familles utilisées aujourd’hui dans le liage de poudre :

  • Le procédé Three-Dimensional Printing (3DP) ;
  • >Les procédés par « frittage laser » (SLS et DMLS) ;
  • Les procédés par lasers à électrons.

Le procédé Three-Dimensional Printing (3DP)

Cette technologie est l’ancêtre des procédés par liage de poudre. Elle a été développée par le MIT en 1993 et la première licence exploitée par la société Z Corporation date de 1995. Elle repose sur un dépôt successif de gouttelettes d’un adhésif spécial qui agglomère des fines particules de poudre de toutes sortes (polymères, métaux, céramique, etc). Avant chaque passage de la tête d’impression, un rouleau dépose une fine couche de poudre sur un plateau qui s’abaisse couche après couche.

A la fin de l’impression, la pièce est chauffée pour obtenir une meilleure finition.

Avec le procédé par laminage de papier, c’est le seul procédé qui permet d’imprimer différentes couleurs sur une même pièce, grâce à une addition de quatre couleurs qui rappelle l’impression jet d’encre 2D.

Les procédés par « frittage laser » (SLS et DMLS)

Dans la famille des techniques par liage de poudre, le frittage laser (appelé souvent « frittage de poudre » ou aussi « frittage sélectif ») est le type de fabrication additive le plus connu. On le nomme généralement par ses trois lettres, SLS pour Selective Laser Sintering.

Les imprimantes SLS possèdent un plateau qui se déplace sur un axe vertical où de la poudre est appliquée et chauffée à une température proche de son point de fusion. Par-dessus, un laser puissant passe sur la poudre pour terminer sa fusion. Une nouvelle couche de poudre est ajoutée et fusionnée par le laser de manière successive ainsi de suite jusqu’à obtention de l’objet défini par le modèle 3D. Les poudres généralement utilisées sont du polyamide, mais il est possible d’employer plein d’autres matériaux.

La variante du procédé SLS appelée Direct Metal Laser Sintering (DMLS) permet de faire des impressions dans différents métaux.

E-Beam/EBM et EBF : les procédés par lasers à électrons

E-Beam et EBM (Electric Beam Melting) sont deux autres procédés ressemblant dans leur principe aux impressions SLS. La chose fondamentale qui change, c’est la nature du laser employé. Dans ce cas, il s’agit d’un faisceau étroit d’électrons qui fusionnent des poudres métalliques.

Sa variante, l’EBF repose aussi sur un faisceau d’électrons, mais elle est plus pointue, car elle nécessite de travailler dans un environnement sans gravité. Ce n’est donc pas pour rien que cette technique a été développée par la NASA. Elle permet d’utiliser un bon nombre de métaux et de créer certains alliages.

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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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