Guide de tout ce que vous devez savoir sur l'impression 3D

 Cet article servira de guide de référence pour les praticiens de la fabrication additive qui souhaitent se lancer dans l'impression 3D. Comprenez les bases des imprimantes 3D de bureau, une distinction fondamentale entre les deux formes d'imprimantes, FDM et SLA, les logiciels de conception et leur fonction, le processus d'étalonnage, certains problèmes courants au cours du processus d'impression 3D, les résultats positifs et l'utilisation dans divers domaines, y compris les soins de santé, l'industrie automobile, l'éducation et bien d'autres encore. Apprenez les principes de l'impression 3D pour pouvoir vous impliquer dans cette industrie prometteuse.

Guide du débutant concernant l'impression 3D : Voici tout ce que vous devez savoir

Cette technologie a bénéficié à de nombreux domaines car l'impression 3D est un outil unique qui peut être utilisé pour fabriquer des objets de manière efficace. Grâce au moulage par injection et à d'autres procédés de fabrication additive tels que FDM, SLS, SLA, elle a révolutionné la conception de produits et le développement de prototypes. Il a notamment été démontré qu'elle fonctionne dans des domaines tels que le prototypage, l'éducation, la médecine et d'autres, ce qui témoigne de sa polyvalence.

Pour que le guide soit complet pour un nouveau venu dans le monde de la Impression 3DCe guide tentera de décrire tous les facteurs et conditions nécessaires que toute personne doit prendre en compte dès le début. Il sera question des principes fondamentaux de l'impression 3D, des types d'imprimantes tels que FDM, SLS et SLA, des éléments à prendre en compte lors de la conception, si vous êtes novice en matière d'impression 3D, et de certaines des choses que vous êtes susceptible de rencontrer. En outre, les possibilités d'utilisation des imprimantes 3D dans l'automobile, l'aérospatiale et d'autres domaines encore seront également abordées. À la fin de ce guide, les lecteurs disposeront des connaissances fondamentales pour se lancer dans l'aventure de l'impression 3D.

Les bases de l'impression 3D

Qu'est-ce que l'impression 3D ?

L'impression 3D est généralement identifiée comme le moulage par empilement ou la fabrication additive ; il s'agit d'un processus de fabrication d'objets de nature tridimensionnelle à partir d'archives pécuniaires ou numériques. Au lieu de la fabrication soustractive, qui enlève de la matière et est plus conventionnelle, l'impression 3D dépose des couches d'un matériau en suivant un plan 3D donné.

Histoire de l'impression 3D

L'impression 3D remonte aux années 1980, lorsque Chuck Hull a mis au point la première méthode commerciale de développement d'un objet, connue sous le nom de stéréolithographie. D'autres méthodes ont été mises au point dans les années 1990, notamment le modelage par dépôt de matière fondue et le frittage sélectif par laser. Bien que la technologie de l'impression 3D ait attiré l'attention dans les années 2000, elle a commencé à connaître une certaine popularité dans les années 2010, lorsque des brevets ont été accordés, ce qui a permis de réduire les coûts de production. Coûts des imprimantes 3D.

Quels sont les modes de fonctionnement de l'impression 3D ?

L'impression 3D nécessite un modèle 3D, qui est découpé en fines couches par un logiciel d'impression 3D avant d'être traité. L'imprimante synthétise ensuite cette structure en manipulant et en solidifiant ces couches successives à partir du matériau donné, en utilisant différentes formes de fabrication additive. Les couches sont déposées par extrusion d'un matériau thermoplastique chauffé (Fused Deposition Modeling/FDM), par durcissement d'une résine photopolymère liquide au moyen de lasers ultraviolets (Stereo-lithography/SLA) ou par fusion de particules de plastique, de métal ou de toute autre composition au moyen d'une source d'énergie telle qu'un laser (Selective Laser Sintering/SLS ou Selective Laser Melting/SLM).

Types d'imprimantes 3D

Modélisation par dépôt en fusion (FDM)

FDM est l'imprimante 3D la plus courante et la moins coûteuse parmi toutes les options disponibles sur le marché. En FDMLes polymères recyclés tels que le PLA, l'ABS, le HIPS, etc. sous forme de filaments sont insérés dans l'imprimante à partir d'une aiguille d'extrusion chauffée. Ensuite, l'imprimante déplace la buse très prudemment à l'aide du code G pour extruder de fines couches de plastique fondu afin de construire l'objet à partir de la base en plusieurs couches.

Frittage sélectif par laser (SLS)

La SLS fonctionne sur le mécanisme du lit de poudre comme les autres technologies d'AM ; un laser de forte puissance fait fondre sélectivement des zones particulières d'un matériau en poudre - nylon, métaux, sable ou même cellules - en une forme solide d'un objet d'impression 3D. Des configurations à multiples facettes, avec des sections définies se déplaçant à l'intérieur, peuvent être développées très simplement. Imprimantes SLS sont généralement plus coûteux que les autres, mais ils sont capables de créer des prototypes et des pièces de produits finis fonctionnels et complets à un rythme plus rapide.

Stéréolithographie (SLA)

La SLA solidifie la résine photopolymère liquide en pièces solides en suivant le modèle numérique couche par couche à l'aide d'un laser UV. Elle produit des prototypes précis avec une finition de surface lisse convenant aux applications impliquant de petits détails complexes, comme les bijoux, les modèles dentaires, etc. ALS Le moulage en résine permet d'obtenir des prototypes prêts à être moulés et fabriqués.

Autres types d'imprimantes

Parmi les autres méthodes d'impression 3D courantes, citons le traitement numérique de la lumière (DLP), la fusion sur lit de poudre, la fusion par faisceau d'électrons (EBM), l'impression polyjet, etc. Le DLP a une projection numérique mais polymérise des couches entières ensemble, tandis que l'EBM fait fondre entièrement la poudre de métal. L'impression 3D à jet d'encre dépose diverses gouttelettes de matériaux pour construire des modèles. L'élargissement des options de matériaux, tels que les carbones, les verres, etc., permet des applications uniques dans tous les secteurs.

Conception pour l'impression 3D

Logiciel de modélisation 3D

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) sont essentiels pour modéliser les objets à imprimer en 3D. Les logiciels gratuits les plus populaires sont TinkerCAD, Autodesk Fusion 360 et Blender. Les logiciels commerciaux comprennent SolidWorks, AutoCAD et Inventor. Les programmes de CAO permettent de générer des prototypes numériques et de visualiser les conceptions.

Les facteurs d'une impression 3D réussie

Certains facteurs garantissent une impression réussie. Il est important d'avoir une taille d'objet appropriée en tenant compte de la science des matériaux, comme la résistance, la flexibilité et la résistivité à la température des polymères, des métaux, des céramiques, des composites, etc. L'épaisseur correcte des parois, la densité, la finition de la surface, les détails et la gestion des surplombs pour éviter les défaillances sont essentiels.

Types de fichiers courants

Le type de fichier le plus utilisé pour l'impression 3D est le STL (Standard Tessellation Language) car il ne définit que la géométrie de la surface. Le STL doit être découpé en tranches pour que les orientations des couches individuelles soient reconnues par le G-Code. Slic3r et CURA sont des exemples de programmes de découpage qui orientent les impressions, ajoutent des supports si nécessaire et optimisent la hauteur des couches pour obtenir les meilleurs résultats. Les autres formats comprennent OBJ, 3MF, AMF, etc. La mise à l'échelle, l'orientation et les paramètres de coupe du modèle sont importants pour l'optimisation du processus.

Les logiciels de modélisation, les programmes de découpage et la compréhension des facteurs permettant de créer des modèles qui s'impriment bien aident à exploiter tout le potentiel des matériaux disponibles à des fins de créativité et d'applications fonctionnelles dans les secteurs mentionnés plus haut. Avec l'essor des concepts de fabrication personnelle et de fabrication distribuée, la demande d'outils conviviaux pour l'impression 3D ne cesse de croître au fil du temps.

Conseils pour les débutants

Impressions d'étalonnage et de test

L'étalonnage est important pour une impression cohérente. Mettez la plaque de construction à niveau pour obtenir une bonne adhérence de la première couche. Calibrez les étapes de l'extrudeuse pour garantir un dépôt précis du matériau. Effectuez des essais d'impression avec des modèles d'impression 3D de base pour valider les réglages de la machine avant d'effectuer des impressions complexes.

Sélection et stockage des filaments

Choisissez des filaments adaptés à votre imprimante et aux applications prévues. Le PLA est écologique, mais l'ABS est plus résistant. Conservez les filaments dans des conteneurs à l'abri de l'humidité, car l'humidité ambiante corrode le plastique au fil du temps. L'humidité provoque des défaillances lors de l'impression, ce qui nécessite un remplacement.

Problèmes courants et solutions

Le gauchissement se produit en raison d'un refroidissement rapide, d'une mauvaise adhérence ou de cycles de chauffage intenses. Ajoutez un lit chauffé, un bord/des rives ou une enceinte. Une mauvaise précision dimensionnelle peut être due à une température irrégulière, à des changements de vitesse ou à des modèles mal découpés. La rétraction et la marche en roue libre permettent d'éviter les boursouflures. Les surplombs nécessitent un échafaudage imprimé ou un réglage optimal des couches pour éviter l'affaissement. La mise à niveau du lit, le recalibrage et des conditions d'impression appropriées permettent généralement de résoudre les problèmes et d'obtenir des résultats fiables.

Des imprimantes adaptées aux débutants, quelques bonnes bobines de filament, une routine d'étalonnage, des tests d'impression initiaux et une familiarisation avec les défis courants avant les projets avancés font de l'impression 3D une expérience d'apprentissage agréable, à son propre rythme. La patience, l'apprentissage par l'échec et la recherche de l'aide de la communauté permettent de cultiver un loisir gratifiant tout au long de la vie.

Applications de l'impression 3D et aspects futurs

Prototypage rapide

L'impression 3D dans le prototypage permet aux fabricants de créer des prototypes plus rapidement et à moindre coût par rapport aux méthodes traditionnelles. Les cycles de développement des produits s'en trouvent considérablement accélérés. Il est possible de réaliser des structures internes complexes.

L'éducation

Les makerspaces qui révolutionnent l'enseignement STEAM utilisent l'impression 3D pour visualiser des concepts abstraits par le biais d'un apprentissage pratique. Les étudiants impriment leurs propres créations pour acquérir une expertise dans diverses disciplines.

Applications médicales

Dans le domaine de la santé, les modèles anatomiques imprimés en 3D facilitent la planification pré-chirurgicale et les prothèses personnalisées améliorent les soins aux patients. Les futures techniques de bio-impression pourraient permettre d'imprimer des tissus vivants et même des organes entiers, ce qui permettrait de s'affranchir des limites imposées aux donneurs.

Autres secteurs

Les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la défense fabriquent des composants spécialisés impossibles à produire de manière conventionnelle. La personnalisation de masse grâce à l'impression 3D à la demande répond aux préférences des consommateurs dans les secteurs mentionnés plus haut.

À mesure que la science des matériaux progresse en intégrant les nanotechnologies et les nouveaux biomatériaux, concernant les capacités d'impression 3D stimulera la durabilité grâce à une fabrication de précision avec un minimum de déchets pour divers secteurs, de l'infrastructure à la technologie spatiale. L'intégration de la robotique, de l'intelligence artificielle, de la blockchain avec les techniques additives transformera les ateliers de fabrication dans le monde entier. Alors que les techniques défis Il n'en reste pas moins que l'avenir de l'impression 3D est incontestablement prometteur.

conclusion

L'impression 3D a révolutionné les domaines de la conception et de la fabrication en introduisant des méthodes de fabrication numérique. Ce guide a pour but de couvrir les principes fondamentaux de l'impression 3D, essentiels pour qu'un débutant comprenne comment il peut exploiter son potentiel. Qu'il s'agisse de naviguer parmi les diverses technologies et matériaux des imprimantes 3D ou de concevoir des modèles optimisés, la réussite de l'impression passe par l'application des principes présentés ici.

Un étalonnage correct de la machine et une familiarisation avec les solutions de dépannage permettent d'éviter les problèmes les plus courants. Au fur et à mesure que la technologie s'intègre à d'autres innovations, les applications continueront à se diversifier. Toutefois, l'essence même de l'impression 3D demeurera : le pouvoir de transformer des idées abstraites en objets tangibles, avec des applications qui profiteront à l'humanité par-delà les frontières. Avec les connaissances fondamentales acquises grâce à ce guide, vous pouvez vous lancer dans une aventure passionnante en matière d'impression 3D.

FAQ

L'impression 3D est-elle accessible aux débutants ?
Les imprimantes 3D de bureau sont de plus en plus abordables et faciles à utiliser pour les débutants. Cependant, la configuration de la machine et la compréhension du logiciel de conception nécessitent une courbe d'apprentissage. Mais de nombreuses ressources en ligne permettent de simplifier le processus.

Combien de temps faut-il pour imprimer un objet en 3D ?
Le temps d'impression dépend de la taille de l'objet, du matériau, de l'épaisseur de la couche et de la vitesse de l'imprimante. À titre d'estimation, l'impression de petits objets peut prendre de 1 à 8 heures, tandis que celle de pièces fonctionnelles plus grandes peut prendre de 1 à 5 jours.

Le PLA ou l'ABS sont-ils meilleurs pour un débutant ?
Le PLA est peu coûteux et produit moins d'émissions nocives. Il est plus facile à imprimer pour les débutants que l'ABS flexible. Toutefois, les pièces en ABS sont plus solides et résistent à des températures plus élevées. Le PLA convient donc parfaitement aux projets d'apprentissage initiaux.

Comment réparer une impression 3D ratée ?
Les problèmes à l'origine des tirages ratés, tels que le gauchissement ou la délamination, peuvent parfois être résolus par un nettoyage à la vapeur d'acétone ou aux ultrasons. Les impressions gravement endommagées peuvent être relancées à partir des supports. Enfin, des ajustements de l'étalonnage peuvent permettre d'éviter des erreurs récurrentes.