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Le principe est l'application de plastique chauffé (fusion) par couches afin de former l'objet. La conception de l'objet peut durer plusieurs heures. Ensuite, il y a également une phase de refroidissement (solidification) à prendre en compte.
Il existe aussi d'autres méthodes ( http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/impression-3d-differents-procedes-a1876.html , http://www.additiverse.com/tout-savoir-sur-les-technologies-dimpression-3d/) :
- par dépôt d'un filament fondu (FDM - Fused Deposition Modeling et FFF - Fused Filament Fabrication). Il existe 4 catégories principales d'imprimantes 3D : cartésiennes, polaires, delta et avec un bras robotisé (http://www.3dnatives.com/imprimantes-3d-fdm-060620173/)
- par stéréolithographie (SLA - StereoLithography Apparatus) ;
Digital Light Processing
- par la technologie LFS - Low Force Stereolithography. Elle permet de s'adapter à la géométrie de la pièce ;
- par frittage laser (SLS - Selective Laser Sintering, SLM - Selective Laser Melting et DMLS - Direct Metal Laser Sintering ) ;
- par « E Beam» ou « Electronic Beam Processing» ;
- par projection de liant (Binder Jetting) ;
- par le procédés MJ - Material Jetting, "MultiJet et PolyJet" (photopolymérisation) ;
- par le procédé de fabrication d'objet stratifié (LOM - Laminated Object Manufacturing) ;
(3DP, ZPRINTING) ;
- par le procédé jet d'encre métallique XJET (imprimante 3D métal) : (http://www.3dnatives.com/xjet-impression-3d-07112016/). Ce procédé a donc l'avantage de ne pas utiliser de métal en poudre donc : plus propre, plus sûr et qualité garantie.
- par le procédé Selective Absorption Fusion (SAF) de STRATASYS à mi-chemin entre la fusion laser sur lit de poudre et la projection d'un liant sur poudre (https://www.usine-digitale.fr/editorial/stratasys-devoile-la-selective-absorption-fusion-une-nouvelle-technologie-d-impression-3d-industrielle.N1074934)
D'autres procédés sans utilisation de poudre de métal vont également faire leur apparition (http://www.usinenouvelle.com/editorial/trois-technos-pour-imprimer-en-3d-des-metaux-sans-poudre.N465383) :
- procédé "HP Multi Jet Fusion"
- procédé DED - Direct Energy Deposition ;
Plus expérimental : le « frittage solaire» («solar sinter»). Ce procédé utilise l'énergie solaire pour alimenter une imprimante 3D spécifique où du sable est fritté.
Dans l'industrie notamment, les imprimantes 3D "métal" sont de plus en plus utilisées (http://www.additiverse.com/tout-ce-quil-faut-savoir-sur-les-imprimantes-3d-metal/).
L'utilistation d'une résine synthétique permettra une impression plus rapide CLIP -Continuous Liquid Interface Production ( http://www.zone-numerique.com/carbon-3d-sinspire-de-terminator-pour-revolutionner-limpression-3d.html ).
- procédé de "Rapid Liquid Printing" : il sera possible par exemple de réaliser en une dizaine de minutes une structure qui, par d'autres procédés plus ancients, nécessitait une cinquantaine d'heures.
- procédé "Rapid Additive Forging" (RAF) breveté par l'entreprise française Prodway. Elle permettra de créer de grandes pièces en métal notamment en titane (aéronautique) par le dépôt
d'un fil de métal en fusion sous une atmosphère de gaz inerte : https://www.3dnatives.com/rapid-additive-forging-prodways-29062017/
- procédé "Selective Toner Electrophotographic Process" (STEP) des solutions de fabrication additive EVOLVE (Stratasys) : http://www.primante3d.com/technologie-step-04042018/
Evolve Additive Technology Movie from Bruce Bradshaw on Vimeo.
- procédé MELD qui utilise le soudage par friction. Ce procédé est alternatif à celui de fusion et permet un gaspillage moindre tout en utilisant des métaux différents. Par contre, c'est un procédé qui manque de précision : http://www.primante3d.com/meld-technologie-16042018/
- procédé d'impression 3D métal par électromagnétisme de Vader Systems. Celui-ci repose en sur l’utilisation de fils métalliques chauffés dans une chambre à 1200 °C. Une fois liquéfié, le métal est alors propulsé au moyen d’un champ électromagnétique par des buses en céramique :
- procédé d’impression "3D Titomic Kinetic Fusion". Système de pulvérisation à froid à l'aide d'un pulvérisateur commandé par un bras robotisé qui vient superposer les couches de poudres métalliques. Possibilité d’imprimer environ 45kg de matière par heure :
- procédé "Intelligent fusion" de VELO3D. Combinaison de la simulation thermique du processus, la prédiction de l’impression et le contrôle en boucle fermée pendant l’exécution de l’impression (https://3dadept.com/sapphire-system-limprimante-3d-metal-de-velo3d-pour-la-fabrication-a-grand-volume/)
- procédé "Liquid Additive Manufacturing" (LAM) du fabricant allemand GERMAN REPRAP pour l'impression du silicone (http://www.primante3d.com/imprimante-3d-silicone-291118/)
-procédé "Laser Metal Deposition - Wire Powder " (LMD-WP) qui utilise un flux de poudre métallique (ou un fil métallique injecté) comme matière première ainsi qu’une source d’énergie – dans le cas présent trois rayons laser de 200 W, soit un total de 600 W pour fondre le matériau. Une configuration à 5 lasers de 1000 watts est également disponible sur la machine ;
- procédé "Wire Arc Additive Manufacturing" (WAAM) de la société basque ADDILAN qui consiste à superposer des couches de fils métalliques en les soudant ;
- technologie à ultrasons « Ultrasonic Additive Manufacturing » (UAM) qui consiste à souder de fines feuilles métalliques maintenues ensemble sous pression, par le biais d’ultrasons (https://www.primante3d.com/metal-ultrasons-24042023/) ;
- procédé "High-Speed Rotative" (HSR) de la jeune pousse allemande DP POLAR qui consiste à utiliser une plate-forme de fabrication rotative afin de produire simultanément des pièces jusqu’à 20 fois plus rapidement que les techniques d’impression 3D classiques (https://www.dppolar.de/en/3d-printer) ;
- Technique de chercheurs de l'UC BERKELEY et d'ingénieurs (États-Unis) utilisant un projecteur DLP, une succession d'image d'un même objet pris sous des angles différents et un gel photosensible placé dans un flacon rotatif. La projection des différentes images durcissent certaines parties du gel et, au fur et à mesure que le flacon tourne, l'objet se forme (https://trustmyscience.com/nouvelle-methode-impression-3d-replique-objets-quelques-minutes/?fbclid=IwAR3PKzH9iGBeaZPX7PZMgDM-NhPyRm72JNiZexWTtqCTT0LIocNofp7FXIk).
- procédé "Supersonic 3D Deposition" (SP3D) qui utilise l’énergie cinétique pour faire fondre les poudres métalliques (http://www.primante3d.com/speed-armee-04092020/)
- procédé "Continuous Kinetic Mixing™" (CKM) du fabricant américain FORTIFY. Le mélange cinétique continu permet d’obtenir une suspension uniforme de la fibre et d’autres additifs fonctionnels, et Fluxprint, utilise des aimants pour aligner les fibres afin d’optimiser les microstructures d'une pièce (http://www.primante3d.com/fortify-magnetique-03102020/).
- Technologie "Cold Inorganic Binding" (Cold IOB) du fabricant allemand VOXELJET. C'est un procédé unique qui permettrait de produire des moules et des noyaux pour l’industrie de la fonderie à partir de sable et d’un liant inorganique sans avoir recours à un traitement par micro-ondes (https://3dadept.com/quest-ce-que-la-technologie-dimpression-3d-cold-iob-la-derniere-solution-introduite-par-voxelejet/) .
Les différents filaments utisés sont l'ABS, le PLA et ses différentes variantes, le XT Copolyester, le PET, le nylon, le TPE (caoutchouc thermoplastique), le PVA, le HIPS, le filament Jelly, le filament mousse, le filament Felty ( http://www.additiverse.com/actualites/2015-01-18/comment-choisir-son-filament-pour-son-imprimante-3d ).
Beaucoup d'imprimantes tridimensionnelles utilisent un système de courroie qu'il faudra retendre au bout d'un certain temps lors d'une opération de maintenance. Mais d'autres systèmes voient le jour afin de rendre plus fiable la solidité; comme par exemple l'utilisation d'un écrou-vis ( http://www.entreprises.ouest-france.fr/article/imprimante-3d-e-crew-vis-bouscule-marche-pres-rennes-02-09-2014-157239 ).
Des procédés de micro-impression sont également en cours d'élaboration. Par exemple, la technologie FluidFM de la société suisse CYTOSURGE (http://www.3dnatives.com/cytosurge-impression-3d-metal-18042017/).
Les matières plastiques utilisées sont le ABS ou le PLA . Elles sont vendues sous forme de rouleaux de fils.
Suite au processus d'impression, il reste beaucoup de déchet et il est important de prévoir un programme de recyclage.
Comme ce fut le cas pour les imprimantes à jet d'encre, les imprimantes 3D vont voir leur prix baisser et leurs performances augmenter au fil du temps.
Effectivement, des imperfections sont actuellement visibles sur certains objets pour les modèles d'entrée de gamme (par exemple : des sortes de stries).
Parmi les désagréments sensuels à retenir des premiers modèles d'imprimante tridimensionnelle, il y a : la chauffe, le bruit et une légère odeur. Des scientifiques parlent également d'émissions de particules fines qui peuvent être dangereuses pour les poumons ou le cerveau ( http://www.lemondeinformatique.fr/actualites/lire-l-impression-en-3d-un-risque-pour-la-sante-54544.html ).
Les objets imprimés en PLA commencent à se déformer à partir de 50 °C. Ceci peut être problématique pour des objets à usage alimentaire par exemple. Pour pallier cela, des études sur la composition du PLA sont en cours.
Il est possible de faire des tests d'impression 3D en créant un petit cube.
Voici les différents paramètres qui peuvent être modifiés pour une imprimante 3D (utilisant des matières plastiques) :
- le changement de la bobine de fil ;
- le calibrage ;
- la température de jet ;
- la température de la plaque ou la base ;
- la langue utilisée ;
- les informations (version de firmware, contact pour la hotline, ...).
La vitesse d'impression 3D peut s'exprimer en cm3/h .
En juillet 2014, des modèles d'imprimantes utilisent des compartiments de pastilles plastiques ou de granules plastiques au lieu de filaments ( http://www.imprimeren3d.net/imprimante-3d-nutilise-pas-filament-11923/ ). Ceci permettra d'adapter au mieux les quantités de plastique utilisées et de vendre des consommables à bas coûts !
Des prototypes d'imprimantes 3D grand public utilisant le métal sont en cours de conception en fin d'année 2013 ( http://www.generation-nt.com/revolution-technologique-impression-3d-metal-grand-public-deja-vue-actualite-1822452.html , http://www.3dnatives.com/strong-print-3d-metal/).
Il apparraît que chaque imprimante tridimensionnelle sera spécifique à la matière utilisée (plastique, métal, céramique, caoutchouc, verre, carbone, produits alimentaires, papier, etc..), utilisera sa propre technologie et aura ses propres inconvénients (température de chauffe, déchets, particules projettées, ...).
Des imprimantes multimatériaux sont en cours de développement.
En ce qui concerne les déchets, des projets de machine à recycler sont en cours ( http://www.additiverse.com/actualites/2014-06-09/kickstarter-avec-la-strooder-fabriquez-votre-fil-pour-votre-imprimante-3d )
Petite astuce du jour : trouver le ratio adéquat pour le maillage :
Afin de ne pas générer un fichier trop volumineux inutilement, le maillage n'a pas besoin d'être important pour des impressions en FDM (ou FFF) mais il doit être plus important lorsqu'il faut imprimer en DLP ou réaliser des images de synthèse.