Le cycle de fabrication
Il est impossible d’imprimer quoi que ce soit sans disposer d’un modèle numérique en trois dimensions et à l’échelle grandeur de l’objet à fabriquer. Pour vous en procurer un, vous pouvez piocher dans les bases de données disponibles en ligne, dont la plus importante, Thingiverse, contient plus de deux millions d’objets divers, tous mis gratuitement à libre disposition des utilisateurs. Ce site communautaire est géré et financé par Makerbot, un important fabricant d’imprimantes professionnelles, filiale de Stratasys. Un moteur de recherche performant facilite l’exploration des modèles que l’on peut ensuite télécharger sous forme de fichier maillé STL, brique essentielle de l’impression 3D. L’avantage est de pouvoir fabriquer des objets très rapidement et sans peine, mais le modèle ne sera pas forcément adapté aux dimensions exactes de l’objet prévu à bord, charnière, loquet ou autre support de VHF par exemple, ni à certaines fonctions particulières. La seule solution consiste alors à utiliser un logiciel de CAO (conception assistée par ordinateur) qui permettra de créer sur mesure un objet virtuel en trois dimensions, à la forme et la taille exacte nécessaire, de le visualiser sous tous les angles et de l’exporter sous forme de fichier STL. L’étape suivante consiste à transformer ce maillage en code lisible par l’imprimante, le G-code. Ce format standard de l’usinage numérique fournit à la machine la définition des parcours de la tête d’impression, couche par couche, de la géométrie du modèle et divers autres paramètres importants, comme la température de fusion de l’extrudeur et du plateau chauffant, l’épaisseur des couches, le niveau de refroidissement ou la vitesse d’impression. Il est généré par un logiciel spécifique appelé « Slicer » (« trancheuse »), qui décompose le volume en couches superposées, de 1 à 3/10 de mm en moyenne, affiche le résultat graphiquement à l’écran, animation virtuelle de la tête d’impression comprise, calcule le temps d’impression et jusqu’au prix de l’objet selon celui du matériau. Le fichier G-code est ensuite transféré à l’imprimante via une simple clef USB, une carte mémoire microSD ou par câble, directement depuis l’ordinateur. Si tout se passe bien, la machine travaillera de quelques minutes à une dizaine d’heures ou plus pour façonner l’objet réel. Ce dernier pourra ensuite être utilisé tel quel, subir un traitement de finition, lissage au solvant, enduit, peinture, etc., ou faire partie d’un assemblage de pièces multiples, avec des engrenages, des inserts vissés, des collages... La seule limite est celle de l’imagination du concepteur !
Pour avoir un objet sur mesure, il est nécessaire de passer par un logiciel de CAO.
d’isolation aux vibrations parasites et de nivellement…
Le FDM (pour « Fused Deposition Modeling », modelage par dépôt de matière fondue) a été inventé en 1988 par Scott Crump, fondateur de Stratasys, leader mondial de l’impression 3D, qui souhaitait fabriquer un jouet pour sa fille à partir d’un simple pistolet à colle chaude. Le procédé, le plus simple de la fabrication additive, repose sur trois éléments : un plateau chauffant d’impression, un filament thermoplastique enroulé en bobine et une buse chauffante mobile (généralement appelée extrudeur). Le filament solide est introduit dans l’extrudeur, qui amène le matériau à son point de fusion (aux alentours de 200 °C et plus) et le dépose couche par couche sur le plateau, conformément au modèle numérique à fabriquer.
La simplicité du FDM a permis de développer des imprimantes abordables (à partir de 200 € environ) et des matériaux relativement économiques (à partir de 20 € le kg environ)
Avantages et inconvénients du FDM
Largement popularisé par les mouvements communautaires Open Source et Fab Lab, le procédé FDM s’améliore sans cesse, avec des pièces imprimables de plus en plus grandes, un choix de filaments toujours plus étendu, des caractéristiques mécaniques adaptées à de nombreuses applications et une résistance accrue à l’environnement, rayonnement UV et humidité. Côté inconvénients, sa résolution est inférieure à celle du SLA, mais la précision globale d’une
machine amateur, de qualité et bien réglée, se mesure tout de même au 1/10 de millimètre près. Elle ne permet pas de lisser parfaitement une surface ni de réaliser un élément de bijouterie, mais la finition reste parfaitement acceptable pour la majorité des applications envisageables à bord ou à la maison. Plus gênant, la fusion du filament génère des émissions sensibles de nanoparticules, de poussières et d’odeurs désagréables, à un niveau variable selon la température de travail et le type de matériau. Comme l’imprimante contient des éléments chauffants et des matériaux inflammables, les risques d’incendie sont réels, surtout avec des machines d’entrée de gamme. Malgré tout, le procédé FDM reste le plus polyvalent et le plus abordable des techniques actuelles d’impression 3D et c’est celui que nous allons détailler ici. ■