Le fonctionnement d’une imprimante 3D FDM (Fused Deposition Modeling) repose sur un processus ingénieux et précis qui transforme un filament plastique en objets tridimensionnels. Tout commence avec la bobine de matière plastique, qui contient le filament. Ce filament est enroulé de manière compacte, assurant une alimentation continue et constante vers l’extrudeur.
L’extrudeur joue un rôle crucial : il entraîne le filament vers la hotend avec une précision méticuleuse, contrôlant le débit et la vitesse pour garantir une extrusion fluide et homogène. La hotend, partie chauffante de l’imprimante, élève le filament solide à une température suffisamment élevée (entre 190°C et 290°C selon le matériau) pour le faire fondre. La buse située à l’extrémité de la hotend dépose alors ce plastique fondu couche par couche, avec une grande finesse, afin de construire l’objet.
Le plateau chauffant joue également un rôle essentiel en maintenant la base de l’impression à une température optimale. Cette chaleur contrôlée favorise l’adhérence du plastique fondu au plateau, limitant les déformations et décollements pendant l’impression et assurant ainsi une fondation solide pour le développement progressif de la pièce.
Choisir la technologie FDM, c’est opter pour une méthode fiable, accessible et économique de fabrication additive. Elle permet de produire rapidement des prototypes fonctionnels, des pièces sur mesure ou des objets complexes, tout en offrant un excellent compromis entre précision, matériaux variés et coût. C’est une technologie innovante qui ouvre la porte à la créativité et à la fabrication personnalisée, idéale tant pour les professionnels que pour les amateurs souhaitant concrétiser leurs idées en 3D.
Impression 3D FDM
Impression 3D MSLA
Le fonctionnement d’une imprimante 3D MSLA (Masked Stereolithography Apparatus) repose sur un procédé hautement précis et innovant qui permet de créer des objets tridimensionnels à partir de résine photosensible. Contrairement à la technologie FDM qui utilise un filament plastique, la MSLA utilise une résine liquide déposée dans un bac translucide.
Le coeur du processus est un écran LCD qui masque une source lumineuse UV. Cet écran projette un motif lumineux correspondant à une couche précise du modèle 3D, durcissant sélectivement la résine au contact des rayons UV. En une seule exposition, toute une couche est solidifiée simultanément, ce qui permet une impression rapide et d’une grande finesse.
Chaque couche solidifiée adhère à la précédente, et le plateau d’impression se déplace verticalement pour permettre à la couche suivante d’être exposée et formée. La précision de la MSLA est remarquable, avec une résolution souvent bien supérieure à celle des imprimantes FDM, permettant de réaliser des détails complexes et des surfaces parfaitement lisses.
La résine utilisée peut varier en fonction des besoins : standard, flexible, haute résistance ou même biocompatible, ouvrant ainsi des applications très diverses, de la joaillerie à l’ingénierie médicale. La technologie MSLA offre une alternative innovante et performante, alliant rapidité, qualité d’impression et grande diversité de matériaux, idéale pour des prototypes détaillés ou des pièces aux géométries complexes.
Cette technologie nécessite un post-traitement conséquent, ce qui impacte directement le coût final des pièces produites. En effet, après l’impression, les objets doivent souvent être nettoyés dans des bains pour éliminer les résines ou les supports résiduels, puis subir des étapes supplémentaires comme le durcissement à la lumière UV et voir de ponçage pour obtenir une finition parfaite. Ces opérations demandent du temps, du matériel spécifique et une expertise humaine, ce qui rend cette méthode plus coûteuse que la technologie FDM, généralement plus simple à mettre en oeuvre et nécessitant moins d’interventions après impression.
Les matériaux
L’impression 3D en FDM et en MSLA utilise des matériaux aux caractéristiques très variées, adaptés à des besoins techniques, esthétiques ou mécaniques spécifiques.
Matériaux pour l'impression 3D FDM
Le FDM repose sur des filaments thermoplastiques qui fondent pour être déposés en couches successives. Parmi les matériaux standard, on retrouve :
PLA (Acide Polylactique) : facile à imprimer, écologique et biodégradable, il est idéal pour les prototypes, objets décoratifs ou pièces non soumises à de fortes contraintes mécaniques.
ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) : plus résistant et flexible que le PLA, résiste mieux à la chaleur, utilisé pour des pièces fonctionnelles plus ambitieuses.
PETG (Polyéthylène Téréphtalate Glycol) : équilibre entre rigidité et flexibilité, bonne résistance chimique, idéal pour des pièces nécessitant une certaine durabilité.
Le TPU (polyuréthane thermoplastique) est un matériau innovant en impression 3D, reconnu pour sa combinaison unique de flexibilité et de résistance mécanique. Il permet de créer des pièces à la fois souples et durables, répondant parfaitement aux besoins fonctionnels variés des secteurs industriels et domestiques.
L'ASA (Acrylonitrile Styrène Acrylate) : est un matériau thermoplastique robuste, résistant aux UV et aux intempéries, idéal pour les impressions 3D destinées à un usage extérieur. Sa durabilité et sa stabilité dimensionnelle en font un choix privilégié pour les pièces techniques exposées à des conditions extrêmes.
Le PC (polycarbonate) : propriétés mécaniques exceptionnelles, notamment sa haute résistance à la chaleur, sa robustesse et sa durabilité. Ce matériau est idéal pour des applications industrielles où la performance mécanique est critique, comme les pièces fonctionnelles, les prototypes robustes ou les composants soumis à des contraintes thermiques.
Le PP (polypropylène) : bien que complexe à maîtriser, offre des propriétés mécaniques et chimiques exceptionnelles telles que résistance chimique, flexibilité et durabilité. Grâce à des conditions d’impression optimisées — plateau chauffant à haute température, contrôle précis du refroidissement et filaments avancés — il devient incontournable pour des applications industrielles exigeantes et innovantes.
Le PA6 (Polyamide 6) et le PA12 (Polyamide 12) sont deux matériaux thermoplastiques prisés pour leurs propriétés mécaniques et leur résistance chimique. Le PA6 se distingue par sa haute résistance mécanique et rigidité, idéal pour les pièces techniques exigeantes, mais nécessite un séchage rigoureux et un contrôle du retrait. Le PA12, plus flexible et moins hygroscopique, offre une meilleure stabilité dimensionnelle et une facilité d’impression accrue, ce qui le rend adapté aux applications industrielles nécessitant précision et durabilité.
Au-delà des polymères standards, des matériaux chargés viennent élargir les possibilités techniques :
Filaments chargés en fibre de carbone : incorporent des microfibres de carbone dans une base plastique, accroissant considérablement la rigidité et la résistance mécanique, tout en restant légers. Ces filaments sont parfaits pour des pièces structurelles, des prototypes fonctionnels très exigeants ou des composants mécaniques.
Matériaux chargés en bois, métal, ou autres composites : combinent l’esthétique ou certaines propriétés spécifiques avec la facilité d’impression FDM. Ces matériaux permettent d’obtenir des objets à l’aspect unique ou avec des caractéristiques particulières (conductivité, poids, texture).
Matériaux pour l’impression 3D MSLA
La technologie MSLA utilise des résines photosensibles durcies par une lumière UV projetée à travers un masque LCD. Les résines standard comprennent :
Résine standard : offre une bonne précision et une finition lisse, adaptée pour les prototypes détaillés et les objets décoratifs.
Résine dure : enrichie pour offrir une meilleure résistance mécanique, utilisée pour des pièces fonctionnelles.
Résine flexible : permet d’imprimer des pièces élastiques, telles que joints ou éléments amortissants.
Des résines plus complexes et spécialisées existent :
Résines chargées en particules (céramique, métal) : ces matériaux composites confèrent à la pièce finie des propriétés mécaniques ou esthétiques avancées, comme une résistance accrue, une texture spécifique ou un rendu métallique.
Résines haute température : conçues pour résister à des environnements chauds, elles permettent de fabriquer des pièces fonctionnelles dans des conditions de chaleur importantes.
Résines biocompatibles ou dentaires : utilisées dans les domaines médicaux et dentaires pour construire des prothèses ou modèles adaptés au contact avec le corps humain.
Les différentes options possible
L'impression 3D offre aujourd’hui une multitude d’options avancées qui permettent de créer des pièces fonctionnelles, esthétiques et sur-mesure. Voici un aperçu des différentes possibilités de réalisation des pièces en impression 3D, mettant en avant les combinaisons de couleurs, de matériaux, ainsi que l’intégration d’éléments fonctionnels.
Combinaison de couleurs
Grâce aux imprimantes 3D multi-têtes ou aux technologies de dépôt multi-matériaux, il est possible d’imprimer des pièces avec plusieurs couleurs dans un même objet. Cette capacité permet non seulement un rendu visuel plus riche mais aussi la création de repères visuels, de logos intégrés, ou encore de parties distinctes colorées pour des assemblages simplifiés. Certaines imprimantes utilisent aussi des technologies de mélange des filaments en temps réel afin d’obtenir des dégradés de couleur ou des motifs complexes.
Combinaison de matériaux
Les imprimantes à plusieurs têtes peuvent déposer différents matériaux dans une même pièce. On peut ainsi combiner rigidité et flexibilité, par exemple en associant un matériau rigide pour la structure principale et un matériau élastique pour les parties souples ou isolantes. Cette technologie ouvre également la voie à des pièces multi-fonctionnelles avec des propriétés mécaniques, thermiques ou électriques distinctes localisées selon les besoins. Certains systèmes permettent même de combiner des matériaux résistants à l’usure avec des matériaux transparents ou conducteurs.
Ajout d’éléments intégrés
Au-delà de la simple impression, il est possible d’intégrer directement dans les pièces imprimées des éléments fonctionnels tels que des inserts taraudés, des aimants, des joints ou des composants électroniques. Ces éléments sont insérés manuellement ou automatiquement lors de l’impression où après coup, ce qui améliore la robustesse des assemblages ou ajoute des fonctionnalités supplémentaires sans post-traitement complexe. Par exemple, les inserts métalliques permettent de monter des fixations solides tout en conservant la légèreté de la pièce plastique.
