Fabrication additive
La fabrication additive, mieux connue sous le nom d'impression 3D, construit une pièce en ajoutant de la matière uniquement là où elle est nécessaire, généralement une fine couche à la fois, directement à partir d'un modèle informatique. Aucun moule, matrice ni outil de coupe n'est façonné pour la pièce : les pièces uniques, les formes internes complexes et les changements de conception rapides coûtent donc peu. Les dix procédés de ce chapitre diffèrent surtout par la façon d'ajouter la matière et de la fixer.
L'idée générale
Chaque procédé ici découpe un modèle 3D en une pile de fines couches, ou trajectoires, et les construit les unes sur les autres. Imaginez construire un pain tranche par tranche au lieu de le sculpter dans un bloc : rien n'est enlevé, des formes qu'aucun outil ne pourrait atteindre deviennent donc possibles. La norme internationale ISO/ASTM 52900 classe ces procédés en sept familles selon la façon d'ajouter la matière : extrudée par une buse (extrusion de matière), polymérisée par la lumière dans une cuve de résine (photopolymérisation en cuve), fusionnée dans un lit de poudre (fusion sur lit de poudre), collée dans un lit de poudre (projection de liant), projetée en gouttelettes (projection de matière), fondue là où elle arrive par un faisceau d'énergie focalisé (dépôt d'énergie dirigée) et empilée en feuilles soudées (laminage de feuilles). L'impression volumétrique est une approche plus récente qui polymérise tout un volume de résine d'un coup, sans couches.
Les 10 procédés de ce chapitre
8.1ShortFDM (dépôt de fil fondu)Extrude un filament de plastique fondu à travers une buse mobile (extrusion de matière)Ouvrir la leçon
8.2Stéréolithographie (SLA/DLP)Durcit une résine liquide couche par couche avec un laser ou un projecteur (photopolymérisation en cuve)Ouvrir la leçon
8.3Frittage sélectif par laser (SLS)Un laser fusionne de la poudre de nylon dans un lit ; la poudre libre soutient la pièce (fusion sur lit de poudre)Ouvrir la leçon
8.4Fusion laser sur lit de poudre (métal, SLM/DMLS)Un laser fait fondre de fines couches de poudre métallique (fusion sur lit de poudre)Ouvrir la leçon
8.5Projection de liant (binder jetting)Des têtes jet d'encre collent la poudre, puis la pièce est durcie ou frittée (binder jetting)Ouvrir la leçon
8.6Projection de matière (PolyJet)Projette des gouttelettes de résine et les durcit à la lumière UV (material jetting)Ouvrir la leçon
8.7Dépôt par énergie dirigée (DED/LMD)Un laser fait fondre un bain sur la pièce ; de la poudre soufflée apporte du métal (directed energy deposition)Ouvrir la leçon
8.8Fabrication additive par arc et fil (WAAM)Un robot de soudage empile du fil fondu à l'arc en cordons (dépôt d'énergie dirigée)Ouvrir la leçon
8.9Fabrication additive ultrasonique (UAM)Les vibrations ultrasoniques soudent des feuilles de métal sans les fondre, puis une fraiseuse les détoure (laminage de feuilles)Ouvrir la leçon
8.10Impression volumétrique (CAL)La lumière venue de tous les angles polymérise d'un coup un flacon de résine en rotation (impression volumétrique)Ouvrir la leçonCôte à côte
| Procédé | En une ligne | Idéal pour | Taille de série | Précision |
|---|---|---|---|---|
| 8.1FDM (dépôt de fil fondu) | Extrude un filament de plastique fondu à travers une buse mobile (extrusion de matière) | Prototypes bon marché, gabarits, pièces de loisir | 1 à des centaines | Environ ±0,2–0,5 mm |
| 8.2Stéréolithographie (SLA/DLP) | Durcit une résine liquide couche par couche avec un laser ou un projecteur (photopolymérisation en cuve) | Modèles à détails fins, pièces dentaires, modèles de bijoux | 1 à des milliers | Environ ±0,05–0,1 mm |
| 8.3Frittage sélectif par laser (SLS) | Un laser fusionne de la poudre de nylon dans un lit ; la poudre libre soutient la pièce (fusion sur lit de poudre) | Pièces plastiques fonctionnelles et robustes sans supports | Des dizaines à des dizaines de milliers | Environ ±0,3 mm |
| 8.4Fusion laser sur lit de poudre (métal, SLM/DMLS) | Un laser fait fondre de fines couches de poudre métallique (fusion sur lit de poudre) | Pièces métalliques complexes, treillis, canaux internes | 1 à des milliers | Environ ±0,1 mm |
| 8.5Projection de liant (binder jetting) | Des têtes jet d'encre collent la poudre, puis la pièce est durcie ou frittée (binder jetting) | Moules en sable, modèles en couleur, pièces métalliques en série | Des dizaines à des dizaines de milliers | Environ ±0,2 mm (plus de retrait dans le métal) |
| 8.6Projection de matière (PolyJet) | Projette des gouttelettes de résine et les durcit à la lumière UV (material jetting) | Prototypes réalistes multimatériaux et multicolores | 1 à 100 | Environ ±0,1 mm |
| 8.7Dépôt par énergie dirigée (DED/LMD) | Un laser fait fondre un bain sur la pièce ; de la poudre soufflée apporte du métal (directed energy deposition) | Réparations, rechargement, ajout de formes à des pièces | 1 à des dizaines | Environ ±0,5 mm avant usinage |
| 8.8Fabrication additive par arc et fil (WAAM) | Un robot de soudage empile du fil fondu à l'arc en cordons (dépôt d'énergie dirigée) | Grandes pièces métalliques, de plusieurs mètres de long | 1 à des dizaines | Environ ±1 mm avant usinage |
| 8.9Fabrication additive ultrasonique (UAM) | Les vibrations ultrasoniques soudent des feuilles de métal sans les fondre, puis une fraiseuse les détoure (laminage de feuilles) | Capteurs intégrés, canaux, métaux mélangés | 1 à des dizaines | Environ ±0,05 mm (usiné) |
| 8.10Impression volumétrique (CAL) | La lumière venue de tous les angles polymérise d'un coup un flacon de résine en rotation (impression volumétrique) | Petites pièces rapides et lisses ; recherche | 1 à des dizaines | Détails d'environ 0,1–0,3 mm |
Comment choisir dans cette famille
- Prototype plastique à petit budget : commencez par le FDM ; passez au SLA ou à la projection de matière quand l'aspect et le détail fin comptent.
- Pièces plastiques résistantes en quantité : le SLS, car la poudre libre soutient chaque pièce et de nombreuses pièces s'imbriquent dans une même fabrication.
- Pièces métalliques complexes : la fusion laser sur lit de poudre pour le détail et la précision ; la projection de liant quand il faut beaucoup de petites pièces à moindre coût.
- Grandes pièces métalliques ou réparations : le dépôt d'énergie dirigée (DED) pour la précision, le WAAM pour la taille et la vitesse ; prévoyez d'usiner les deux.
- Cas particuliers : l'UAM pour enfouir des capteurs ou joindre des métaux dissemblables ; l'impression volumétrique pour de petites pièces en résine sans couches en quelques secondes.
Mots clés
- Hauteur de couche
- l'épaisseur de chaque tranche imprimée ; des couches plus fines donnent plus de détail mais des fabrications plus longues.
- Support
- matière temporaire qui soutient les porte-à-faux pendant l'impression et qu'on retire ensuite.
- Photopolymère
- une résine liquide qui durcit sous la lumière, généralement ultraviolette.
- Lit de poudre
- une fine couche plane de poudre étalée sur la zone de fabrication, fusionnée ou collée de façon sélective.
- Bain de fusion
- la petite flaque de métal fondu sous un laser ou un arc pendant la fabrication.
- Frittage
- chauffer une poudre jusqu'à ce que ses grains se lient sans fondre complètement.
- Forme quasi définitive
- une pièce fabriquée proche de sa forme finale, ne demandant qu'un léger usinage.
- Post-traitement
- tout ce qui se fait après l'impression, comme le retrait des supports, la polymérisation, le traitement thermique ou l'usinage.
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