Impression 3D
L’accastillage maison (ép. 1)
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L’IMPRESSION 3D est une technique de fabrication à peine trentenaire et il ne se passe guère de mois sans que de nouveaux procédés ou matériaux apparaissent sur le marché. Adaptée à une très large gamme de matériaux, du métal au béton en passant par les polymères et les cellules-souches, elle sait fabriquer des objets à n’importe quelle échelle, du nanomètre à la taille d’une habitation ! Elle fait partie de la famille des techniques de fabrication additives, où le matériau de construction est déposé à sa place et en quantité définitive, à l’image des couches de stratifié d’un bordé. Par opposition, les techniques d’usinage sont dites soustractives, qui procèdent par enlèvement de matière pour obtenir une pièce finie, à la manière du menuisier qui rabote une pièce de bois, la scie ou la perce. Cette différence fondamentale impose une méthodologie spécifique à l’impression 3D car, à la différence de l’artisan qui peut, à partir de ses plans et croquis papier, ajuster ou modifier tout ou partie de son travail, les techniques additives exigent de définir, à l’avance et avec la plus grande précision, la géométrie complète de la pièce dans ses trois dimensions. Toute modification ultérieure, de dimensionnement par exemple, exigera un nouveau modèle et une nouvelle fabrication. Il s’agit là d’une contrainte majeure à ne pas oublier, car le processus d’impression lui-même est lent, des heures, voire des dizaines d’heures restant encore nécessaires pour obtenir une pièce finie,
même de petite taille… Dans le monde effervescent de l’impression 3D, les seules techniques accessibles au particulier sont celles des premiers brevets, déposés dans les années 1980, appelés SLA et FDM.
LES TECHNIQUES D’IMPRESSION
Le SLA (pour StereoLithogrAphy) repose sur le principe de photopolymérisation (durcissement à la lumière) d’une résine sensible au rayonnement ultraviolet émis par un faisceau laser (un procédé couramment mis en oeuvre par les chirurgiens-dentistes). Orienté par un jeu de miroirs ultra-précis, il balaie la surface de la résine qui durcit instantanément sous l’effet de la lumière. La surface de résine se déplace alors verticalement d’une fraction de millimètre, préalable à un nouveau balayage du laser. Couche après couche, la machine finit par reconstituer l’ensemble du modèle. Sur les imprimantes grand public, l’objet est fabriqué tête en bas, à l’aide d’un bac de résine doté d’un fond transparent et d’un plateau support inversé se déplaçant de bas en haut. L’avantage de cette solution est de pouvoir fabriquer une pièce d’une hauteur supérieure à celle du bac et donc de minimiser le volume de résine, le coût d’impression et celui de l’appareil. Bien adapté aux formes complexes, le SLA offre une résolution micrométrique permettant d’obtenir des détails très fins et un excellent état de surface. Mais le prix des matériaux reste élevé (de 50 à 200 € le kilo), le nettoyage du bac en post-traitement est long, nocif et coûteux en solvants (de 10 à 20 € le litre). L’installation des imprimantes doit en outre répondre à des exigences spécifiques en matière de stabilité, de résistance aux vibrations parasites et de nivellement. Le FDM (pour Fused Deposition Modeling, litt. Modelage par dépôt de matière fondue) a été inventé en 1988 par Scott Crump, fondateur de Stratasys, actuel leader mondial de l’impression 3D, qui souhaitait fabriquer un jouet pour sa fille à l’aide d’un pistolet à colle chaude. Le procédé, le plus simple de la fabrication additive, repose sur trois éléments principaux : un plateau mobile chauffant, une buse mobile chauffante (généralement appelée extrudeur) et un filament thermoplastique en bobine. Introduit dans l’extrudeur à l’aide d’un entraîneur mécanique asservi, le filament solide est amené à un point de fusion semi-liquide (aux alentours de 200°C) qui permet de déposer