Dossier : ce qu’il faut savoir sur l’impression 3D

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Par Jerome le

« L’impression 3D a le potentiel pour révolutionner la façon dont nous créons les objets », scandait Barack Obama dans son discours sur l’état de l’Union en février 2013. L’impression 3D, est en effet une technologie pleine de potentiels, qui fait beaucoup parler d’elle ces derniers temps et pas toujours pour les bonnes raisons.

Le CES bat en ce moment son plein et encore une fois, les fabricants ont pu présenter leurs dernières nouveautés. Toujours plus abordable et toujours plus de matériaux possibles, l’impression 3D est de plus en plus complexe.

Afin de s’y retrouver dans ce paysage changeant, il est important de poser les bases, pour bien comprendre les enjeux et mieux envisager le potentiel de cette technologie qui pourrait se démocratiser plus vite qu’on ne le pense. Nous vous proposons donc un dossier dédié, en trois pages, qui comprend en plus notre test d’une imprimante. Mais avant ça, un peu d’histoire.

La stéréolithographie, mère de toutes choses

Plus connu pour ses écrits que pour ses inventions, c’est à Arthur C. Clark que l’on doit l’une des premières – si ce n’est la première – références à l’impression 3D. Dans une émission réalisée par la BBC en 1964, l’écrivain-inventeur mentionne un « Replicator », une machine servant à reproduire toute sorte d’objets. Une invention qui mettra un terme à toutes les inventions, selon ses mots. Il précise être dans l’incapacité d’expliquer son fonctionnement, sans quoi il l’aurait déjà breveté, ironise-t-il.

Il faudra attendre 1984 (!) pour voir ce fameux brevet déposé, puis publié en 1986. Le texte est considéré par la quasi-totalité de la littérature comme étant l’acte de naissance de l’impression 3D.  Le brevet a été attribué à Charles W. Hull, qui est aujourd’hui directeur technique et vice-président exécutif d’un petit empire nommé 3D Systems. C’est notamment à eux que l’on doit les fameuses imprimantes Cube et le format de fichier .STL, compatible avec presque toutes les imprimantes.

Le terme consacré par le brevet est « stéréolithographie ». Le procédé est sensiblement différent de celui couramment employé de nos jours. Le brevet de Charles « Chuck » Hull, indique en effet « la création d’objets 3D, en altérant l’état d’un fluide à l’aide de radiation, bombardement de particules ou une réaction chimique. »

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Extrait du brevet de Charles W. Hull

La solution la plus utilisée dans les années suivantes consistera donc à rendre solide une résine en l’exposant à des ultra-violets. Une technique de « photo-polymérisation » bien connue des dentistes qui durcissent les composites dentaires à l’aide d’un rayonnement lumineux. Un procédé qui aura beaucoup de descendants.

Matériaux anormaux

Et descendance il y a eu.  On compte aujourd’hui pas moins de 11 procédés d’impression 3D pour 6 grands principes de fonctionnement. Afin d’éviter l’énumération laborieuse, nous en retiendrons trois principaux (en plus de la stéréolithographie), les autres étant assez peu répandus, ou destinés à des usages très précis.

La première méthode est l’écrasement puis le collage de couches de matériaux, dites « LOM » pour Laminated Object Manufacturing, une de ses variantes est la SDL (Selective Deposition Lamination), elle permet d’imprimer des objets en métal, en plastique et, plus surprenant, en papier.

C’est ce dernier matériau qu’utilisent notamment les imprimantes de la société Mcor que nous avons pu apercevoir au 3D Print Show à Paris il y a quelques semaines. L’idée consiste à prendre une ramette de papier A4, d’imprimer (en 2D) ce que l’on veut dessus et ensuite de coller les pages. Une fois la hauteur nécessaire atteinte, on découpe la forme voulue. À la sortie, on obtient un objet dur comme du bois ou presque, c’est assez troublant quand on sait qu’il s’agit de papier.

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Feuille après feuille

Son principal avantage est de permettre une variété quasi infinie de couleurs puisqu’elle intègre une imprimante couleur traditionnelle. Le matériau est aussi abordable dans la mesure où il s’agit de papier presque classique. La chose est en revanche un peu moins précise que d’autres et un peu plus limitée dans les formes possibles.

La seconde grande famille est constituée par les imprimantes utilisant un matériau brut sous forme de granulés, basées principalement sur la technique du SLS pour Selective Laser Sintering. C’est grâce à elle que l’on pourra imprimer des objets en métal, en plastique ou encore en céramique. Elle consiste à utiliser un laser afin que les petites particules fusionnent entre elles. Une fois fait, le plateau descend d’un cran et on recommence jusqu’à avoir l’objet.

Cette technique est assez largement utilisée par les imprimeurs 3D professionnels comme Sculptéo (nous en parlons plus bas) pour deux raisons principales : elle donne un des meilleurs niveaux de précision actuellement et permet de créer les objets les plus complexes.  La structure étant toujours entourée par le matériau brut on pourra facilement créer des parties fines et hautes. La flèche d’un gratte-ciel par exemple.

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Le rendu en céramique est convaincant (Image : Sculptéo)

Le dernier principe est certainement le plus connu et se base sur le principe de l’extrusion avec la technique dite FDM (Fused Deposition Modeling), où l’on dépose couche après couche un matériau fondu. Elle permet principalement d’imprimer du plastique, mais aussi du caoutchouc et même du sucre par exemple.  C’est la méthode employée par la quasi-totalité des imprimantes grand public et elle mérite qu’on s’y attarde un peu plus. Cela tombe bien puisque nous avons eu l’occasion d’en tester une.

Sommaire

2. Étude de cas : Notre test de l’imprimante 3D Up Easy 120
3. L’impression 3D, pour quoi faire ?