Comment fonctionnent les imprimantes 3D? Voici les faits saillants sur la fabrication additive

L'impression 3D est partout ces jours-ci. Les gens l'utilisent pour tout fabriquer, des prototypes de produits aux moteurs à réaction, en passant par tout le reste - mais comment fonctionnent les imprimantes 3D exactement? Comment ces machines magiques fabriquent-elles des objets tridimensionnels - de pratiquement n'importe quelle forme - en quelques heures? Eh bien, si vous avez déjà été curieux de connaître ces choses, vous avez de la chance. Voici un aperçu très simple des quatre technologies d'impression 3D les plus courantes utilisées aujourd'hui.

FDM

La modélisation du dépôt de filament, également connue sous le nom de fabrication de filaments fondus, est le type d'impression 3D le plus courant - du moins du côté des consommateurs. Si vous avez déjà vu une imprimante 3D en personne, il y a de fortes chances que ce soit une imprimante FDM.

Sur le plan fonctionnel, votre machine FDM moyenne fonctionne beaucoup comme un pistolet à colle chaude qui est actionné par un robot (c'est assez intéressant, c'est en fait ainsi que FDM a été inventé dans les années 1980!). Le matériau solide entre à une extrémité, est poussé à travers une buse chaude, fond et est déposé en couches minces. Cela se produit encore et encore jusqu'à ce qu'un objet tridimensionnel émerge. La seule différence est qu'au lieu de la colle, ces imprimantes 3D utilisent généralement un filament thermoplastique comme l'ABS ou le PLA. Ces plastiques spécialement conçus sont conçus pour fondre et devenir liquides à une température très spécifique, mais reviennent à l'état solide après un refroidissement de quelques degrés seulement.

Dans les termes les plus simples possibles, l'impression 3D FDM est essentiellement une impression 2D encore et encore. Chaque fois qu'une couche est terminée, la buse monte un peu (ou parfois le lit descend) et la couche suivante est imprimée dessus. Finalement, après que des centaines, voire des milliers de couches sont empilées les unes sur les autres, le résultat est un objet 3D.

SLA / DLP

SLA et DLP sont les deux faces d'une même médaille. SLA (stéréolithographie) et DLP (projection laser numérique) utilisent tous deux la lumière pour «faire pousser» des objets dans un pool de résine photoréactive. La différence est que SLA fonctionne en faisant clignoter un laser - un minuscule point de lumière concentrée - sur une zone donnée pour la durcir et créer une couche. En revanche, les machines DLP durcissent simultanément toutes les zones d'une couche, en projetant de la lumière sur la résine sous la forme de cette couche.

Indépendamment des spécificités techniques, les machines SLA / DLP fonctionnent généralement de la même manière. Pour commencer, la plaque de construction de l'imprimante est abaissée dans une piscine de résine liquide et s'arrête juste une fraction de millimètre avant d'atteindre le fond. Cette plaque de base, d'ailleurs, est complètement transparente - ce qui permet à la lumière de briller à travers le fond. Lorsque cela se produit, toute résine liquide directement frappée par la lumière se solidifie, formant ainsi la première couche d'un objet et la fusionne avec la plaque de construction. Après cela, la plaque de construction monte de quelques microns (ce qui aspire plus de résine liquide en dessous) et le processus recommence. De cette façon, les objets sont créés couche par couche, de bas en haut.

SLS

L'impression SLS fonctionne très différemment de FDM et SLA. Pour créer un objet, la machine fait clignoter un laser sur un lit de poudre ultrafin, fusionnant les particules ensemble pour former une couche mince et solidifiée. La machine balaie ensuite plus de poudre sur le dessus de cette couche (en l'enfouissant efficacement) et répète le processus jusqu'à ce que l'impression soit terminée.

L'impression d'objets de cette manière présente un certain nombre d'avantages distincts. Il fonctionne avec une large gamme de matériaux, peut imprimer de grands surplombs et portées sans utiliser de matériau de support, et les pièces qu'il produit sont de très haute qualité. Les imprimantes SLS peuvent fabriquer des objets presque aussi bons que des pièces créées par moulage par injection, fraisage et autres processus de fabrication traditionnels.

Le seul inconvénient? Les imprimantes SLS sont extrêmement chères par rapport à leurs homologues FDM et SLA / DLP. En effet, les lasers à haute énergie capables de fusionner des particules ultrafines sont, eh bien, assez coûteux au départ. D'une manière générale, même les imprimantes SLS les moins chères coûtent plus de 200 000 dollars - et les imprimantes haut de gamme peuvent facilement coûter des millions. Cela dit, il existe une poignée d'entreprises qui travaillent actuellement à démocratiser cette technologie et à la rendre plus accessible, il y a donc une chance que les imprimantes SLS soient disponibles pour les amateurs et les consommateurs dans un avenir pas si lointain.

Polyjet

Considérez l'impression polyjet comme un magnifique hybride entre l'impression FDM, SLA et les imprimantes à jet d'encre 2D normales. Ces machines projettent de minuscules gouttelettes de résine photo-réactive sur une surface de construction, puis la durcissent (durcissent) immédiatement avec une lumière ultraviolette. Ce processus est ensuite répété des centaines (voire des milliers) de fois pour créer des objets couche par couche. La grande différence est que contrairement aux imprimantes FDM, les machines polyjet peuvent déposer du matériau à partir de plusieurs buses (d'où le nom) à la fois - ce qui leur confère une variété d'avantages.

Le plus grand avantage du polyjet est sans doute que les objets peuvent être créés avec une large gamme de couleurs, de dégradés et de motifs différents. De nombreuses machines polyjet peuvent également imprimer avec plusieurs matériaux simultanément. Par exemple, si vous aviez besoin d'un boîtier de perceuse sans fil avec un corps en nylon et une poignée en caoutchouc, une machine polyjet suffisamment avancée pourrait potentiellement fabriquer cet objet en une seule session d'impression. En plus de cela, les imprimantes polyjet sont également capables de résolutions extrêmement élevées - à tel point qu'il est souvent difficile de dire qu'un objet produit dans une machine polyjet haut de gamme a été imprimé en 3D.