Comment imprimer en 3D ?

Vous voulez savoir comment imprimer en 3D ? Dans cet article, nous allons développer les étapes à suivre, depuis la décision des matériaux à choisir, la réalisation du dessin ou son téléchargement et les ajustements typiques dans le programme Slicer ou laminage et l’imprimante.

Nous verrons également une brève explication de la manière de réaliser chacune des étapes, afin que vous puissiez savoir clairement en quoi consiste chacune d’elles et dissiper certains doutes typiques.

N’oubliez pas que vous pouvez également consulter l’analyse des meilleures imprimantes 3D du moment, dans laquelle j’indique à quel type d’utilisateur chacune d’elles s’adresse.

Comment faire imprimer un objet en 3D ?

L’impression 3D permet de fabriquer des objets aussi variés qu’un steak, une maison ou des pièces industrielles, qui sont composés de matériaux très différents.

Il s’agit d’un procédé dans lequel le produit final est obtenu par superposition de couches de matériaux. Dans cet article, nous allons nous concentrer sur les étapes à suivre pour obtenir des pièces qui seront ensuite fabriquées en plastique, que nous décrivons ci-dessous.

Modèle (besoins/exigences pour l’impression)

La première étape de la production par impression 3D, également appelée fabrication additive, consiste à obtenir un modèle 3D. C’est-à-dire le produit final en format virtuel, que les machines utilisées coderont pour le reproduire.

Pour obtenir un tel modèle, vous pouvez procéder à votre propre conception, en utilisant un logiciel spécialisé, ou choisir un modèle déjà créé.

Il existe une grande variété de logiciels pour la conception assistée par ordinateur et l’impression 3D. D’une part, il existe des programmes pour les pièces techniques, comme AutoCAD, SolidWorks ou Fusion360 et, d’autre part, ceux pour les modèles au design plus organique ou artistique, comme Blender ou MeshMixer.

Les formats les plus courants pour le téléchargement du modèle final sont : 3MF, STL et OBJ. Tous les programmes couramment utilisés sont capables de lire ces formats et bien d’autres encore.

Pour la deuxième solution, il existe un grand nombre de sites web qui proposent des modèles gratuits et payants prêts à être téléchargés dans des formats prêts à être imprimés. Cela peut être intéressant si l’important est d’obtenir une pièce rapidement. Il peut également être utile de compléter vos propres modèles avec des pièces spécifiques ou standardisées.

Matériaux

Lors du choix du modèle à imprimer, il faudra tenir compte du matériau dans lequel il sera fabriqué, qui dépend de l’usage auquel le produit est destiné.

Ce matériau déterminera le type d’impression à utiliser. Parmi les technologies les plus couramment utilisées figurent le FDM et le SLA.

L’impression FDM (fused material deposition) est basée sur la fusion d’un polymère thermoplastique, qui atteint sa température de fusion, pour l’extruder à travers une buse qui se déplace sur une base (lit) déposant le matériau et générant des couches de matériau sur cette base jusqu’à ce que la pièce soit formée.

Pour l’impression FDM, le PLA est le matériau le plus utilisé, en raison de ses bonnes propriétés de rigidité, de sa facilité de fusion et d’impression et de sa biodégradabilité.

Toutefois, ces caractéristiques peuvent être insuffisantes pour certaines utilisations. C’est un matériau cassant et particulièrement sensible à la température, il ne sera donc pas possible de l’utiliser dans des pièces soumises à des températures supérieures à 60° ou à des contraintes mécaniques.

Pour surmonter ces problèmes, d’autres matériaux sont disponibles. L’un des plus utilisés est le PETG, qui résout les problèmes de résistance à la température du PLA et possède une certaine élasticité, mais est plus difficile à imprimer, car il peut obstruer l’extrudeuse pendant les longs tirages.

Outre ces deux matériaux, il en existe d’autres, comme l’ABS ou l’ASA, qui présentent chacun leurs propres avantages et limites.

Le deuxième type d’impression mentionné est appelé SLA ou stéréolithographie. Son fonctionnement est basé sur l’utilisation de résines sensibles au passage des rayons UV, qui se solidifient par le passage d’un laser, couche par couche.

Le faisceau laser balaie la surface de la résine, qui est initialement liquide, et la polymérise pour la rendre solide. Une fois la première couche solidifiée, un nouveau cycle de solidification commence et ainsi de suite, jusqu’à ce que la pièce complète soit créée.

L’avantage des imprimantes SLA par rapport aux imprimantes FDM est une meilleure qualité d’impression, car la solidification se fait par la lumière, alors que dans l’impression FDM, la qualité est limitée à la hauteur de la couche et à l’épaisseur de la buse. Cependant, l’impression FDM a l’avantage d’être moins chère que la SLA.

Étapes de l’impression FDM

Une fois le modèle et le matériau spécifiés, il faut les introduire dans l’imprimante.

En ce qui concerne le modèle, celui-ci peut être introduit dans l’imprimante de différentes manières. Habituellement, l’imprimante intègre des lecteurs de cartes SD pour introduire les modèles codés, au format GCODE.

Cette codification est obtenue avec un logiciel de laminage (Slicer), tel que Simplify3D ou Cura. Ces programmes permettent d’obtenir le fichier qui sera lu par l’imprimante, dans lequel le dessin est formé par des couches. Dans ces SWs, le dessin est préparé pour l’impression, en incorporant des supports ou en divisant les pièces en différents processus, en pouvant varier différents paramètres, comme la vitesse ou la température d’impression.

Il permet également d’ajuster la pièce finale, qui dépendra de l’utilisation et de la finition souhaitée. Les plus pertinentes sont présentées ci-dessous, et concernent le remplissage, les vitesses, les périmètres, le filament, la ventilation et les supports.

Remplissage :

• Densité de remplissage : il s’agit de la quantité de matériau avec laquelle on souhaite remplir la pièce. Il est généralement exprimé en pourcentage du volume de la pièce. Plus de remplissage signifie logiquement une plus grande résistance, mais cela consommera également plus de matériau et nécessitera plus de temps d’impression. Pour des exigences moyennes, un remplissage d’environ 20% est généralement utilisé, mais cela dépend beaucoup de la pièce, car le SW propose un remplissage plus ou moins automatique en fonction de la forme de la pièce.
• Modèle de remplissage : Il existe un grand nombre de modèles de remplissage qui confèrent à la pièce des caractéristiques mécaniques différentes. Le modèle le plus courant est celui d’une maille rectiligne. On utilise généralement des angles de 45 degrés par rapport aux faces extérieures de la pièce.

Vitesses :

• Vitesse d’impression standard. Sur certains matériaux, pour une meilleure finition, une vitesse de 40 mm/s est recommandée. Le fabricant du matériau recommandera généralement la vitesse d’impression appropriée pour maximiser la qualité de la pièce. Les géométries simples et de grande taille peuvent être imprimées plus rapidement que les petites pièces complexes. Par exemple, sur une pièce à section variable, il est important de diminuer la vitesse, qui sera plus élevée dans les zones à section plus grande et plus faible dans les zones à section plus petite pour éviter la surchauffe.
• Vitesse du contour : normalement, des valeurs distinctes peuvent être définies pour les parties internes et externes de la pièce, car ces dernières sont celles qui sont visibles sur la pièce et peuvent nécessiter des vitesses plus faibles.
• Vitesse d’impression du remplissage de la pièce : cette valeur est saisie, la plus courante se situant entre 40 et 80, en fonction de la complexité de la pièce.
• Vitesse de remplissage dans les petites zones : le plus conseillé est de les réduire à des valeurs d’environ 10-20 mm/s. Cela s’explique par le fait que la broche effectue de nombreux mouvements en un court laps de temps.
• Vitesse de la broche au repos : elle régule la vitesse de la broche lorsqu’elle se déplace d’une zone de la pièce à une autre sans extrusion. Il n’est pas conseillé de dépasser des valeurs de 150 mm/s. En général, il est réglé entre 90 et 100 mm/s.

Bordure ou jupe :

• Nombre de périmètres : Ils sont réalisés pour marquer la zone que la pièce va occuper et pour purger l’extrudeuse d’éventuelles impuretés avant de commencer la pièce. Normalement, un seul périmètre, avec une seule couche, est suffisant. Il est également possible de définir la distance de la pièce à laquelle ce périmètre doit être imprimé. Dans le cas d’une pièce ayant une faible surface de contact avec le lit, il est conseillé d’augmenter le nombre de périmètres et de les coller à la pièce pour augmenter la surface de contact et éviter que la pièce ne se décolle.

Filament :

• Diamètre : le diamètre du filament utilisé doit être déterminé. Les valeurs courantes sont de 1,75 et 2,85 mm de diamètre.
• Température : il faut indiquer la température à laquelle l’extrudeuse doit travailler, qui correspond à la température de fusion du matériau utilisé et doit se situer dans les valeurs indiquées par le fabricant.

Ventilation :

Cette section indique si la ventilation est souhaitée en permanence, ce qui peut être bénéfique pour certains matériaux et préjudiciable pour d’autres ; ou, au contraire, il est préférable de la régler en mode automatique.

Supports :

• Utilisé pour les pièces qui contiennent des parties en porte-à-faux, et qui ont besoin d’une base sur laquelle incorporer le matériau. Tous les programmes comprennent un réglage automatique qui fixe les supports et permet à l’utilisateur d’éliminer ceux qui sont jugés inutiles. La plupart des imprimantes prennent en charge les débords de 45º, mais les imprimantes les plus précises sont capables d’imprimer à 60º avec certains matériaux.

Réglages de l’imprimante 3D

Avant de commencer à imprimer, l’imprimante doit être configurée de manière à fonctionner correctement. Ceci est particulièrement important, car à l’usage, l’imprimante peut se dérégler au point de nécessiter une révision de certains aspects.

Pour cela, il existe différents types de logiciels, tels que Repetier ou Octoprint.

Ces programmes vous permettent d’effectuer rapidement et facilement les mouvements de l’extrudeuse pour les tâches de maintenance telles que la mise à niveau correcte du lit (c’est-à-dire que le lit est complètement horizontal) et l’écart entre le lit et la buse (offset – Z).

Pour l’espacement entre la buse et le lit, la plupart des imprimantes sont équipées d’un capteur inductif ou tactile, qui mesure la distance entre la buse et le lit et positionne la buse dans la bonne position à tout moment.

Le capteur et la buse se déplacent ensemble dans l’imprimante, et le capteur est utilisé pour déterminer la position de la buse par rapport au lit. Si le capteur est trop bas par rapport à la buse, il détectera le lit trop tôt et la buse risque d’imprimer dans une position trop haute. Si le capteur est trop haut, il peut mettre trop de temps à détecter le lit et la buse peut entrer en collision avec le lit.

Il est donc nécessaire de régler à la fois la position du capteur (généralement à l’aide d’une clé fixe) et, en parallèle, de faire varier les paramètres d’écartement.

En conclusion, il faut noter que pour obtenir un produit final adéquat, il est nécessaire d’intégrer tous les paramètres impliqués (forme de la pièce, matériau, logiciel impliqué, qualité de l’imprimante…), car ils dépendent tous les uns des autres et il sera nécessaire de les contrôler simultanément pour obtenir une pièce avec la qualité souhaitée.