IMPRESSION 3D – FABRICATION ADDITIVE

L’impression 3D [par pulvérisation de matière ou jet de matière] consiste à utiliser une tête d’impression pour déposer du matériau d’impression liquide sur la plateforme d’impression. En refroidissant, le matériau liquide se solidifie pour former l’objet final en 3D, couche par couche.
C’est ce mode de fabrication (couche par couche) qui génère un état de surfaces de qualité insuffisante ; une étape de polissage ou de lissage est ainsi nécessaire afin d’apporter de la valeur ajoutée aux pièces imprimées.

PRINCIPAUX TYPES D’IMPRIMANTES 3D

L’impression 3D regroupe plusieurs technologies, chacune adaptée à des besoins spécifiques, qu’il s’agisse de prototypage, de production de pièces détaillées ou d’applications industrielles avancées.
Quelques exemples de familles d’imprimantes 3D :
– Extrusion et dépôt de fil fondu (FDM/FFF) : c’est l’une des techniques les plus répandues en impression 3D. Elle utilise un filament polymère chauffé et extrudé à travers une buse pour construire l’objet couche par couche. Matériaux utilisés : PLA, ABS Exemples d’imprimantes FDM : Ultimaker S5, Prusa i3 MK3S+

 – Photopolymérisation par résine (SLA/DLP) : Les technologies SLA (stéréolithographie) et DLP (Digital Light Processing) utilisent une résine photosensible qui se solidifie sous l’effet d’une source lumineuse pour former des objets avec une haute précision. Matériaux utilisés : Résines (photopolymères, calcinables, biocompatibles) Exemples d’imprimantes SLA/DLP : Formlabs Form 3, Anycubic Photon Mono X,

– Frittage sélectif par laser (SLS) : Le SLS utilise un laser pour friter de la poudre polymère, créant des structures solides sans nécessiter de supports. Cette technique est particulièrement utile pour produire des pièces fonctionnelles et durables. Matériau utilisé : Poudre de nylon Exemples d‘imprimantes SLS : Formlabs Fuse 1, EOS Formiga P110, Sintratec S2

– Fusion sélective par laser (SLM) : Principalement utilisée pour les métaux, la SLM fait fondre complètement la poudre métallique pour créer des pièces solides. Matériaux utilisés : Poudres d’aluminium, d’acier inoxydable et de titane. Exemples d’imprimantes SLM : Renishaw RenAM 500Q, SLM Solutions SLM 280,

– Projection de matière (Material Jetting) : Cette technique dépose des gouttelettes de matériau liquide qui se solidifient pour former l’objet couche par couche. Elle permet l’utilisation de multiples matériaux et couleurs simultanément. Matériaux utilisés : Résines photopolymères, Cires, Matériaux composites. Exemples d’imprimantes Material Jetting : Stratasys J750, 3D Systems ProJet MJP 2500

Quelques modèles fréquents :

• Métal : Renishaw RenAM 500Q, SLM Solutions SLM 280, EOS M290
• Polymère : Stratasys J55 Prime, Formlabs Fuse 1, 3D Systems ProJet MJP 2500 Series

POLYMÈRES LES PLUS FRÉQUENTS DANS L’IMPRESSION 3D

• PLA (polymère d’acide lactique): très populaire en impression 3D dû à sa facilité d’utilisation et à son origine biodégradable
• ABS(acrylonitrile butadiène styrène) : matériau robuste, résistant aux chocs et aux températures élevées, compatible avec la plupart des imprimantes 3D
• PET(polyéthylène téréphtalate) : bonne résistance mécanique et chimique
• PC(polycarbonate) : apprécié pour sa solidité et sa transparence
• PS (polystyrène): utilisé principalement sous forme de HIPS (High Impact Polystyrene) comme matériau de support soluble.
• PPSF/PPSU (polyphénylsulfone) : excellente résistance à la chaleur et aux produits chimiques
• Le nylon : bonne résistance à l’usure et à la fatigue
• La poudre de polyamide: utilisée principalement dans les procédés de frittage sélectif par laser
• La poudre d’alumide: permet de réaliser des pièces à la fois très solides et très flexibles avec une importante résistance à la chaleur
• La résine liquide: employée dans les technologies SLA et DLP pour des impressions haute résolution.
• Les cires: surtout utilisées en bijouterie et en dentisterie, ces matières ont l’avantage de produire des pièces avec un aspect lisse sans porosité

MÉTAUX LES PLUS FRÉQUENTS DANS LA FABRICATION ADDITIVE

• Aluminium: utilisé pour son poids (aéronautique, automobile)
• Acierinoxydable : utilisé pour ses propriétés mécaniques (matériau très utilisé dans l’industrie)
• Chrome-cobalt: beaucoup utilisé dans le domaine médical
• Titane: biocompatible, utilisé pour sa résistance à la corrosion
• Inconel : résistant aux très hautes températures, utilisé en aéronautique
• Métaux précieux (or, argent, bronze): coût élevé mais beaucoup utilisé dans la bijouterie-joaillerie.

AUTRES MATÉRIAUX UTILISÉS

• La céramique : matériau alimentaire et biocompatible, la céramique est beaucoup utilisée pour la création de vaisselles ou d’implants médicaux
• L’oxyde de zirconium : Ce matériau combine une bonne conduction électrique et thermique, une résistance élevée à l’usure et aux attaques des métaux, ainsi qu’une forte inertie chimique. Il est également colorable.
• La fibre de verre : très utilisée dans l’industrie du composite pour son coût assez faible.
• La fibre d’aramide (ou KEVLAR) : cette fibre est très résistante à la température et à certains composants chimiques (comme l’essence).

POLISSAGE DE PIÈCES ISSUES DE FABRICATION ADDITIVE

Dans  le domaine de la fabrication additive, les imprimantes 3D se développent très rapidement; mais le principal défi reste la qualité de surface ainsi que la résistance mécanique des pièces produites. Dans certains cas, les exigences en matière de rugosité peuvent atteindre 0,05 micromètres (Ra), alors que les pièces brutes (avant polissage) présentent parfois une rugosité allant jusqu’à 40 micromètres. 

De plus, les méthodes de polissage conventionnelles ne sont pas adaptées aux pièces complexes, notamment celles comportant des zones creuses ou des canaux internes.

Face à ces défis, diverses solutions ont été testées afin d’optimiser la finition des pièces issues de l’impression 3D. Ces essais ont permis d’évaluer les limites des procédés traditionnels et d’identifier les paramètres clés influençant l’efficacité du  polissage.

A la suite de ces essais, il a été constaté que les solutions classiques ne permettent pas de traiter efficacement les pièces complexes issues de l’impression 3D.

ABC SwissTech a développé une nouvelle génération de procédés de polissage permettant d’améliorer de manière significative la rugosité et la résistance à la fatigue des pièces imprimées en 3D. Ces solutions techniques sont complétées par une gamme de nouveaux médias abrasifs spécifiquement adaptés à ces pièces complexes.

Certains médias, d’une taille inferieure a 0,1mm, permettent d’atteindre des zones très difficiles d’accès, tandis que pour les exigences les plus élevées, des abrasifs de taille micrométrique à base de diamant sont désormais disponibles.

Grâce à ces innovations, il est désormais possible de polir efficacement les surfaces intérieures, ce qui constitue une avancée essentielle pour des secteurs exigeants comme l’aéronautique, le luxe et le médical. De plus, en fabrication additive, les surfaces dites downskin ont tendances a être plus rugueuses que les surfaces upskin.

Nos procédés, entièrement paramétrables, permettent de concentrer davantage l’énergie sur les surfaces ciblées et garantissant ainsi une finition homogène et optimisée.

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  Impression 3D – Etat de l’art
  

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  Etudes de cas