Tout ce que vous devez savoir sur l'impression 3D !

Si nous parlons de différents segments de marché, l'impression 3D est l'une des technologies les plus répandues. Cependant, alors que nous commençons à explorer sa signification conceptuelle et son histoire, il reste encore beaucoup à savoir.

Cet article lancera une discussion approfondie sur l'histoire de l'impression 3D, ses principaux marchés, ses procédés et les matériaux utilisés.

Sans plus tarder, lançons la discussion !

Aperçu de l'histoire de l'impression 3D

L'histoire de l'impression 3D remonte aux années 1980 au Japon, lorsque Hideo Kodama cherchait un moyen de créer un système de prototypage accéléré et plus rapide. C'était l'une des premières tentatives pour trouver une approche couche par couche qui pourrait également être appliquée à la fabrication. À la suite de ses expériences, Hideo a développé une approche différenciée adaptée à la fabrication, impliquant l'utilisation d'une résine photosensible. De plus, il a été polymérisé à l'aide de lumière ultraviolette. Bien que son invention ne soit pas encore brevetée, il est crédité d'être le premier inventeur des premiers systèmes de fabrication d'impression 3D.

La principale croissance de l'impression 3D a été observée entre 1990 et 2010, lorsque des milliers d'entreprises et de startups ont commencé à expérimenter différentes technologies de fabrication additive. Par conséquent, cette décennie marque le début de développements significatifs dans la technologie d'impression 3D, en particulier dans la fabrication.

Les principales méthodes d'impression 3D

La technologie d'impression 3D englobe un certain nombre de processus de fabrication différents dans lesquels les matériaux requis sont construits couche par couche. Sous quelque forme que ce soit, les procédés d'impression 3D existants offrent au concepteur un large éventail de possibilités, lui permettant de choisir facilement le procédé le plus idéal et le plus adapté. Voici quelques-uns des principaux procédés d'impression 3D :

Stéréolithographie (SLA)

Également appelée processus d'impression 3D industriel original, la stéréolithographie est idéale pour produire des pièces avec beaucoup de détails et une surface lisse. La qualité résultante des pièces de stéréolithographie semble bonne et peut aider à tester le fonctionnement et l'ajustement de l'assemblage. Ce procédé d'impression est utilisé, entre autres, en médecine et pour les modèles anatomiques.

Fusion multi-jets

Ce processus est très similaire aux méthodes précédentes car il permet de créer des pièces fonctionnelles à partir de poudre de nylon. Dans la fusion multi-jets, les imprimantes à jet d'encre sont utilisées pour appliquer un agent de fusion sur la couche de poudre de nylon. Après avoir construit cette couche, un élément chauffant est passé sur les couches individuelles pour les fusionner. Comparé à d'autres procédés, ce procédé est également plus facile à manipuler mécaniquement et offre une meilleure qualité de surface. Par conséquent, cette méthode est idéale car elle combine les avantages des méthodes traditionnelles avec l'accélération du temps de construction, ce qui se traduit par une meilleure qualité de production.

Polyjet

Il s'agit d'un processus d'impression 3D populaire qui permet de créer des pièces avec différentes propriétés, notamment des matériaux et des couleurs. Grâce à cette méthode, les concepteurs peuvent améliorer la technologie de production de pièces moulées par injection et de prototypes. Cependant, la conception est uniforme et rigide. Par conséquent, il est généralement idéal de s'en tenir aux procédures conventionnelles. Lorsque le processus comprend également le prototypage de la structure existante, ce processus élimine la nécessité d'investir dans les premiers cycles de développement et de concevoir plus rapidement pour économiser les ressources nécessaires.

Frittage Laser Sélectif (SLS)

Le frittage sélectif au laser est un processus d'impression 3D qui fait fondre la poudre à base de nylon et la transforme en plastique solide. Parce que ce processus crée des pièces à partir d'un véritable matériau thermoplastique, le matériau résultant est également durable et idéal pour les tests fonctionnels. Par rapport à d'autres méthodes, les pièces produites avec ce procédé sont solides, mais ont une surface plus rugueuse. Ce processus élimine également le besoin d'une structure de support, ce qui le rend idéal pour les volumes plus importants qui ne sont pas communs avec d'autres processus d'impression 3D.

fusion par faisceau d'électrons

La fusion par faisceau d'électrons est un autre processus d'impression 3D important. Il est très populaire car il utilise un faisceau d'électrons régulé et contrôlé par une bobine électromagnétique qui permet de faire fondre la poudre métallique. Cela augmente la température du lit de peinture et stabilise les conditions de vide pendant l'accumulation. La température détermine également le matériau utilisé pour fondre les pièces. Une autre raison pour laquelle la fusion par faisceau d'électrons est si répandue est qu'elle aide à intégrer la technologie d'impression 3D afin que les ressources utilisées dans le processus ne soient pas gaspillées.

Traitement numérique de la lumière (DLP)

Ce processus est très similaire au frittage laser sélectif en ce sens qu'il permet d'améliorer la qualité de la résine liquide à l'aide de la lumière. La principale différence entre les deux méthodes est que le traitement numérique de la lumière utilise des écrans de projection de lumière numérique. En revanche, l'autre méthode utilise un laser UV. Cela signifie que la technologie de traitement numérique de la lumière utilise des imprimantes 3D qui peuvent produire une couche entière d'images à la fois, ce qui augmente les vitesses de construction globales. Bien que cette technique soit souvent utilisée pour accélérer le processus de prototypage, elle est également utile pour la production à faible volume d'unités, y compris de pièces en plastique.

Modélisation par Dépôt Fondu (FDM)

Il s'agit de l'un des processus d'impression 3D de bureau les plus courants utilisés spécifiquement pour les pièces en plastique. La modélisation par dépôt de fil fondu est également un processus de diffusion peu coûteux et comparable lorsque des modèles physiques doivent être créés. Toute imprimante 3D utilisée pour la modélisation par dépôt fondu aide à extruder des filaments plastiques en fragmentant les couches individuelles et en construisant l'ensemble de la plate-forme. Cette méthode est également idéale pour les tests fonctionnels, mais la technologie est généralement limitée car les pièces ont une surface de référence relative et une résistance insuffisante.

Frittage laser direct de métal

Il s'agit d'un procédé d'impression 3D métal qui élargit les possibilités existantes et possibles de conception de pièces métalliques. Ce processus est le plus couramment utilisé pour réduire le volume de métal utilisé dans le traitement et pour assembler des fonctions en plusieurs parties en un seul composant. De plus, il est également idéal pour la fabrication de composants légers avec des canaux internes dotés de caractéristiques spécialement conçues. Ce processus est également idéal pour le prototypage et la production car il utilise des pièces suffisamment denses pour survivre aux processus traditionnels de fabrication des métaux tels que le moulage et l'usinage. Par conséquent, la production de composants métalliques par frittage laser direct de métal est également idéale pour les applications où la conception de pièces à structure organique est une exigence clé.

Principaux matériaux pour l'impression 3D

La variété des principaux matériaux pour l'impression 3D est aussi large que les méthodes que nous avons présentées dans la dernière section. Voici les principaux matériaux d'impression utilisés dans les processus d'impression 3D standard

Plastique

Le plastique est l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D car il s'agit d'un matériau diversifié pour des industries comme les jouets et la maison. Les produits en plastique utilisant la technologie d'impression 3D permettent la construction de produits à la forme transparente et aux couleurs vives, qui sont les plus lus et surtout appréciés pour leur texture brillante. C'est également une option relativement abordable car elle est légère et conviviale pour les développeurs et les consommateurs. De plus, les produits en plastique fabriqués avec des imprimantes 3D se présentent sous différentes formes et consistances, ce qui contribue à diversifier davantage le domaine d'application.

Lors de la classification des types de plastique utilisés dans l'impression 3D, une distinction est faite entre les éléments suivants :

Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)

C'est l'une des options les plus solides et les plus sûres, en particulier pour un usage domestique ou autre usage personnel, y compris l'application d'imprimante 3D. Il est également connu sous le nom de plastique LEGO car son matériau de base se compose de structures ressemblant à des nouilles qui offrent flexibilité et résistance. En raison de cette propriété particulière, ce type de plastique est également idéal pour des produits tels que des jouets et des autocollants.

Polycarbonate (PC)

Bien que moins populaire que les autres plastiques, le polycarbonate offre aux concepteurs des conceptions de buses uniques qui ne sont possibles qu'à des températures élevées. Outre de nombreuses autres catégories de produits, le polycarbonate convient également à la production de plastiques et de coques moulées à faible coût, ce qui le rend idéal pour ces industries en particulier.

Plastique d'alcool polyvinylique (PVA)

Le plastique d'alcool polyvinylique est couramment utilisé dans les imprimantes domestiques à faible coût, car il s'agit généralement d'un substrat approprié pour les matériaux suffisamment durables et observables. Cependant, le plastique à base d'alcool polyvinylique ne convient pas aux produits qui nécessitent une résistance élevée, mais constitue une option rentable lorsqu'il s'agit de fabriquer des articles qui ne sont destinés qu'à être utilisés temporairement.

Polylactide (PLA)

C'est l'une des options les plus respectueuses de l'environnement pour un matériau adapté à l'impression 3D. Cet acide est dérivé de sources naturelles telles que l'amidon de maïs et la canne à sucre et est souvent disponible sous des formes dures et molles. De plus, il est fait de matériaux solides et convient donc à une large gamme de produits. Par conséquent, il est souvent considéré par les techniciens et les concepteurs comme l'une des options les plus polyvalentes et les plus respectueuses de l'environnement pour les processus d'impression 3D, y compris l'utilisation de plastique.

Poudre

Même avec les procédés d'impression 3D modernes, différents types de poudre sont souvent utilisés pour créer une large gamme de produits. Cependant, compte tenu du fonctionnement des imprimantes 3D, les poudres sont généralement fondues et étalées en couches jusqu'à l'obtention de l'épaisseur, de la texture et du motif souhaités. Cette poudre peut se présenter sous différentes formes et provenir de différentes sources et matières. Cependant, certains des plus courants sont les suivants -

Polyamide (PA)

Connu pour sa résistance et sa flexibilité, ce type de poudre permet des niveaux de détail élevés dans la fabrication de produits imprimés en 3D. Il est également idéal pour assembler des pièces et emboîter différentes pièces pour créer des modèles imprimés en 3D. En outre, il est utile d'imprimer tout, des poignées et des loquets aux figurines créatives et aux petites voitures.

alumide

L'Alumide est un mélange d'aluminium gris, de poudre d'aluminium et de polyamide, ce qui en fait l'un des modèles imprimés en 3D les plus stables. De plus, il a une texture granuleuse et sableuse, ce qui le rend idéal pour les modèles et prototypes industriels qui nécessitent une grande résistance. De plus, sous forme de poudre, il est comparativement plus facile à transporter et à mouler dans n'importe quelle forme souhaitée dont un produit a besoin. Par conséquent, sa valeur est supérieure à celle des autres formes de poudre couramment utilisées dans l'impression 3D.

Résine synthétique

Les résines synthétiques sont l'un des matériaux les moins utilisés en impression 3D. Par rapport à d'autres matériaux, les résines sont utilisées pour des applications limitées et offrent une sécurité et une résistance limitées au produit final. Ils sont fabriqués à partir de polymères liquides qui sont plus longtemps exposés à la lumière UV et sont donc généralement disponibles en versions noire, blanche et transparente. Cependant, différents produits et variantes peuvent également être fabriqués dans les couleurs orange, rouge, bleu et vert. Les résines sont généralement classées en trois catégories différentes, dont les suivantes

Résines à peindre

Ce sont des impressions 3D à surface lisse reconnues pour leur esthétique et leur solidité. Ces résines sont également utilisées pour créer des détails faciaux tels que B. pour représenter des fées, souvent difficiles à atteindre.

Résine transparente

Il s'agit de la catégorie de résine la plus importante car elle est la mieux adaptée aux produits imprimés en 3D. Ils se caractérisent par une surface lisse et un aspect transparent, ce qui en fait le choix idéal pour les résines synthétiques. Cependant, les variantes claires et colorées des résines transparentes sont les plus couramment utilisées pour la fabrication de pièces d'échecs, de figurines et de petits accessoires ménagers, qui ont généralement des surfaces transparentes.

Résines très détaillées

Ceux-ci sont généralement utilisés pour les petits modèles qui doivent avoir des détails complexes et fins. Par exemple, les résines très détaillées sont le plus souvent utilisées pour produire des doigts de 4 pouces qui contiennent des structures de garde-robe complexes et des détails imprimés avec cette catégorie de résine.

métaux

Les métaux font également partie des matériaux les plus populaires pour l'impression 3D. Ils sont le plus souvent utilisés dans le frittage laser direct de métal et d'autres procédés appropriés. Les techniques qui utilisent des métaux comprennent la fabrication d'équipements aérospatiaux qui nécessitent l'impression 3D de métaux lourds pour accélérer et simplifier la conception des pièces. Les métaux sont également couramment utilisés dans la fabrication de bijoux. Dans de tels cas, la production doit être rapide et en grande quantité. Par conséquent, il est possible de créer un travail plus détaillé en utilisant la technologie d'impression 3D.

L'utilisation de métaux dans l'impression 3D est le plus souvent utilisée dans l'industrie aérospatiale pour fabriquer des injecteurs de carburant pour les moteurs à réaction. On estime que la production augmentera de 2020% d'ici 10, indiquant l'utilisation croissante des métaux dans l'impression 3D dans l'industrie aérospatiale. Dans le processus d'impression, les métaux aident à atteindre une certaine dureté, de sorte que les imprimeurs peuvent utiliser ces matériaux directement pour fabriquer des pièces métalliques. Une fois que le produit a atteint le traitement final, il est électropoli et transmis au segment de marché suivant.

Fibre de carbone

La fibre de carbone est un matériau composite utilisé dans les imprimantes 3D comme couche supérieure sur les matériaux plastiques. L'objectif principal de l'utilisation de la fibre de carbone dans l'impression 3D est de renforcer le plastique, car la combinaison offre une alternative plus rapide et plus pratique au métal.

Papier

Le papier est utilisé dans l'impression 3D lorsque les conceptions nécessitent un prototype plus réaliste que les illustrations 2D. De telles intégrations permettent aux modèles imprimés en 3D de transmettre l'idée principale de la conception avec plus de précision et de détails. De plus, cela rend le produit final convaincant et attrayant, et donne une meilleure idée du génie technique qui a été mis en œuvre dans les processus pour obtenir le résultat souhaité.

graphite

Bien qu'il ne fasse pas partie des matériaux d'impression 3D les plus conventionnels, le graphite gagne lentement en popularité en raison de sa conductivité et de sa résistance. Ce matériau est idéal pour fabriquer des produits nécessitant une plus grande flexibilité, tels que B. panneaux solaires et pièces de construction.

Matériaux pour hautes températures en impression 3D

Dans l'impression 3D, en particulier la modélisation par dépôt fondu, les matériaux à haute température jouent un rôle important car ce sont les perspectives les plus exigeantes. Ces matériaux nécessitent généralement des températures plus élevées que les matériaux normaux et ont des propriétés thermochimiques et mécaniques exceptionnelles. Certains des matériaux à haute température les plus connus pour l'impression 3D comprennent les matériaux suivants.

Polyéthercétone cétone (PEEK)

La polyéthercétonecétone est l'une des alternatives les plus populaires pour les applications qui permettent un traitement facile avec un matériau amorphe. Populairement connu sous le nom de PEEK, il fournit une couche d'adhérence supplémentaire et améliorée, ce qui en fait un matériau haute température hautement préféré qui peut également présenter une résistance élevée sous des charges de compression.

Il est également connu pour sa haute résistance à la chaleur par rapport aux autres matériaux d'impression 3D, car il possède de meilleures propriétés mécaniques et chimiques qui lui confèrent une plus grande résistance à la chaleur. Pour cette raison, la polyéthercétonecétone est l'un des matériaux les plus populaires pour l'impression 3D qui convient aux températures élevées.

ULTEM (Î.-P.-É.)

L'ULTEM, mieux connu sous le nom de polyétherimide, est un matériau haute température qui offre d'excellentes propriétés à un prix extrêmement bas, ce qui en fait l'un des matériaux haute température préférés pour l'impression 3D. L'un des plus grands avantages de son utilisation comme matériau à haute température pour l'impression 3D est qu'il peut être stérilisé en raison de son excellente résistance chimique et thermique. C'est donc le choix idéal pour de nombreuses applications nécessitant une résistance, une résistance et une rigidité élevées.

Polyfluorure de vinylidène (PVDF)

Le polychlorure de vinyle, également appelé PVDF, est connu pour sa grande résistance mécanique et sa capacité à résister à des températures allant jusqu'à 150 degrés Celsius. C'est également un thermoplastique hautement inerte étroitement lié au téflon, ce qui en fait l'une des options préférées.

Les principaux marchés de l'impression 3D

La technologie d'impression 3D existe depuis plusieurs décennies et a gagné en popularité dans divers segments de marché et industries. Les applications d'impression 3D cohérentes évoluent, mais elles ont gagné en popularité sur certains marchés clés.

Voici quelques-uns des cas d'utilisation les plus courants dans les industries utilisant l'impression 3D :

Médecine

L'impression 3D est largement utilisée en médecine, en particulier dans la bio-impression, où les techniciens doivent utiliser des matériaux tels que des cellules et des facteurs de croissance pour étudier des structures semblables à des tissus. Les applications d'impression 3D en médecine contribuent également à l'utilisation généralisée des implants métalliques pour l'ostéoporose. La bio-impression aide également à imprimer en 3D des organes artificiels, ce qui peut aider les patients souffrant d'insuffisance organique lorsqu'une croissance plus rapide est une exigence essentielle pour le traitement.

Bauwesen

L'industrie de la construction est un autre cas d'utilisation populaire pour l'impression 3D. L'impression 3D en béton est considérée comme un moyen plus ancien et moins coûteux de construire des bâtiments. Il a permis aux concepteurs de créer des conceptions sur site spécifiquement adaptées aux fondations et aux bâtiments en béton.

art et bijoux

Le secteur de l'art et de la joaillerie est également une application populaire de la technologie d'impression 3D. Les progrès de l'impression 3D ont permis et inspiré des millions d'artistes du monde entier à créer leurs œuvres d'art et bijoux personnalisés et uniques à l'aide de l'impression 3D en métal. Surtout dans le domaine de la joaillerie, les imprimantes 3D aident les concepteurs à expérimenter des conceptions que les processus de fabrication de bijoux traditionnels ne peuvent pas. De plus, ils aident les créateurs à créer leurs propres bijoux uniques et sur mesure.

Fabrication et prototypage

Comme nous le savons, l'impression 3D a d'abord été développée pour un prototypage plus rapide. Cependant, la technologie de l'impression 3D a contribué de manière significative à la croissance du segment de marché de la fabrication et du prototypage. En combinant les technologies de cloud computing, les entreprises offrent désormais aux consommateurs des services de fabrication additive sans les frais d'achat d'une imprimante 3D.

Perspectives d'avenir

En tant que technologie, l'impression 3D a changé le monde. Cela ne se limite pas seulement à l'industrie cible, mais affecte également la vie quotidienne de millions de consommateurs à travers le monde. En outre, il a rendu le segment des biens de consommation plus personnalisé et à la demande, élargissant les sources de fabrication future.

Pour l'avenir, les experts prédisent que les imprimantes 3D seront également capables de construire des matériaux atome par atome, faisant passer la technologie de construction légère à un niveau supérieur. La technologie aidera également à créer des matériaux légers et performants. Cependant, les défis existants de l'impression 3D et de la fabrication additive dans les industries individuelles devraient également être pris en compte. La technologie existante est en passe de s'améliorer et de devenir moins chère, offrant aux chercheurs de nombreuses opportunités d'intégrer l'impression 3D à d'autres processus technologiquement avancés.

Afin de permettre à l'industrie d'utiliser les technologies d'impression 3D existantes à l'avenir, l'industrie et la politique doivent se réunir et faire de nouvelles recommandations pour renforcer la politique. De plus, il faut aussi regarder la question différemment pour que les technologies futures donnent un meilleur résultat.