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Ces dernières années, l’impression 3D a fait l’objet de beaucoup d’attention, promettant de révolutionner la fabrication et de bouleverser complètement la façon dont nous produisons les articles. Comme dans le cas de nombreuses technologies perturbatrices émergentes, une grande partie de la couverture par la presse populaire est exagérée, ressemblant davantage à un réplicateur de Star Trek qu'aux processus actuels..
Toutefois, qu’il s’agisse de revendications plus vives, l’impression 3D offre une perspective fascinante: la capacité de produire des objets sans les contraintes de la fabrication traditionnelle, et même de fabriquer des objets sur votre bureau sans compétences en fabrication ou en ingénierie traditionnelles..
À la fin de cet article, vous serez familiarisé avec la terminologie de l'impression 3D et vous aurez une idée de la méthode qui vous convient le mieux. Nous aborderons d’abord les trois technologies les plus courantes, puis quelques options pour la conception d’un modèle..
Il serait incorrect de penser à l’impression 3D comme une technologie unique. Au lieu de cela, il s’agit d’un ensemble de technologies suivant une idée commune de fabrication additive pilotée par logiciel.
Alors, quelle est la fabrication additive? De nombreuses techniques de fabrication partent d'un bloc de matériau et le retirent de manière sélective jusqu'à ce que nous ayons l'objet désiré. La fabrication additive inverse tout cela, en commençant par une toile vierge et en ajoutant uniquement ce qui est requis pour l'objet final.
En soi, cette fabrication additive n’a rien de spécial. Un enfant qui construit des châteaux de sable sur la plage a recours à la fabrication additive. C'est l'ajout de l'utilisation de la technologie numérique pour un résultat fiable et précis qui rend l'impression 3D particulière.
Impression 3D composée de nombreuses tranches 2D. Crédit d'image: Outils créatifs via FlickrCela fonctionne généralement en découpant un objet que vous souhaitez créer en sections minces et en construisant ces tranches une à la fois, empilées les unes sur les autres. Pensez à construire une pyramide comme une série de bâtiments carrés, plus petits les uns que les autres, empilés pour former une forme 3D..
La première technique que nous examinerons est la fabrication de filaments fondus FDM, modélisation par dépôt fondu ou FFF, si nous voulons éviter les termes de marque. Il consiste à "extruder" un filament de matériau, c'est-à-dire à le chauffer jusqu'à un point où il peut être pressé à travers une buse, produisant un filament encore plus mince. Cette buse est déplacée sur une surface, dessinant le contour de la tranche à créer, puis remplissant ce contour avec un motif de matière.
Parce que le matériau est chaud lorsqu’il est extrudé, il se lie à n’importe quel filament déjà déposé, formant une tranche de matériau solide. Une fois terminé, la buse monte légèrement et commence à extruder la couche suivante..
Une fois l’impression FDM imprimée, notez le contour et le motif de remplissage. Crédit d'image: Tony Buser via FlickrC'est la technique que vous trouverez dans la plupart des imprimantes 3D amateurs, généralement avec du plastique ABS ou du plastique PLA. La technique produit une surface de type «grain de bois» avec de légères rainures entre chaque couche (bien que cela puisse être éliminé par ponçage, polissage ou vapeur d’acétone). Un étalonnage imparfait d'une machine peut provoquer la formation de brins de filament dans des endroits ou des taches de matière fondue.
La technique peut lutter avec des formes en surplomb. Puisqu'il repose sur la couche inférieure, tout ce qui surplombe n'est extrudé que sur l'air! Tant que nous n'avons pas besoin de trop dépasser, le matériau se maintiendra et ne s'affaissera pas trop. Cependant, les machines commerciales s’y attaquent avec un matériau de support extrudé à partir d’une seconde tête, construit comme un échafaudage pour supporter tout porte-à-faux qui peut ensuite être cassé ou dissous. Certains amateurs tentent de reproduire cela, mais ils ont tendance à être moins fiables..
La technique suivante, la stéréolithographie ou SLA, repose sur des résines photosensibles, des photopolymères, des matériaux qui passent de l'état liquide à l'état solide lorsqu'ils sont exposés à une lumière (généralement ultraviolette). En exposant chaque tranche de l'objet à la surface d'une fine couche de liquide avec une lumière ultraviolette (UV), nous pouvons durcir uniquement les parties souhaitées. Cette résine durcie est inondée à plusieurs reprises avec une autre couche mince de liquide, puis exposée à la lumière ultraviolette sous la forme de la tranche suivante du modèle, pour laisser une structure 3D durcie une fois que nous avons drainé le fluide..
La méthode d'exposition aux UV diffère: certaines imprimantes SLA utilisent un laser et la dirigent sur la surface pour dessiner la tranche, tandis que d'autres utilisent un projecteur DLP pour exposer une couche entière à la fois..
Les impressions stéréolithographiques à partir de l’imprimante Form 1. Crédit d'image: Seth Woodworth via FlickrSLA produit plus facilement une impression plus lisse et de résolution supérieure, mais tend à être plus cher. Il a le même problème de porte-à-faux et les pièces ont tendance à être construites sur un échafaudage fabriqué dans la même résine que l'objet construit, nécessitant un peu de ponçage de nettoyage..
Beaucoup d'imprimés de type «maquettisme» dans le monde professionnel de l'impression 3D ont tendance à utiliser cette technique, et de nombreux photo-polymères imitant différents matériaux sont maintenant disponibles. Jusqu'à récemment, les brevets limitaient cette technique aux machines professionnelles, mais des machines accessibles aux amateurs sont apparues au cours des dernières années. Avec cela, des résines moins chères sont également apparues. Cela étant dit, la technique utilise des produits chimiques gloopy à durée de vie limitée, donc je ne pense pas que cela remplacera complètement le FDM dans le domaine des amateurs..
Les meilleures imprimantes 3D utilisent à nouveau un laser, mais cette fois à une puissance supérieure, fondant ou frittant des poudres (le frittage consiste à chauffer un matériau suffisamment pour le fondre, mais pas assez pour le faire fondre dans un liquide)..
Ces poudres peuvent être des plastiques de qualité technique tels que le nylon ou même des métaux, permettant l’impression 3D de pièces adaptées aux machines. Si vous voyez un article sur les équipes de course de Formule 1 ou les fabricants de fusées utilisant l’impression 3D, c’est le type qu’ils désignent. Très haute résolution et très forte, mais généralement assez chère.
Ces types de machines sont généralement utilisés comme une alternative aux techniques d'ingénierie traditionnelles et, bien que coûteux, peuvent être meilleur marché que les techniques traditionnelles pour des pièces uniques ou de petites séries..
Moteurs de fusée SpaceX SuperDraco utilisant des pièces imprimées en 3D avec le superalliage Inconel. Crédit d'image: Photos SpaceX via FlickrCes trois technologies ne sont nullement exhaustives. Vous pouvez vous procurer des imprimantes qui déposent des gouttes de cire, ce qui permet de mouler un modèle dans un moule pour métaux (souvent utilisé pour la bijouterie). Vous pouvez utiliser une technologie similaire à celle d’une imprimante à jet d’encre sur une cuve de poudre pour déposer un liant et des pigments, en réalisant des modèles en couleur. Ou une technologie très similaire suivie par le vitrage pour faire de la céramique (assiettes, tasses, etc.). Des imprimantes 3D encore plus spécialisées peuvent établir des matériaux biocompatibles pour imprimer des tissus vivants en vue de leur implantation, des objets à l'échelle nanométrique pour fabriquer de petites machines et des machines géantes pour la construction de sections destinées à l'architecture.
Sculpture 3D en grès artificiel. Crédit d'image: EdytaZwirecka via WikipediaPour la plus large gamme de matériaux, optez pour un service d'impression 3D avec une gamme de machines, par exemple l'offre de Shapeway. Vous examinez un certain nombre de plastiques, de métaux et de céramiques dotés de propriétés différentes qui conviennent à ce que vous essayez de fabriquer..
Excellent, vous pensez peut-être que je n'ai pas besoin de me préoccuper de la façon dont cela fonctionne, tant que cela fonctionne! Mais il y a un inconvénient: regardez chaque matériau proposé et vous constaterez qu'ils ont tous des exigences différentes, des épaisseurs minimales de paroi, des tailles minimales pour les détails de surface, des dégagements minimaux, etc. Vous devrez peut-être modifier votre conception pour utiliser le matériau. vous utilisez.
Si vous allez dans une autre direction et que vous achetez une imprimante 3D amateur, vous êtes un peu plus limité, mais pas autant que prévu. Il existe à l'heure actuelle une gamme de filaments qui fonctionneront sur ce type de machine. Il existe des filaments flexibles, des filaments ressemblant au bois, des matériaux translucides et des plastiques présentant toutes sortes de caractéristiques différentes..
Attention toutefois: ces matériaux nécessitent généralement un peu de bricolage avec la température et éventuellement même des pièces alternatives dans l'imprimante. La plupart des gens avec ces types de machines aiment bricoler de telles choses, cependant.
Il existe deux grandes approches de la modélisation 3D: la modélisation de surface et la modélisation solide..
Pour la modélisation 3D, l’un ou l’autre peut être utilisé, bien qu’il y ait des réserves à cela. Rappelez-vous que le logiciel visera à découper le modèle en sections et qu'il doit savoir à l'intérieur et à l'extérieur de ces sections. Évidemment, un package de modélisation qui représente des objets sous forme de solides sera sans ambiguïté, mais la modélisation de surface peut produire des fichiers où ce n'est pas si évident..
Il faut adopter une approche très stricte pour produire des fichiers valides avec un tel logiciel, ce qui est assez différent de l’approche habituelle pour créer un modèle à restituer. En bref, le fichier doit être "multiple", c'est-à-dire sans faces croisées, sans faces internes, sans trous et tous les sommets soudés non seulement très, très proches. Le modèle devrait être étanche à l'eau si vous le faites à partir de feuilles de plastique. Essayez de suivre ce guide pour plus de détails.
Donc, à moins que vous ne maîtrisiez déjà bien la modélisation de surface, je vous conseillerais de vous lancer avec un logiciel de modélisation solide. Bien qu'ils soient moins expressifs, il y a moins de problèmes lors de votre première tentative!
J'ai tendance à utiliser Solidworks, mais c'est plutôt cher. Heureusement, avec l'essor de l'impression 3D, une prolifération correspondante de progiciels de modélisation solide gratuits est apportée. La société qui produit AutoCAD, un autre package 3D coûteux mais très puissant, propose quelques packages. Parmi ceux-ci, les plus utiles à cet effet sont Tinkercad, un progiciel de CAO de base basé sur un navigateur, et 123D Design, un outil hors ligne doté de fonctionnalités similaires..
Mon outil gratuit est généralement Trimble Sketchup, qui est gratuit pour une utilisation non commerciale, mais vous aurez besoin d’une extension pour obtenir le bon type de fichier..
Quel que soit l'outil que vous utilisiez, vous devrez généralement vous retrouver avec un ou plusieurs fichiers stl. C'est un format de fichier très basique, mais ce que la plupart des outils d'impression 3D accepteront.
Vous connaissez donc certaines des technologies, certains des logiciels, vous avez peut-être même créé un fichier et vous voulez juste savoir comment le faire imprimer! Vous pouvez vous y rendre de différentes manières: vous pouvez investir dans une machine, vous pouvez utiliser un service d’impression 3D ou vous pouvez trouver un endroit où utiliser une imprimante 3D. Chacun a ses avantages et ses inconvénients.
L'achat de votre propre machine peut représenter un investissement considérable, bien que beaucoup moins que par le passé. Vous serez limité à la seule technologie utilisée par votre machine, et donc au (ou aux quelques) matériaux utilisés dans cette technologie. En supposant que vous ne faites pas d’argent et que vous ayez pu vous procurer une machine professionnelle, vous devrez peut-être vous plonger dans le côté technicien de votre machine si un élément doit être remplacé ou recalibré, bien que de nombreuses machines amateurs aient une excellente communauté en ligne.
Cependant, cela dit, vous aurez l’option la moins chère par pièce que vous voulez fabriquer. Ainsi, si vous êtes accroché, vous pouvez créer des parties à votre guise. Et vous serez capable d'itérer rapidement des parties. Si vous êtes un peu comme moi et que vous créez plusieurs parties à assembler, vous obtiendrez un problème lors de la première utilisation.!
Un modèle en cours d’utilisation sur l’Ultimaker, une imprimante 3D populaire. Crédit image: Maurizio Pesce via FlickrUne autre option est les services d'impression 3D, en ligne ou auprès de votre société d'impression 3D locale. Cela présente l'avantage de ne pas engendrer de coûts initiaux (bien que cela soit considérablement plus élevé par pièce) et de proposer une gamme de technologies et de matériaux. L'autre inconvénient principal, à côté du coût, est le temps, car vous devrez attendre qu'ils le fassent pour vous l'envoyer. Il existe quelques grands services, tels que Shapeways ou iMaterialise, mais faites le tour et trouvez la solution qui offre le meilleur rapport prix / vitesse.
Pièces imprimées en 3D de Shapeways, un service d’impression 3D en ligne. Crédit d'image: Lunatics TV via FlickrLa troisième option est une solution intermédiaire, mais dépend de la recherche d'une imprimante 3D que vous pouvez utiliser localement. Le mouvement des fabricants a créé de nombreux espaces pour les fabricants locaux, qui peuvent avoir des machines disponibles au prix de l’entrée et du matériel, ou même à ceux qui souhaitent échanger du temps sur une machine contre des compétences en modélisation 3D pour leurs projets. Regarder dedans!
Ou tu peux faire ce que je fais et faire tout ça! Testez rapidement des modèles sur vos propres machines, envoyez des fichiers pour des matériaux alternatifs et impliquez-vous auprès des fabricants et des étudiants locaux pour créer des objets.
Vous connaissez donc maintenant un peu la terminologie, certaines des options et les avantages et inconvénients de chacune. Allez-y et imprimez en 3D quelque chose d'intéressant. Veillez également à garder les yeux ouverts pour de futurs tutoriels qui approfondissent certains détails. Si vous avez des questions, postez-les dans les commentaires!
Pourquoi ne pas utiliser un service d’impression 3D comme première étape de l’impression 3D? Essayez notre tutoriel sur la création d'un étui de téléphone portable imprimé en 3D.
Crédit image de prévisualisation: Seth Woodworth via Flickr
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