Leçon 8.1FaçonnerChapitre 8 · Fabrication additive

FDM (dépôt de fil fondu)

Extrude un filament de plastique fondu à travers une buse mobile (extrusion de matière)

Le FDM (fused deposition modeling, aussi appelé FFF) construit une pièce en poussant du plastique fondu à travers une fine buse, couche après couche. C'est l'imprimante 3D de bureau derrière les supports de téléphones, les figurines et les boutons de remplacement. Il compte car il transforme un fichier numérique en une vraie pièce en plastique en quelques heures, sans moule ni outillage.

Photo : HRostamani, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Imprimante FDM, vue de côté : trajet du filament, tête chaude, couches et supportsLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous ; les couches sont dessinées bien plus épaisses qu'en réalité.

FDM (dépôt de fil fondu) en une minute, par MecMade

Comment ça marche

Découper le modèle en tranches. Un logiciel appelé trancheur (slicer) découpe le modèle 3D en fines couches horizontales. Il écrit ensuite la trajectoire (le parcours exact que la buse suivra dans chaque couche).
Alimenter le filament. Des engrenages d'entraînement saisissent un fil de plastique appelé filament, en général de 1,75 mm d'épaisseur, et le poussent régulièrement dans la tête chaude.
Le faire fondre. Un bloc chauffant porte le plastique à environ 190–260 °C, selon la matière. Il se ramollit en une pâte épaisse, comme du dentifrice tiède.
Dessiner une couche. La tête se déplace en X et en Y et dépose un cordon par la buse, typiquement de 0,4 mm de large. Elle trace d'abord les parois extérieures, puis remplit l'intérieur avec un motif clairsemé appelé remplissage.
Monter d'un cran et recommencer. Le plateau descend (ou la tête monte) d'une hauteur de couche, typiquement 0,1–0,3 mm. La couche suivante fusionne avec celle du dessous encore chaude, des centaines de fois de suite.
Retirer et nettoyer. Une fois refroidie, vous retirez la pièce du plateau. Les supports (échafaudages provisoires imprimés sous les surplombs) se cassent, et vous pouvez poncer ou peindre la surface.

Chiffres clés

Matériaux: Thermoplastiques (plastiques qui ramollissent à la chaleur) : PLA, PETG, ABS, ASA, TPU souple, nylon, polycarbonate, nuances chargées de fibres ; PEEK et ULTEM sur les machines industrielles
Pièces typiques: Prototypes, boîtiers, supports, gabarits et montages, pièces de rechange, maquettes d'exposition
Taille de pièce: Typiquement jusqu'à environ 25 cm de côté sur les imprimantes de bureau ; les machines industrielles atteignent environ 1 m
Précision: Environ ±0,2–0,5 mm (quelques dixièmes de millimètre) ; mieux sur les machines industrielles
État de surface: Lignes de couches visibles et surface striée et mate ; lisse seulement après ponçage, rebouchage ou revêtement
Taille de série adaptée: De 1 à quelques centaines de pièces ; les fermes d'impression de nombreuses imprimantes vont plus haut
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage ; les imprimantes de bureau coûtent de quelques centaines à quelques milliers de dollars, les systèmes industriels de dizaines à centaines de milliers
Vitesse: Lent : moins d'une heure pour une petite agrafe, un jour ou plus pour une grande pièce

Atouts et limites

Atouts

Le moyen le moins cher et le plus accessible de faire une pièce en plastique à partir d'un fichier
Pas d'outillage, donc une modification de conception ne coûte rien
De vrais plastiques techniques, y compris résistants, tenant la chaleur et souples
Le remplissage clairsemé donne des pièces légères qui économisent de la matière

Limites

Lignes de couches visibles et finition rugueuse
Plus faible entre les couches que le long des couches (anisotrope, c'est-à-dire que la résistance dépend de la direction)
Les surplombs demandent des supports, qui laissent des marques
Lent, et le coût par pièce baisse à peine avec la quantité

Où on l'utilise

Conception de produitsMaquettes de concept et prototypes fonctionnels de boîtiers, d'agrafes et de boutons
FabricationGabarits, montages, calibres et pinces sur mesure pour lignes d'assemblage
Aéronautique et automobilePrototypes, outillages et pièces d'habitacle en petite série en plastiques ignifugés
SantéModèles anatomiques pour planifier une chirurgie, pièces d'orthèses sur mesure
Éducation et loisirsProjets de classe, accessoires de cosplay, pièces de rechange pour la maison

Comment le reconnaître

De fines stries horizontales sur chaque paroi latérale, comme une pile de fils minces (lignes de couches).
Un aspect en « escalier » sur les surfaces supérieures en pente douce ou courbes.
Une petite couture ou bosse là où chaque couche a commencé et fini, souvent alignée à la verticale.
Des zones rugueuses ou des moignons sous les surplombs là où les supports ont été cassés, et une face du dessous très plane qui reposait sur le plateau.

À comparer avec

Stéréolithographie8.2durcit une résine liquide avec de la lumière au lieu de fondre du plastique ; détails bien plus fins et surfaces plus lisses, mais post-traitement plus salissant.Frittage sélectif par laser8.3fait fondre de la poudre de nylon avec un laser ; pas de supports et des pièces plus résistantes et plus homogènes, mais des machines bien plus coûteuses.Moulage par injection2.1projette du plastique dans un moule en acier ; bien moins cher par pièce à fort volume, mais le moule coûte des milliers de dollars et prend des semaines.

À regarder

3Dnatives · Le principe du FDM expliqué aux débutants

Protolabs · Quand le FDM convient à un prototype, avec des conseils de conception

Protolabs · Une pièce qui pousse couche par couche, en accéléré

Strange Parts · Une immense ferme d'impression qui fabrique des pièces en production

Voir de vraies photos

Wikipédia : Dépôt de fil fondu — schémas de la tête d'extrusion, photos d'imprimantes et de pièces imprimées
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le FDM fait fondre un filament de plastique et dessine la pièce cordon par cordon, couche par couche.
C'est le chemin le moins cher d'un fichier à une vraie pièce en plastique, mais il est lent et laisse voir les lignes de couches.
Les pièces sont les plus faibles entre les couches, donc orientez l'impression pour que les charges suivent les couches.