Bien choisir une imprimante 3D

Une imprimante 3D utilise un procédé de fabrication additive, c’est-à-dire qu’elle fabrique un objet couche par couche : soit en ajoutant de la matière, soit en solidifiant un liquide, soit en agglomérant une poudre. À l’opposé des machines-outils classiques qui permettent de réaliser une pièce en supprimant de la matière par usinage, cette technologie crée des objets en ajoutant des couches de matière. Elle permet de réduire les temps de production par rapport aux procédés classiques d’usinage et d’apporter une très grande précision dans la réalisation de formes complexes.

Contrairement aux techniques de moulage, qui nécessitent de réaliser le moule avant de pouvoir y couler de la matière pour fabriquer la pièce, les imprimantes 3D fonctionnent directement à partir d’un fichier numérique qui est découpé en « tranches » correspondant à chaque couche de matière.

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Quels sont les matériaux utilisés en impression 3D ?

Filament PET pour imprimante 3D de la marque Makerbot
Filament PET pour imprimante 3D de la marque Makerbot

Les matériaux diffèrent selon le type d’imprimante 3D. Vous trouverez ci-dessous la liste des matériaux les plus couramment utilisés (les technologies listées ci-après sont décrites dans la partie suivante) :

Aspect du matériau d’origine Type de matériau Technologie Marché Particularités Aspect de la pièce finie
Filament PLA (polymère d’origine végétale) FDM
FFF
Grand public
Professionnel
Compatible alimentaire Rugueux
ABS (thermoplastique) Meilleures caractéristiques mécaniques que le PLA
PET (plastique polyester translucide) Bonne résistance mécanique
Poudre Polyamide SLS Prototypage Très bon niveau de détail
Compatible alimentaire
Céramique, Verre SLS
Binder Jetting
Laboratoires de recherche
Design
Compatible alimentaire
Alumide (mélange de polyamide et d’aluminium) DMLS
EBM
Prototypage Bonnes caractéristiques mécaniques
Titane, acier inoxydable, aluminium, cobalt, fer, bronze, etc. Prototypage
Petite série
Aéronautique
Automobile
Bonnes caractéristiques mécaniques
Argent, platine, or, etc. Bijouterie
Liquide Cire SLA
DLP
Polyjet
MJM

Bijouterie
Dentisterie
Modélisme
Très bon niveau de détail
Fragile
Lisse
Résine polymère Prototypage
Petite série
Médical
Lisse
Directement teinté dans la masse

 

De nombreuses recherches sont en cours pour remplacer les matériaux actuels tels que l’ABS, issu de l’industrie pétrolière, et le PLA, issu de l’agriculture intensive, par des matériaux plus écologiques tels que l’argile, la boue, la pulpe de bois, les céréales produites de façon locale (VGA) ou les algues (SWF). Dans le domaine du bâtiment ou du génie civil, on voit aussi apparaître des imprimantes 3D qui peuvent utiliser des mortiers spécifiques.

Quelles sont les principales techniques d’impression 3D ?

Technologie Principe Commentaires
Fused Deposition Modelling (FDM) L’imprimante 3D chauffe un filament (PLA, ABS, PET, etc.) pour le rendre mou et malléable et le dépose par couches successives sur un plateau.
Lorsque la pièce présente des zones fragiles (par exemple un plateau sur un pied étroit), il est nécessaire de prévoir des zones supports qui seront retirées après la fabrication de la pièce.
Imprimantes destinées notamment au marché grand public. Vous pouvez utiliser cette technologie pour du prototypage, pour fabriquer des pièces unitaires dans le cadre du SAV par exemple.
Les pièces fabriquées peuvent être d’un bon niveau de précision en fonction de l’imprimante, mais pour des pièces complexes, nous vous conseillons de vous orienter plutôt vers la technologie SLS.
Fused Filament Fabrication (FFF)
Frittage laser (SLS) L’imprimante 3D utilise un faisceau laser qui solidifie  une poudre (polyamide, céramique ou verre) couche par couche pour réaliser des pièces qui peuvent présenter un grand niveau de détail.
Pour la fabrication de pièces complexes ou comportant des zones fragiles, il n’y a pas besoin de prévoir de supports, car les zones fragiles sont supportées par la poudre non fusionnée.
Les pièces présentent généralement un aspect sableux en sortie d’imprimante et doivent passer par une phase de polissage pour obtenir une bonne finition.
Les pièces fabriquées en SLS offrent de bonnes caractéristiques mécaniques.
Frittage direct de métal (DMLS) L’imprimante 3D utilise un faisceau laser qui solidifie une poudre (acier, inox, cobalt-chrome, aluminium, titane, etc.) couche par couche pour réaliser des pièces qui peuvent présenter un grand niveau de détail. Ces imprimantes sont de plus en plus utilisées dans les industries de pointe telles que l’aéronautique, l’automobile et le médical.
Elles représentent un investissement initial important, ainsi qu’un coût de maintenance élevé, mais elles permettent de réaliser des pièces très complexes, avec des caractéristiques mécaniques comparables à celles de pièces obtenues de façon traditionnelle (usinage ou fonderie).
Fusion par faisceau d’électrons (EBM) L’imprimante 3D utilise un faisceau d’électrons qui solidifie une poudre (acier, cobalt-chrome, aluminium, titane, etc.) couche par couche pour réaliser des pièces très complexes qui ne pourraient pas être fabriquées autrement. La fabrication se fait sous vide, ce qui permet d’éviter que la poudre non solidifiée s’oxyde. Celle-ci peut donc être réutilisée immédiatement.
Cette technologie ne peut être employée que pour des matériaux conducteurs. Elle est plus rapide mais un peu moins précise que la technologie par laser (DMLS).
Stéréolithographie (SLA) Ces imprimantes 3D utilisent un rayon ultraviolet qui permet de solidifier la résine. Les pièces obtenues sont de très grande précision et présentent un très bon état de surface.
Cette technique est notamment appréciée pour sa rapidité aussi bien pour le prototypage que pour la fabrication de moules.
Digital Light Processing (DLP) Cette technologie utilise un projecteur qui n’a pas besoin de se déplacer horizontalement et rend l’impression plus rapide que la SLA.
Polyjet Ces imprimantes associent l’émission d’une lumière ultraviolette à la projection de microgouttelettes de matière photopolymère (qui durcit sous l’effet de la lumière ultraviolette). Cette technique permet d’associer différents matériaux qui peuvent présenter des caractéristiques mécaniques différentes selon les besoins (matériaux rigides ou souples par exemple).
Elle est utilisée aussi bien dans la fabrication de jouets que dans l’aérospatiale.
Pulvérisation de matière (MJM) Ces imprimantes pulvérisent le matériau liquide qui se solidifie en refroidissant. Elles sont équipées de plusieurs têtes d’impression, dont une est utilisée pour créer le support (par exemple en cire) en même temps que la pièce. Les pièces réalisées sont de haute précision et peuvent être multi-matériaux en fonction du nombre de têtes d’impression.
Cette technologie est notamment utilisée en joaillerie pour la fabrication de moules.
Les imprimantes 3D employées pour le bâtiment ou pour le génie civil fonctionnent aussi par pulvérisation.
Pulvérisation de liant (Binder Jetting)
Liage de poudre (Powder Binding)
Ces imprimantes pulvérisent un liant, qui peut être coloré, sur une poudre déposée couche par couche. Cette technique permet de réaliser des pièces colorées très complexes. Il est cependant nécessaire de retirer le surplus de poudre par soufflage ou par aspiration.

Quelles sont les principales applications des imprimantes 3D ?

Imprimante 3D de la marque HP
Imprimante 3D de la marque HP

Les premières imprimantes 3D ont été utilisées dans l’industrie pour le prototypage, mais les domaines médical et dentaire se sont très vite intéressés à cette technologie aussi bien pour la bio-impression (fabrication de structures cellulaires) que pour la fabrication de prothèses.

Les industries liées au transport, comme l’aéronautique, l’aérospatiale, le transport maritime ou l’automobile, utilisent également de plus en plus l’impression 3D qui permet d’obtenir des pièces plus légères présentant des caractéristiques équivalentes ou même améliorées par rapport aux pièces fabriquées de façon traditionnelle.

Cette technologie est aussi largement mise en application en architecture et dans le génie civil, aussi bien pour la réalisation de maquettes que pour la fabrication directe de bâtiments ou de structures telles que des ponts.

Quels sont les avantages de la technique d’impression 3D ?

Le principal avantage de l’impression 3D est de pouvoir travailler directement à partir d’un fichier CAO (fichier 3D réalisé par exemple par un bureau d’études) tout en utilisant un minimum de matière, contrairement aux machines-outils traditionnelles qui génèrent beaucoup de copeaux qui doivent ensuite être recyclés. De plus, il n’y a pas de lubrification pendant la fabrication, ce qui limite fortement les risques de pollution.

Un autre avantage de l’impression 3D est de pouvoir créer des pièces aux formes très complexes qui seraient difficilement réalisables avec des procédés traditionnels (usinage, forgeage ou moulage). De plus, les imprimantes 3D permettent de réaliser des pièces de plus en plus grandes. D’abord destinée au prototypage, l’impression 3D permet aujourd’hui la personnalisation de masse en étant capable de fabriquer des pièces présentant de légères différences, ainsi que la fabrication en petites séries à des prix compétitifs. Grâce à l’impression 3D à haute vitesse, les temps de production sont de plus en plus réduits. Cela permet d’envisager de produire des moyennes ou grandes séries à plus ou moins court terme.

L’aspect visuel des pièces constitue l’un des rares problèmes liés à certains principes d’impression 3D. Si les pièces doivent être visibles sur le produit fini, elles devront passer par une étape de polissage. Mais si elles sont cachées (pignons d’engrenages par exemple), elles n’auront pas besoin d’une finition parfaite et pourront être utilisées telles quelles.

Avantages de l’impression 3D :

  • Réduction des coûts de production
  • Réduction du temps de fabrication
  • Réduction des erreurs
  • Production à la demande

Quelles sont les tendances du marché ?

Imprimante 3D de la marque Shining 3D
Imprimante 3D de la marque Shining 3D

L’impression 3D est un marché en pleine évolution. Les premières imprimantes 3D étaient limitées à l’utilisation d’un seul matériau et destinées à fabriquer des objets de très petites dimensions. Les pièces obtenues ne présentaient pas de grandes caractéristiques mécaniques. Aujourd’hui, nous voyons apparaître des imprimantes multi-matériaux et des imprimantes qui peuvent réaliser des objets de très grandes dimensions. Que ce soit dans le domaine médical, dans le domaine industriel ou l’architecture, nous pouvons nous attendre à ce que ces machines créent bientôt des organes complets pour des greffes ou des produits complets multi-matériaux directement fonctionnels. L’un des marchés prometteurs de l’impression 3D est celui de la réparation. De grands industriels de l’électroménager proposent des pièces détachées fabriquées avec cette technique.

On voit aussi apparaître des machines hybrides qui associent des têtes d’impression 3D sur des machines à commandes numériques qui utilisent par exemple le procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), qui est un procédé de soudage par dépôt permettant de produire notamment des pièces en titane.

Le marché grand public se développe rapidement et représente une part non négligeable pour les fabricants. Il est possible à terme qu’il soit concurrencé par les Fab Lab, qui offrent des conseils et des services complémentaires à la mise à disposition d’imprimantes 3D.

Au niveau industriel, on voit apparaître des imprimantes qui permettent de travailler avec des matériaux très techniques, capables de réaliser des pièces de grandes dimensions. Désormais, les industriels proposent en plus des machines, des services d’impression 3D. Leurs centres d’impression permettent d’exploiter différentes techniques d’impression sans avoir à supporter le coût de l’investissement dans les machines.

Quel est le prix d'une imprimante 3D ?

Pour comparer les prix des imprimantes 3D, il faut distinguer les machines destinées au grand public des machines industrielles. Les imprimantes 3D industrielles et grand public se distinguent par le volume d’impression, la précision, la vitesse d’impression, le niveau sonore et les matières qu’elles peuvent utiliser.

Sur le marché grand public, on peut trouver des imprimantes FDM à partir de 300 € pour imprimer du PLA en mono-filament avec un volume maximal de 200 x 200 x 200 mm et une précision de 100 microns.

Sur le marché professionnel, on peut trouver des imprimantes FDM à partir de 4 000 € pour imprimer du PLA ou de l’ABS en bi-filaments avec un volume maximal de 200 x 200 x 300 mm et une précision de 50 microns.

Pour les imprimantes en stéréolithographie, vous devez prévoir un budget compris entre 10 000 € et 150 000 €.

Pour les imprimantes qui permettent de réaliser des pièces métalliques, prévoyez un budget de plus de 100 000 €.