Leçon 8.10FaçonnerChapitre 8 · Fabrication additive

Impression volumétrique (CAL)

La lumière venue de tous les angles polymérise d'un coup un flacon de résine en rotation (impression volumétrique)

L'impression volumétrique fabrique un objet entier d'un coup dans un flacon de résine liquide, sans aucune couche. En lithographie axiale calculée (CAL), le flacon tourne pendant qu'un projecteur y envoie des motifs lumineux changeants, comme un scanner médical utilisé à l'envers. Un petit objet peut apparaître en une minute ou deux.

lithographie axiale calculée · vues de côté et de dessus, 5 étapesÀ gauche : le montage vu de côté. À droite : le flacon vu de dessus, avec trois des nombreuses directions de lumière. Les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Calculer les motifs. Un logiciel transforme le modèle 3D en centaines d'images lumineuses 2D, une pour chaque angle de vue, un peu comme un scanner médical à l'envers.
Faire tourner le flacon. Un flacon transparent de résine épaisse et photosensible tourne régulièrement sur un plateau rotatif.
Projeter. Un projecteur affiche l'image qui correspond à l'angle actuel du flacon : chaque angle reçoit donc son propre motif.
Laisser la dose s'accumuler. Chaque point de la résine reçoit de la lumière de tous les angles. Seuls les points à l'intérieur de l'objet franchissent le seuil (la dose minimale de lumière qui fait gélifier la résine) et deviennent solides.
Vidanger, rincer et polymériser. Après environ 30 secondes à quelques minutes, la résine liquide est versée. L'objet est rincé et subit une dernière polymérisation UV.

Chiffres clés

Matériaux: Résines photopolymères épaisses et transparentes (acrylates), hydrogels pouvant porter des cellules vivantes, et résines chargées de particules de verre qui sont ensuite cuites en verre
Pièces typiques: Petites pièces de recherche : lentilles et optiques, puces microfluidiques en verre, structures de tissus mous, objets imprimés autour d'un insert existant
Taille de pièce: De quelques millimètres à quelques centimètres, limité par le flacon
Précision: Détails jusqu'à environ 0,3 mm sur les premières imprimantes ; les systèmes de recherche atteignent des dizaines de micromètres
État de surface: Très lisse, sans lignes de couche
Taille de série adaptée: Pièces uniques et échantillons de recherche
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage. Surtout des montages de laboratoire construits autour d'un projecteur et d'un plateau rotatif ; il existe encore peu de machines commerciales
Vitesse: De quelques secondes à quelques minutes pour un objet de la taille d'un centimètre

Atouts et limites

Atouts

Pas de couches : surfaces lisses et pas de frontières de couches faibles
Très rapide pour les petites pièces
Pas de supports, car la résine épaisse maintient la pièce en place
Peut imprimer autour d'un objet existant, comme une tige métallique

Limites

Seulement de petits objets, quelques centimètres au maximum
La résine doit être transparente et épaisse : peu de matériaux conviennent
La diffusion de la lumière et les erreurs de dose brouillent les détails fins
Reste surtout une technique de recherche

Où on l'utilise

Laboratoires de rechercheEssais de nouvelles résines, d'optiques et de méthodes d'impression
BiomédicalStructures souples en hydrogel avec cellules vivantes pour la recherche sur les tissus
OptiquePetites lentilles et guides de lumière
MicrofluidiquePuces en verre à minuscules canaux internes

Comment le reconnaître

De petits objets en résine parfaitement lisses, sans marches d'escalier sur les courbes.
Aucune trace de support nulle part, même sous les porte-à-faux.
Parfois un objet fusionné autour d'un insert, comme une poignée imprimée sur un arbre métallique.

À comparer avec

Stéréolithographie8.2durcit aussi la résine par la lumière, mais une fine couche à la fois ; la CAL polymérise tout le volume d'un coup.Polymérisation à deux photons13.8polymérise aussi à l'intérieur d'un volume, mais point par point avec un laser focalisé, à l'échelle du micromètre.

À regarder

Seeker · Une explication pour débutants de l'imprimante volumétrique de Berkeley

The Action Lab · Une démonstration pratique d'un objet qui apparaît dans la résine

KPIX | CBS NEWS BAY AREA · De vraies images de laboratoire avec les chercheurs qui l'ont construite

Berkeley Sensor & Actuator Center · Un exposé de recherche sur le fonctionnement de la CAL, y compris l'impression en microgravité

Voir de vraies photos

Wikipédia : Computed axial lithography — le principe et son histoire ; peu d'images
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

L'impression volumétrique durcit un objet entier d'un coup, sans couches.
La CAL fait tourner la résine et l'éclaire de tous les angles ; elle ne devient solide que là où assez de lumière s'accumule.
Elle est rapide et lisse, mais encore à petite échelle et surtout dans les laboratoires de recherche.