Beaucoup de gens parlent simplement de « fabrication additive » lorsqu’ils évoquent l’« impression 3D » ou utilisent le terme « prototypage rapide » pour la définir. Cependant, ces deux procédés relèvent de la fabrication additive.

La fabrication additive (FA) englobe en réalité de nombreuses technologies, outre l'impression 3D et le prototypage rapide (PR), telles que la fabrication numérique directe (FND), la fabrication par couches et la fabrication additive.

Le terme « AM » désigne les nombreuses technologies utilisées pour créer des objets en 3D en superposant des couches de matériau. La fabrication additive permet de construire des géométries par « ajout », tandis que la fabrication soustractive désigne le processus par lequel les pièces sont créées en retirant de la matière.

Qu'il s'agisse de plastique, de céramique, de métal ou de béton, et compte tenu de l'évolution hebdomadaire de cette technologie, il se pourrait bien que, d'ici à ce que vous lisiez cet article, on utilise déjà des tissus humains et d'autres objets du quotidien dans la fabrication additive.

Les possibilités offertes par la fabrication additive sont infinies. Aux débuts de cette technologie, l'objectif principal était de produire des prototypes le plus rapidement possible. Cependant, bien que le prototypage rapide reste un aspect important de la fabrication additive, celle-ci est aujourd'hui utilisée pour fabriquer des produits finis dans de nombreux secteurs.

Une fois encore, les possibilités sont infinies : chez Photocentric imprimantes sont utilisées pour fabriquer des pièces destinées à l'aéronautique, à l'automobile, aux cabinets dentaires, aux implants médicaux, aux décors de cinéma, aux articles de mode, aux machines agricoles, à la joaillerie, aux vêtements de sport, aux lunettes et à bien d'autres secteurs encore.

Depuis le début du siècle, la plupart des secteurs ont connu une révolution numérique. Aujourd’hui, la fabrication additive peut apporter flexibilité et efficacité numériques aux processus de production de la plupart des entreprises.

Alors, qu'est-ce que la fabrication additive ? En termes simples, la fabrication additive, c'est l'avenir.

Comment fonctionne la fabrication additive ?

Comme nous l'avons vu, la fabrication additive désigne les technologies qui permettent de créer des objets en trois dimensions, couche par couche. Chaque couche successive se lie à la couche de matériau qui la précède.

Cependant, le processus commence par la création de l'objet souhaité. Les objets sont définis numériquement à l'aide d'un logiciel d'impression 3D. Les fichiers de conception assistée par ordinateur (CAO) sont convertis en fichiers .stl qui représentent l'objet découpé couche par couche.

Une fois l'esquisse CAO créée, l'équipement de fabrication additive lit les données du fichier CAO et dépose ou ajoute successivement des couches de liquide, de poudre, de matériau en feuille ou autre, couche par couche, afin de fabriquer un objet en 3D. Les différentes imprimantes 3D fonctionnent de manière différente. Le matériau est soit déposé, soit fondu, soit durci pour former la pièce finale.

Exemples de fabrication additive (FA)

SLA

La stéréolithographie (SLA), inventée dans les années 1980, a été la première technologie d'impression 3D au monde. Ce procédé repose sur l'utilisation de la technologie laser pour durcir, couche par couche, une résine photopolymère (un polymère dont les propriétés changent lorsqu'il est exposé à la lumière). La fabrication s'effectue dans un bac ou un réservoir de résine, dans lequel un faisceau laser est dirigé pour durcir la résine. Au cours du cycle de fabrication, la plate-forme est continuellement repositionnée, s'abaissant à chaque fois d'une épaisseur de couche. Le processus se répète jusqu'à ce que la fabrication ou le modèle soit terminé.

écran LCD

La fabrication additive par LCD fonctionne de manière très similaire à la technologie SLA. Cependant, au lieu d'utiliser un laser, on utilise un écran LCD comme source lumineuse afin d'accélérer le processus. Avec ce procédé, des couches entières sont codées simultanément, plutôt que par petites zones successives. L'impression LCD bénéficie de l'une des plus grandes avancées technologiques des 50 dernières années, à savoir l'utilisation d'écrans d'affichage. Elle permet de produire des volumes bien plus importants que les autres méthodes, créant de nouveaux produits à des cadences auparavant inimaginables. La simplicité du procédé est son atout : en utilisant la lumière du jour plutôt que les UV, l'exposition est uniforme et la machine reste stable pendant de nombreuses années d'utilisation.

FDM

Tout comme la SLA, le procédé de modélisation par dépôt fondu (FDM) consiste à utiliser des matériaux thermoplastiques injectés par des buses sur une plate-forme. Ces matériaux sont des polymères qui se transforment en liquide sous l'effet de la chaleur et se solidifient lorsqu'ils refroidissent, avant l'application de la couche suivante. Le processus se répète jusqu'à ce que la pièce ou le modèle soit terminé.

MJM

La modélisation multi-jet (MJM) est un procédé de fabrication additive similaire au fonctionnement d'une imprimante à jet d'encre classique, dans la mesure où une tête se déplace selon les axes x, y et z selon les besoins, en déposant couche par couche un matériau thermopolymère.

Bien qu'il s'agisse d'un procédé très précis, les modèles MJM ne conviennent généralement pas à la fabrication de prototypes fonctionnels, car les matériaux utilisés sont légèrement plus fragiles et ne résistent pas aux UV. Ce procédé présente également des limites en termes de liberté géométrique et des coûts de matériaux élevés par rapport à d'autres procédés d'impression 3D.

3DP

L'impression par jet de liant 3DP est un procédé de fabrication additive qui consiste à construire un modèle dans un bac où un agent liant liquide est déposé de manière sélective pour agglomérer des particules de poudre d'amidon ou de plâtre. Les couches de matériau sont ensuite liées entre elles pour former un objet. La tête d'impression dépose stratégiquement le liant sur la poudre. Le bac de travail s'abaisse, puis une nouvelle couche de poudre est étalée et le liant est ajouté. Peu à peu, la pièce prend forme grâce à la superposition de couches de poudre et de liant.

SLS

Tout comme la technologie SLA, le frittage sélectif par laser (SLS) utilise un laser de forte puissance pour fusionner de petites particules de plastique, de métal, de céramique ou de verre. Au cours du cycle de fabrication, la plate-forme descend couche par couche. Le processus se répète jusqu’à ce que la pièce ou le modèle soit terminé. Cependant, contrairement à la technologie SLA, aucun matériau de support n’est nécessaire, car la pièce est soutenue par le matériau non fritté.

Autres

Bien qu'il existe diverses autres technologies d'impression 3D, elles ne méritent pas d'être abordées dans le cadre de la fabrication additive.

Avantages de la fabrication additive

Gain de temps

Même si la fabrication additive ne se limite pas au prototypage, elle est idéale pour réaliser rapidement des prototypes. Comme nous l'avons vu, ce procédé permet de fabriquer des pièces directement à partir d'un fichier CAO 3D, ce qui évite les coûts et les longs délais liés à la création de gabarits ou de matrices.

Flexibilité de conception

Le processus de fabrication étant très rapide, les modifications apportées aux conceptions peuvent être intégrées en continu, ce qui permet d'améliorer la pièce tout au long du processus sans retards importants ni augmentation des coûts liés à la mise à jour des outillages.

Géométries complexes

La fabrication additive permet aux ingénieurs d'expérimenter de nouvelles idées, en concevant des pièces qui ne sont plus soumises aux contraintes d'usinage traditionnelles et en intégrant des éléments complexes impossibles à réaliser avec d'autres méthodes. Des détails complexes peuvent désormais être intégrés dès la phase de conception. Des pièces qui nécessitaient auparavant l'assemblage et le soudage de plusieurs éléments peuvent désormais être fabriquées en une seule pièce, ce qui leur confère une résistance et une durabilité accrues.

Réductions de poids

Les concepteurs peuvent réduire le recours à des pièces supplémentaires lourdes, tout en préservant la résistance et l'intégrité de la pièce, en intégrant des structures dès la phase de conception, ce qui permet d'éviter l'utilisation de matériaux et de composants superflus.

Environnement

La fabrication additive est considérée comme un procédé bien plus respectueux de l'environnement que les autres, car elle génère moins de déchets que la fabrication soustractive.

Chez Photocentric avons inventé l'impression 3D par LCD, qui est déjà la forme d'impression 3D la moins émettrice de carbone. Nous développons actuellement une nouvelle gamme d'écrans utilisant des affichages monochromes qui laissent passer trois fois plus de lumière que les écrans couleur. En recourant à la centrifugation plutôt qu'au lavage et à un éclairage sélectif par zone dans le cadre d'un processus autonome, nous pouvons proposer des méthodes de fabrication dont l'empreinte carbone est encore plus faible.

Faire des économies

En fin de compte, les autres avantages perdent toute leur importance si le processus revient plus cher au fabricant. Cependant, la fabrication additive permet aux industries de réduire leurs coûts de multiples façons. Et cela vaut tout particulièrement pour les coûts astronomiques liés à la fabrication d'outils, de matrices et de gabarits.

Compte tenu de la hausse supplémentaire des coûts logistiques, la possibilité d'imprimer ses propres pièces sur place a permis aux clients d'économiser des milliers d'euros sur les frais d'expédition liés à l'acheminement de pièces depuis des destinations lointaines.