Impression 3D en résine : cas d'utilisation et avantages clés
Comment la stéréolithographie et ses différentes variantes se situent-elles par rapport aux autres options de prototypage à base de polymères ?
Mis sur le marché pour la première fois en 1986, ce procédé d'impression à base de résine est rapidement devenu le favori des concepteurs à la recherche de modèles 3D rapides et précis de leurs projets.
Des technologies concurrentes ont rapidement suivi en utilisant une variété de matières, y compris des non-résines, et aujourd'hui, les concepteurs peuvent bénéficier d'une variété d'options de prototypage rapide. Les technologies d'impression 3D sans résine les plus courantes sont le FDM (Fused Deposition Modeling), le SLS (Selective Laser Sintering) et le MJF (Multi Jet Fusion), ainsi que plusieurs versions plus récentes du SLA. La question qui se pose alors est la suivante : « Quelle est celle qui convient le mieux à mon projet ? »
SLA offre plusieurs options de finition pour améliorer la texture des pièces, ainsi que des traitements tels que le nickel SLArmor, la peinture, la couche transparente et les gravures personnalisées.
Impression 3D résine : qu'est-ce que c'est ?
L'impression 3D résine est un terme générique utilisé pour décrire les technologies de la fabrication additive qui construisent des pièces à partir d'une résine photopolymère liquide qui durcit ou "polymérise" lorsqu'elle est exposée à une source lumineuse.
Contrairement aux imprimantes à base de filament, comme la FDM, qui fondent une bobine de filament plastique pour créer des pièces couche par couche, les imprimantes à base de poudre (SLS et MJF) fusionnent des particules de poudre à l'aide d'un laser, d'agents de fusion ou d'une autre source de chaleur.
Nous examinerons prochainement les caractéristiques des différents processus à base de résine. Le plus important est la haute résolution et les détails plus fins des pièces par rapport aux imprimantes à filament ou à poudre, avec moins de "marches d'escalier" comme c'est le cas dans l'impression 3D. Cela est dû au contrôle précis de la source lumineuse et à la capacité de générer des couches plus fines, ce qui permet d'obtenir des finitions plus lisses que les autres solutions. De plus, ces pièces nécessitent moins de post-traitement que celles fabriquées par les autres méthodes, ce qui permet de réduire le coût des pièces et d'améliorer la précision.
Pour cette raison, l'impression 3D résine est souvent la méthode préférée pour les pièces complexe, ainsi que pour les pièces de petite taille ou miniatures et celles présentant des caractéristiques fines. Voici quelques exemples d'utilisation de la stéréolithographie pour les prototypes et les petites séries :
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Comment fonctionnent les imprimantes 3D résine ?
Malgré ses nombreuses utilisations et applications, il est important de comprendre les mécanismes qui caractérisent les différents types d'impression 3D en résine. Voici un résumé de quelques-unes des technologies disponibles, avec quelques points à prendre en compte pour chacune d'entre elles :
Stereolithography (SLA)
La stéréolithographie (SLA) ne s'est pas reposée sur ses lauriers imprimés en 3D au cours des 40 dernières années, et les machines d'aujourd'hui sont bien plus rapides et précises que leurs prédécesseurs. Cela dit, toutes dépendent d'un laser ultraviolet (UV) pour tracer le contour et l'intérieur de chaque couche, durcissant la résine liquide au fur et à mesure de son passage. Une fois chaque « tranche » achevée, la plateforme de construction descend légèrement, une nouvelle résine est étalée sur la surface durcie, et le processus se répète jusqu'à l'achèvement de la construction. De nouveau, un très haut niveau de détail est possible, bien que à des vitesses inférieures par rapport aux autres procédés basés sur la résine.
PolyJet
Imaginez une imprimante à jet d'encre qui, au lieu d'encre, dépose une résine photopolymère liquide sur un plateau de fabrication ; à la fin de chaque couche, une lumière UV passe au-dessus, durcissant la résine. PolyJet est l'une des rares technologies de fabrication à prendre en charge plusieurs types de matières en une seule fois, y compris un support semblable à de la cire qui est éliminé de la pièce finie une fois qu'elle a quitté la chambre de fabrication. Cette capacité permet aux concepteurs de créer des prototypes qui combinent deux couleurs ou deux duretés, ce qui est idéal pour les pièces flexibles telles que les joints et les étanchéités.
PolyJet permet d'ajouter des surmoulages aux pièces conçues, ce qui permet d'obtenir des pièces qui intègrent plusieurs degrés de dureté.
Matières utilisées dans l'impression 3D résine
Les imprimantes peuvent également traiter des résines ayant des caractéristiques différentes, ce qui leur permet d'être utilisées dans une large série d'applications. Parmi elles, on trouve des matières souples et molles de type silicone, des résines qui deviennent dures et résistantes à la chaleur comme la céramique lorsqu'elles sont durcies, des résines de base à usage général qui imitent l'ABS ou le polypropylène (PP), et des résines de type polycarbonate qui permettent d'obtenir des pièces claires ou translucides d'une grande rigidité. En comparaison, les imprimantes SLS et MJF sans résine sont limitées au nylon et au PP, tandis que la FDM peut imprimer une grande variété de matières thermoplastiques, bien qu'elle soit loin d'avoir la précision ou la vitesse de ses concurrentes.
Il est important de noter que les résines doivent être stockées avec soin, généralement à une température contrôlée. Comme elles contiennent des composés organiques volatils (COV), elles doivent être utilisées dans des zones bien ventilées et éviter tout contact avec la peau humaine.
Les résines sont généralement plus chères que le filament et la poudre et sont souvent la propriété du fabricant de l'imprimante 3D. Mais vu la variété des matières disponibles et les caractéristiques physiques robustes, la différence de coût est souvent négligeable par rapport à la performance du produit.
Comparaison entre les imprimantes industrielles et les imprimantes de bureau
En observant le coût peu élevé des imprimantes de bureau, on peut se demander pourquoi ne pas prendre en main son avenir en matière de prototypage et acheter sa propre machine. C'est tout à fait possible et certains l'ont fait, mais beaucoup se sont rapidement rendu compte que les imprimantes industrielles offrent généralement une meilleure précision et des finitions de surface plus lisses, sans parler d'une vitesse et d'un volume de fabrication considérablement plus importants.
Les imprimantes industrielles offrent également un choix de matières plus complet que les machines de bureau. Ce n'est probablement pas un grand avantage pour les prototypes, mais lorsqu'il s'agit d'essais fonctionnels, il est essentiel de s'approcher le plus possible de la matière d'utilisation finale. Une fois encore, les résines utilisées doivent être stockées correctement et consommées dans les limites de leur durée de vie.
Mais la principale raison de "passer à l'industriel" est peut-être l'expérience. Daniel Lubiner, un enseignant spécialisé travaillant avec des enfants aveugles et malvoyants, a rencontré des difficultés pour faire passer son projet BrailleDoodle du stade de conception à celui du prototype. Après avoir investi dans plusieurs itérations qui ne répondaient pas aux exigences de précision ou de finition de surface du dispositif, il s'est tourné vers nous pour obtenir de l'aide. L'équipe d'impression 3D a utilisé la technologie SLA industrielle pour fabriquer les trois composants principaux du prototype à partir de plastique de type ABS, dont certains présentent des caractéristiques aussi petites que 0,0508 mm.
Un autre exemple ? La startup UVision360, spécialisée dans les dispositifs médicaux, s'est appuyée sur la technologie SLA à micro-résolution et sur la résine thermodurcissable MicroFine Green de Protolabs pour fabriquer des pièces miniatures pour son système d'hystéroscopie Luminelle. Cette démarche a permis à la petite entreprise d'éviter des coûts d'outillage d'environ 200 000 livres sterling et de gagner des mois sur le Cycle de développement.
Dans ces cas comme dans d'autres, les entreprises auraient pu supposer qu'investir quelques milliers d'euros dans une imprimante SLA de bureau serait "suffisant" pour leurs besoins de prototypage. Elles se tromperaient cependant ; comme l'ont constaté de nombreux utilisateurs novices, l'impression 3D ne se résume pas à l'équipement, et ce n'est qu'au prix d'une longue expérience et d'un grand nombre d'essais que les entreprises maîtrisent ce processus très technique.
Comparaison entre l'impression 3D externalisée et l'impression 3D en interne
| Avantages | Inconvénients | |
|---|---|---|
| Impression 3D en externe |
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| Impression 3D en interne |
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Post-traitement des impressions 3D résine
Les technologies d'impression 3D en résine présentent plusieurs caractéristiques complémentaires. Le plus important d'entre eux est le besoin de supports de construction, qui doivent être retirés après l'impression. Comme nous l'avons suggéré précédemment, le retrait des supports avec le procédé PolyJet peut être assez simple - il suffit de laver les pièces - alors que les pièces SLA nécessitent un peu plus d'efforts, à savoir casser les supports et utiliser un peu de papier de verre pour lisser le morceau qui en résulte.
Parmi les autres options de post-traitement possibles, on trouve le vapour smoothing, la teinture, le décalquage, la peinture et le texturage, qui sont tous également disponibles avec les autres services d'impression 3D de polymères de Protolabs. Notez que toutes ces options de finition ne sont pas disponibles pour chaque processus d'impression.
En résumé, chacun de ces processus d'impression 3D résine produit des pièces de haute qualité avec des détails fins et une précision supérieure - la décision de savoir lequel est le plus approprié pour votre application dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels la taille de la pièce, la quantité, la disponibilité des matières et de nombreuses autres considérations qu'il est préférable d'examiner avec l'un de nos experts de l'impression 3D.
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Par Alex Lothspeich, ingénieur en applications d'impression 3D