L’impression 3D pour les nuls

Introduction

Les imprimantes 3D sont déjà en train de révolutionner le monde. Cette nouvelle technologie est d’ores et déjà accessible au plus grand nombre, que ce soit via des services d’impression 3D (en ligne ou en magasin) ou directement chez soi avec les modèles les plus abordables. Il convient donc de faire le point sur l’impression 3D pour bien comprendre de quoi il s’agit.

Vous lirez ci-dessous une présentation assez simple qui explique les bases de l’impression 3D. Pour en savoir davantage et aborder la technique, vous pouvez lire ce guide du forum.

C’est quoi une imprimante 3D ?

Une imprimante 3D n’est ni plus ni moins qu’une imprimante classique, à la différence près qu’elle imprime des objets en trois dimensions à partir de diverses matières premières et selon différents procédés.

Vous connaissez l’imprimante classique (dite 2D) qui sort des feuilles de papier avec du texte ou des images. Superposez plusieurs feuilles et vous obtenez une troisième dimension, c’est la base de l’imprimante 3D : de très fines couches sont imprimées et ces lamelles se superposent pour former un objet en trois dimensions.

Il est aujourd’hui possible d’imprimer des objets en plastique, en métal et beaucoup d’autres matières.

Les objets à imprimer peuvent être modélisés avec un logiciel 3D ou tout simplement scannés avec un scanner 3D. En ce qui concerne les logiciels 3D, ils sont de plus en plus simples et certains s’utilisent même en ligne, via un simple navigateur internet. Les novices peuvent ainsi profiter de cette innovation et créer gratuitement des objets à imprimer en 3D.

Que peut-on imprimer avec une imprimante 3D ?

La réponse est simple : TOUT. Les deux seules limites sont la taille de l’imprimante et l’imagination de son utilisateur.

Les impressions 3D peuvent aller de quelques microns (nano 3D) à plusieurs mètres (c’est pourquoi on envisage de pouvoir un jour imprimer sa maison).

Les domaines d’applications sont donc infinis : l’industrie, la joaillerie, la médecine, l’alimentaire, la mode, l’armement, le bricolage, etc.

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Vidéo d’une imprimante 3D à dépôt de fil plastique

Où acheter une imprimante 3D ?

Quelques magasins commencent à proposer des imprimantes 3D tandis que des boutiques spécialisées s’ouvrent au compte goutte. Il existe par contre des services d’impression 3D pour faire imprimer des objets, sur internet ou en boutique.

Glossaire

Tous ces acronymes et mots parfois difficiles à prononcer qui peuvent faire penser que l’impression 3D est complexe alors qu’il n’en est rien…

• ABS, Acrylonitrile Butadiene Styrene :

Polymère thermoplastique utilisé par de nombreuses imprimantes 3D. C’est un plastique rigide offrant une bonne résistance aux chocs. Il est couramment utilisé dans les secteurs de l’électroménager, la téléphonie, le matériel informatique, le jouet (les briques Lego en sont l’exemple le plus connu), etc.

• AM ou ALM pour Additive (Layer) Manufacturing :

Méthode d’assemblage par couches. La fabrication additive s’oppose aux processus industriels de fabrication soustractive, par exemple un menuisier qui enlève de la matière à son morceau de bois pour en faire un objet fini.

• Bowden :

Système d’extrusion dont le moteur n’est pas directement connecté à la buse. La filament est poussé jusqu’à la tête chauffante dans une gaine (souvent en téflon). La tête chauffante est ainsi plus légère et facile à déplacer.

• Brim(s) :

Fine couche de support ajoutée sous les objets à faible surface de contact avec le plateau d’impression, facile à décoller de l’objet imprimé. Cela permet une meilleure accroche pour un travail de post-production moins fastidieux qu’avec le Raft.

• Buse :

Voir définition de Nozzle.

• CAD, Computed Aided Design :

Voir définition de CAO.

• CAO, Conception Assistée par Ordinateur :
  

Désigne la conception virtuelle à l’aide de logiciels et de techniques de modélisation géométrique.

• Cartésienne (bedslinger) :

Les imprimantes cartésiennes utilisent au moins trois moteurs pour déplacer les composants de l’imprimante selon les axes X, Y et Z d’un système de coordonnées cartésien. Très répandues et abordables, elles constituent la majorité des imprimantes 3D de bureau personnelles. L’impression se fait couche par couche : les axes X et Y positionnent la buse pour chaque point d’une couche, puis l’axe Z ajuste la hauteur de la buse (ou du plateau) pour la couche suivante. Des supports peuvent être nécessaires pour les parties en surplomb. Le principal avantage de ces imprimantes réside dans leur large diffusion, facilitant l’accès à l’information, aux conseils et aux pièces de rechange. Cependant, imprimer rapidement avec une imprimante cartésienne peut entraîner une qualité inférieure en raison du poids des axes en mouvement. De plus, leur volume global est souvent plus important que leur volume d’impression en raison de l’amplitude des mouvements nécessaires pour chaque axe.

CFF, Composite Filament Fabrication :

Technologie de fabrication additive à base de matériaux composites employée pour la première fois par l’imprimante 3D MarkForged Mark One, la première imprimante 3D compatible avec la fibre de carbone.

• CJP, ColorJet Printing :

Technologie de fabrication additive basée sur deux composants principaux : la base et le liant. Un rouleau dépose le matériau d’impression (la base) en fines couches sur un plateau. Entre chaque couche des têtes d’impression à jet d’encre déposent le liant qui vient solidifier la base et parfois la colorer.

• CNC, Computer Numerical Command :

Machine-outil à commande numérique.

• Cordage :

Voir définition de Stringing.

• CoreXY :

À l’instar des imprimantes cartésiennes, la conception CoreXY utilise deux moteurs et des courroies pour contrôler les coordonnées X et Y, tandis que l’axe Z détermine la hauteur d’impression. La particularité du CoreXY réside dans l’interdépendance des mouvements X et Y, obtenus grâce à une configuration de courroies spécifique. Contrairement à certaines conceptions où la surface d’impression se déplace verticalement, la caractéristique distinctive d’une imprimante CoreXY est la conception de ses courroies XY et leur fonctionnement coordonné.
Grâce à la légèreté des axes X et Y, les impressions rapides sont moins sujettes aux artefacts observés sur les imprimantes cartésiennes. De plus, cette conception optimise l’espace, permettant un volume de construction plus important par rapport à la taille globale de l’imprimante, car la surface d’impression ne nécessite pas de mouvement latéral.
Cependant, les imprimantes CoreXY utilisent des courroies plus longues, ce qui amplifie les problèmes liés aux courroies et rend leur réparation plus complexe en raison de leur trajet compliqué. La stabilité et la perpendicularité du cadre sont cruciales pour garantir une bonne précision dimensionnelle des impressions.

Crowdfunding :

Expression qui désigne la finance (ou collecte) participative visant le financement de divers projets par des acteurs ordinaires (principalement des internautes). Les plateformes les plus connues sont Kickstarter et le Français KissKissBankBank.

• Décollement :

Voir warping.

• Delta :

Les imprimantes Delta se caractérisent par une surface d’impression fixe et l’utilisation de trois moteurs qui, travaillant de concert, positionnent la tête d’impression (hotend) en ajustant sa position latitudinale, longitudinale et sa hauteur. Ces moteurs actionnent trois bras, dont la forme triangulaire a donné son nom à ce type d’imprimante (delta = Δ). Conçues pour une impression rapide grâce à un extrudeur léger et au contrôle précis des trois moteurs (nécessitant souvent un système 32 bits pour les calculs complexes), elles offrent un aspect visuel attrayant en fonctionnement. Cependant, elles présentent une surface d’impression circulaire et relativement petite, ce qui limite la taille des objets imprimés. La vitesse élevée peut compromettre la précision, et leur complexité mécanique, le manque d’informations et le coût des pièces rendent le dépannage difficile, les excluant souvent d’un usage bureautique courant. L’utilisation d’un extrudeur Bowden, nécessaire pour la légèreté, peut également restreindre le type de filaments utilisables.

DLP :

Technologie de traitement numérique de la lumière par projection d’images contrôlées par une puce et des miroirs orientables.

• DMLS, Direct Metal Laser Sintering :

Procédé de frittage de métal permettant une grande précision avec des couches de 20 microns.

• DRM (Digital Rights Management) :

La gestion numérique des droit a pour objectif de contrôler l’utilisation qui est faite des œuvres numériques via différentes techniques comme le tatouage qui facilite le traçage ou le zonage géographique (comme pour les DVD).

• Elephant’s foot :

Le phénomène de la patte d’éléphant est principalement détecté lors des impressions sans support (Raft) où les premières couches s’écrasent sur le plateau (pour une bonne adhérence) et sont du coup plus larges que les suivantes.

• Epaisseur de couche :

En anglais Layer height, c’est la hauteur de chaque couche de filament déposée pour créer l’objet. Elle définit la finesse de l’impression, la hauteur minimum dépend de la qualité de l’imprimante 3D. Une épaisseur de couche différente sur la même imprimante, pour créer le même objet, donnera un résultat à l’aspect différent.

• Extrusion :

Dans le domaine de l’impression 3D, l’extrusion désigne la création d’une forme tridimensionnelle à partir d’un objet plan.

• FabLab, Fabrication Laboratory :

Atelier de fabrication communautaire ouvert à tous (bricoleurs, designers, artistes, étudiants, hackers, etc.) et devant respecter une charte mise en place par le MIT.

• FDM,  Fused Deposition Modeling :

Dépôt de filaments de plastique en fusion par une buse, le plastique fondu est déposé par un extrudeur. Stratasys est l’inventeur de cette technologie.

• Feeder :

Système composé d’un roulement, d’une roue crantée, d’un ressort et d’un moteur pas à pas pour pousser le filament jusqu’à la buse dans les montages de type Bowden.

• FFF, Fused Filament Fabrication :

Équivalent FDM (Fused Deposition Modeling).

• Filament (PLA, ABS…) :

Fil de plastique qui sera fondu par l’imprimante 3D pour créer un objet sur le plateau d’impression. De nombreuses matières existent (PLA, ABS, HIPS, Nylon, flexible, bois, cuivre…) et la palette de coloris est très vaste selon les fabricants. Le conditionnement se fait sous la forme de bobines de 250, 500, 750 grammes ou 1kg, voire plus. Certaines imprimantes 3D imposent d’utiliser un filament propriétaire mais la plupart des machines est compatible avec des filaments tiers, permettant ainsi de choisir des produits moins chers, par exemple. Si la majorité des imprimantes 3D utilise du filament de diamètre 1.75mm, certaines comme les Ultimaker fondent du filament de diamètre 2.85mm. Il est recommandé de conserver ses bobines de filament à l’abri de la lumière (dans un carton par exemple), éviter l’humidité et à température ambiante.

• FCP, Fast Ceramic Production :

Une technologie inspirée de la stéréolithographie qui utilise la céramique comme matière première.

• FLS, Frittage Laser Sélectif :

Équivalent SLS (Selective Laser Sintering).

• FTI, Film Transfert Imaging :

Une image en 2D est affichée par un vidéoprojecteur intégré à l’imprimante 3D, un film transparent reçoit une couche de résine liquide pour une reconstitution couche par couche.

• G-Code :

Langage de programmation de commande numérique (CN) permettant de définir des séquences d’instructions pour piloter des machines-outil à commande numérique (CNC, imprimantes 3D, etc.). Cette programmation est généralement automatisée à partir des modèles 3D réalisés en CAO. Le gcode est le type de fichier que l’on dépose sur une clé USB pour imprimer en direct depuis l’imprimante 3D.

•  HIPS :

High Impact Polystyrene (polystyrène choc en français).

• Infill :

Remplissage de l’objet. Ce paramètre souvent exprimé en pourcentage définit la quantité de matière (non visible) à déposer à l’intérieur de l’objet. Cela permet de faire varier le curseur entre économie de plastique, vitesse d’impression et solidité de l’objet.

• Jupe :

Sorte de contour de l’objet qui sera imprimé. Permet de définir l’amplitude de l’impression mais aussi de fondre les premiers centimètres de filament pour avoir ensuite un flux régulier sur l’objet.

• Machine-outil :

Equipement de production mécanique destiné à réaliser un usinage à l’aide d’un outil fixe, mobile ou tournant utilisé sur une pièce fixée sur un plateau fixe ou mobile.

• Maker :
  

On appelle “maker” toute personne qui utilise une imprimante 3D pour créer des objets et celles qui bidouillent leur machine pour l’améliorer.

• Maker Faire :

Foire de l’artisanat futuriste, la Maker Faire est un évènement célébrant l’esprit Do It Yourself et le bidouillage.

• Microsoft 3MF :

Format open source de Microsoft pour les fichiers d’impression 3D, par exemple compatible avec l’application 3D Builder livrée avec Windows 10.

• MJM, MultiJet Modeling :

Développé par 3D Systems, le modelage à jets multiples permet des impressions 3D par couches de l’ordre de 16 microns grâce à plusieurs buses qui projettent des gouttelettes de résine ou de cire. Cette technologie se rapproche d’une imprimante traditionnelle à jet d’encre qui dépose de fines gouttes d’encre sur le papier.

• MSLA, Masked SLA :

SLA avec exposition sélective de la résine grâce à un masque créé par un écran  LCD.

• 

  Nozzle :

Il s’agit précisément de l’élément par lequel sort le filament de plastique fondu d’une imprimante 3D FDM. En français, on dit “buse” et “extrudeur”.

• Oozing :

Phénomène de suintement lié à un excès de plastique qui génère l’apparition de petite gouttes sur les parois de l’objet. Pour y remédier on peut jouer sur la température d’extrusion (diminution) et la longueur de rétractation (augmentation).

• Open Source :

Désigne les logiciels dont la licence respecte les critères établis par l’Open Source Initiative : libre redistribution, accès au code source et aux travaux dérivés. Ce terme est très connu des utilisateurs de Linux et des logiciels libres Firefox, LibreOffice, VLC, etc.

• Overhangs :

Parties des modèles en porte-à-faux, c’est à dire à imprimer dans le vide (par exemple un pont, seuls les piliers touchent le plateau d’impression). Il est parfois nécessaire de les soutenir par des supports.

• PC :

Plastique à base de polycarbonate offrant d’excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistante thermique (-135 °C et 135 °C).

• Pillowing :

Défaut d’impression qui peut apparaître sur les surfaces supérieures du modèle. Aussi appelés creux, trous ou cratères dans le jargon français, ils sont souvent synonyme d’un mauvais remplissage de l’objet. Ce dernier peu être dû à un infill pas assez dense ou à un manque de refroidissement de ce dernier qui fait qu’il s’affaisse.

• PLA, PolyLactic Acid :

Polymère biodégradable utilisé principalement dans l’emballage alimentaire. Il sert désormais aussi de matière première pour l’impression 3D d’objets en plastique rigide.

• Plateau :

Le plateau (ou bed) est la surface plate sur laquelle est imprimé l’objet. Standard ou chauffant, en verre ou en autre matière, chaque type de plateau a ses arguments.

• Plasticine :

Composant principal de la pâte à modeler, mélange de cire et d’huile.

• PVA, Polyacétate de Vinyle:

Polymère synthétique principalement utilisé dans la fabrication de colles dites “colles blanches”. Il a pour particularité d’être translucide et est utilisé en impression 3D pour sa capacité à se dissoudre dans l’eau chaude. Les imprimantes 3D à plusieurs têtes d’extrusion l’utilisent souvent pour la construction des supports soutenant des portes-à-faux ne nécessitant ainsi que peu de travail post-impression.

• Raft :

Plusieurs couches de support ajoutées sous les objets pour favoriser leur accroche au plateau. L’accroche étant plus forte qu’avec le Brim le travail de retrait en post-production est de ce fait plus fastidieux. C’est une technique employée contre le Warping.

• Shell :

Référence à la coque / coquille d’un modèle creux. Le nombre de shells représente le nombre de couches ajoutées à l’intérieur du périmètre de l’objet.

• Slicer :

Logiciel qui « tranche » le modèle 3D en couches horizontales pour que l’imprimante 3D les imprime. Il est aussi appelé « trancheur » en français. C’est cette application qui va aussi définir le taux de remplissage de l’impression 3D. Par exemple, le logiciel Cura permet de slicer un fichier STL et le transformer en GCODE, format compréhensible par une imprimante3D.

• Skirt :

Ce terme désigne le(s) contour(s) de l’objet que réalise l’imprimante 3D avant l’impression pour nettoyer sa tête et amorcer un flux de plastique régulier. Cela permet aussi de détecter un éventuel problème de calibration et de stopper le travail au plus tôt.

• SLM, Selective Laser Melting :

Au même titre que le frittage sélectif par laser (SLS, voir définition ci-dessous), la fusion sélective par laser est une méthode de fabrication additive qui fonctionne avec un laser qui fait fondre de la poudre métallique. Cette technique a pour avantage de pouvoir travailler les métaux purs, autres que les alliages, comme le titane par exemple.

• SLS, Selective Laser Sintering :

Frittage sélectif par laser, permet de créer des objets 3D, couche par couche, avec des poudres qui sont frittées par un laser puissant. Les objets ainsi fabriqués sont fait de différents alliages.

• Stéréolithographie (ou SLA) :

Transformation de résine photosensible liquide en objet à l’aide d’un laser ultra-violet qui la durcit, couche par couche.

• STL :

Type de fichier 3D le plus populaire. Les plateformes de téléchargement de fichiers 3D utilisent le format STL, type de fichier universel qui peut être ouvert dans tous les logiciels de slicer.

• Stringing :

Phénomène de fil indésirable plus ou moins épais qui apparaît sur le chemin de la buse entre les différents éléments d’une pièce imprimées en 3D. Cela se produit lors que la température d’extrusion est trop élevée, que la buse se déplace trop lentement et que la rétraction est trop courte. Il faut donc jouer sur ces 3 paramètres pour obtenir une impression plus propre.

• Voxel :

Valeur sur une grille régulière dans un espace tridimentionnel, en résumé il s’agit d’un pixel en trois dimensions.

• Warping :

Phénomène de décollement de l’objet du plateau (souvent au niveau des coins) lorsque le plastique refroidit et se rétracte, entraînant une déformation du modèle. Pour y remédier il existe différentes solutions : spray Dimafix, colle Hu-Hu, scotch Kapton ou Blue Tape, plateau Buildtak, plateau chauffant, Raft, Brim, etc.

• Wobble :

Phénomène d’oscillations cycliques observé sur les imprimantes 3D dont la tête d’impression n’arrive pas à se positionner correctement entre chaque couche. Cela provoque un motif oscillant ressemblant souvent à des vaguelettes sur l’objet imprimé selon l’axe Z. Les causes principales sont souvent les tiges filetées ou des contraintes au niveau du guidage et de la motorisation du Z.

• X axis :

L’axe des X, la ligne horizontale.

• Y axis :

L’axe des Y, la ligne verticale.

• Z axis :

L’axe des Z est le troisième axe dans une représentation 3D.

Comment fabriquer une imprimante ?

Il existe principalement un gros projet open source dénommé RepRap. Celui-ci explique comment fabriquer et piloter une imprimante 3D de A à Z. La construction n’est pas des plus simples mais son coût reste faible par rapport aux modèles prêts à l’emploi. On attend avec impatience le jour où l’on pourra imprimer des imprimante 3D en 3D !

Liste de constructeurs d’imprimantes 3D

Entreprises qui fabriquent ou ont fabriqué des imprimantes 3D.

3Deer – Slovaquie
3D Ceram – France
3D makeR Technologies – Colombie
3D Modular Systems – France
3D Printhuset – Danemark
3D Systems – Caroline du Sud, États-Unis
3D Totem – France
Addup – France
AIO Robotics – Californie, États-Unis
Airwolf 3D – Californie, États-Unis
Aleph Objects – Colorado, États-Unis
Anycubic – Chine
Apis Cor – Russie
Arcam – Suède
Asiga – Australie
Bambu Lab – Chine
Batiprint3D – France
BeAM – France
BetAbram – Slovénie
BQ – Espagne
Cosmyx – France
Carbon – Californie, États-Unis
Cellink – Massachusetts, États-Unis
Cobod – Danemark
Constructions 3D – France
ContourCrafting – États-Unis
CRP Group – Italie
Creality – Chine
CyBe – Pays-Bas
Dagoma – France
Desktop Metal – Massachusetts, États-Unis
Dm3D – États-Unis
Drawn – France
Elegoo – Chine
EnvisionTEC – Allemagne
Eos – Allemagne
ExOne – États-Unis
Fabrisonic – États-Unis
Flashforge – Chine
Flsun – Chine
Formlabs – Massachusetts, États-Unis
Freefab – Australie
Fusion3 – États-Unis
Geeetech – Chine
HP Inc. – Californie, États-Unis
Hyrel 3D – Géorgie, États-Unis
Icon – États-Unis
Kikai Labs – États-Unis
Kudo3d – Californie, États-Unis
Lulzbot printers – États-Unis
M3D – Maryland, États-Unis
Made In Space, Inc – Californie, États-Unis
MakerBot Industries – États-Unis
Materialise NV – Belgique
MarkForged, Massachusetts – États-Unis
Mcor Technologies Ltd – Irlande
Monolith UK – Royaume-Uni
Mudbots – États-Unis
MX3D – Pays-Bas
Namma – France
Optomec – États-Unis
Printrbot – Californie, États-Unis
Phrozen – Chine
Prodways Group – France
Prusa Research – République tchèque
Rapidshape – Allemagne
Relativity Space – États-Unis
Renishaw plc – Royaume-Uni
Robo3D – Californie, États-Unis
Raise3D – Chine
Sciaky, Inc. – Illinois, États-Unis
Sindoh – Corée du Sud
SLM Solutions Group AG – Allemagne
Snapmaker – Chine
Solidoodle – États-Unis
Solidscape – New Hampshire, États-Unis
Sq4D – États-Unis
Stanley Black & Decker – Connecticut, États-Unis
Stratasys – Minnesota, États-Unis
Thermwood – États-Unis
Tobeca – France
Totalkustom – États-Unis
Ultimaker – Pays-Bas
Velleman – Belgique
Volumic – France
Voxeljet – Allemagne
Wanhao – Chine
World’s Advanced Saving Project (WASP) – Italie
WinSun Decoration Design Engineering Co – Chine
Xjet3d – Israël
XTreeE – France
Z Corporation – États-Unis
Zortrax – Pologne
ZYYX – Suède