Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Les imprimantes 3D sont en train de devenir une nouvelle révolution technologique à la portée de tous les types d’utilisateurs. Ce type de technologie n’est pas nouveau, mais c’est seulement maintenant que son utilisation se démocratise grâce à ses prix compétitifs.

De la même manière que les imprimantes à encre transforment en papier imprimé les mots écrits sur notre ordinateur personnel, les imprimantes 3D sont capables de transposer dans le monde réel les pièces dessinées sur nos appareils.

En d’autres termes, avec une imprimante 3D, vous serez en mesure de faire des objets créés par votre esprit une réalité, ce qui en fait un outil puissant.

Dans cet article, vous apprendrez comment se déroule ce processus, depuis le moment où vous imaginez l’objet jusqu’à celui où vous le tenez en main. Vous découvrirez également les types d’imprimantes 3D qui existent et celle qui convient à la pièce que vous voulez créer.

Vous pourrez également voir ce qu’il est possible de faire avec une imprimante 3D aujourd’hui et quels matériaux sont utilisés en fonction de l’objectif final de la pièce à fabriquer.

Qu’est-ce qu’une imprimante 3D ?

Une imprimante 3D est une machine capable de créer des pièces tridimensionnelles à partir d’un dessin créé dans un programme de CAO, ou conception assistée par ordinateur.

Ces conceptions peuvent être réalisées en partant d’une idée ou d’un plan et en dessinant la pièce dans l’un des nombreux logiciels de CAO existants. Il est évident que l’utilisation de ces programmes nécessite un apprentissage préalable, bien qu’ils deviennent de plus en plus simples et intuitifs et qu’une utilisation courante vous permette de concevoir des solutions réelles dans votre vie de tous les jours.

Un grand avantage pour les utilisateurs qui veulent expérimenter avec une imprimante 3D est qu’il existe des sites web avec des milliers de dessins téléchargés par des utilisateurs amateurs d’impression 3D et qui sont disponibles pour le téléchargement et l’impression ultérieure, le tout gratuitement. Tout au long de l’article, je laisserai des liens pour que vous puissiez jeter un coup d’œil à la quantité de dessins et modèles auxquels vous avez accès.

Il existe même des scanners et des applications mobiles de numérisation qui vous permettent de copier un objet existant afin de le créer avec votre propre imprimante 3D.

De nos jours, il existe également des services professionnels d’impression 3D qui peuvent faire de la pièce que vous souhaitez créer une réalité, très utile si vous souhaitez fabriquer un objet et que vous ne disposez pas d’une imprimante 3D.

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

Il existe différents types d’imprimantes 3D en fonction de la technologie qu’elles utilisent. Dans cette section, j’expliquerai comment fonctionnent les imprimantes les plus couramment utilisées, la FDM ou modélisation par dépôt de combustible et les imprimantes 3D en résine.

Imprimantes 3D FDM

Ce type d’imprimantes 3D utilise un matériau plastique enroulé sur une bobine et, au moyen d’un système de poussée avec un moteur, connu sous le nom de système d’extrusion, elles poussent le filament plastique vers un fuser ou Hot-end qui chauffe le matériau à une certaine température jusqu’à ce qu’il fonde.

Avant d’expliquer le processus, je veux vous donner un exemple pour que vous puissiez l’imaginer de manière très simple : pensez à un pistolet à colle chaude, qui chauffe et fait fondre la colle pendant que vous déplacez le pistolet en dirigeant la colle là où vous voulez qu’elle tombe. C’est ainsi que fonctionne une imprimante 3D FDM, mais de manière beaucoup plus précise.

Le matériau fondu sort d’une buse qui dépose le matériau sur la base de l’imprimante, et grâce à une série de mouvements régis par un logiciel de découpe, l’imprimante dessine la pièce au fur et à mesure que le matériau tombe et se solidifie en refroidissant.

La question suivante est donc : qu’est-ce qu’un logiciel de coupe ? Il s’agit d’un programme informatique qui génère un code (code G) de programmation de commande numérique, et c’est ce code que l’imprimante lit pour savoir quels mouvements elle doit effectuer à tout moment et à quelle vitesse elle doit le faire.

Pendant que l’imprimante exécute le programme, le système d’extrusion se déplace et le matériau fondu sort de la buse. Une fois placé sur la base, il se refroidit. De cette façon, l’imprimante dépose une couche sur l’autre et crée la pièce.

Plus une imprimante 3D est précise, moins les couches de matière plastique sont visibles et plus la qualité visuelle de la pièce est élevée.

La vérité est que, même si cela peut sembler complexe si vous n’avez jamais entendu parler de ces concepts, il n’est pas nécessaire de connaître la commande numérique ou la programmation, ni de dessiner dans un programme de CAO pour pouvoir imprimer des pièces en 3D. En fait, il suffit de télécharger le fichier de la pièce que vous voulez fabriquer et de le transmettre à l’imprimante 3D pour pouvoir commencer à imprimer sans trop de difficultés.

Évidemment, en fonction de la complexité du projet à réaliser, vous devrez acquérir certaines compétences tant dans l’utilisation du logiciel que dans le réglage des composants de l’imprimante, tout dépend de l’ampleur que vous souhaitez donner à votre projet.

La variété de ce type d’imprimantes est énorme, tout comme leurs prix, qui varient de moins de 200 euros dans le cas d’imprimantes 3D économiques pour les débutants, à des milliers d’euros pour les imprimantes 3D professionnelles.

Des caractéristiques telles que la stabilité de l’assemblage de l’imprimante et la précision offerte par ses composants mécaniques, ainsi que d’autres fonctionnalités, sont responsables de cette gamme de prix.

Imprimantes 3D en résine – SLA ou DLP

Le processus de création des dessins dans le logiciel et les fichiers utilisés sont les mêmes que pour les imprimantes FDM, mais la technologie utilisée par ce type d’imprimante 3D est différente. Dans ce cas, le matériau utilisé est une résine photosensible qui est déposée dans le réservoir de l’imprimante.

L’imprimante utilise un laser ou un faisceau lumineux qui solidifie le matériau sur lequel il est projeté, tandis que la base de l’imprimante monte et sort la pièce du réservoir au fur et à mesure que les couches sont terminées.

Dans cette vidéo, vous pouvez voir rapidement comment ils fonctionnent et ce dont ce type d’imprimante est capable :

Ce type d’imprimantes est beaucoup plus précis que les imprimantes FDM et les imperfections sont à peine perceptibles.

Le principal problème est que ces types de résines sont généralement toxiques, bien que si vous respectez certaines mesures de sécurité de base et que vous gardez l’imprimante dans un endroit ventilé, sa manipulation ne présente aucun danger.

En raison de leur haute qualité et de leur précision, les imprimantes 3D en résine sont souvent utilisées dans les secteurs de la bijouterie et des soins dentaires. Il existe même des entreprises spécialisées qui proposent des services d’impression 3D avec ce type de technologie pour les cliniques dentaires.

Bien que ces imprimantes soient généralement chères, vous pouvez actuellement trouver sur le marché des modèles bon marché qui, bien qu’ils ne possèdent pas toutes les caractéristiques des machines professionnelles, vous permettent de créer des pièces très réalistes chez vous.

Si vous souhaitez en savoir plus sur ce type d’imprimantes et les précautions à prendre lors de leur utilisation, vous pouvez lire cet article.

Que peut-on faire avec une imprimante 3D ?

Le nombre d’utilisations des imprimantes 3D est presque infini, qu’il s’agisse d’objets du quotidien comme un support de tablette ou de téléphone portable, ou de prothèses médicales destinées à remplacer des parties du corps humain comme les bras ou les jambes.

Pour les amateurs de sport et de design, il existe des modèles de pièces pour assembler votre propre vélo imprimé en 3D. Dans ce modèle particulier, vous pouvez télécharger les pièces des joints des tubes sur Thingiverse, puis assembler les tubes, les roues et les autres composants comme s’il s’agissait d’un vélo commercial. Il n’est peut-être pas aussi solide que ceux que vous pouvez trouver sur les sites Web spécialisés dans les vélos, mais il sera certainement difficile de trouver quelqu’un qui en utilise un semblable.

Quelque chose d’impensable il y a quelques années mais qui est maintenant une réalité, est l’impression de maisons avec des imprimantes 3D, dans ce cas le matériau utilisé est le ciment et la taille de la structure de la machine est énorme, mais le fonctionnement de l’imprimante est le même que celui d’une FDM normale.

Même récemment, les imprimantes 3D commencent à être utilisées dans le secteur alimentaire pour créer des plats avec elles. Le principe de ces imprimantes 3D est d’utiliser des aliments prêts à l’emploi et de les imprimer pour façonner le plat. Si, à l’heure actuelle, nous considérons encore cette façon de cuisiner comme quelque chose de lointain ou de futuriste, dans quelques années, elle deviendra peut-être un autre appareil ménager dans nos cuisines :

Quant au type de pièces que vous pouvez télécharger et imprimer depuis votre domicile avec une imprimante 3D, la variété est illimitée. Presque tout ce que vous pouvez imaginer peut être imprimé avec une imprimante 3D, dans des limites logiques. Vous trouverez ici quelques exemples que vous pouvez télécharger gratuitement pour les imprimer :

Matériaux utilisés par une imprimante 3D

La variété des matériaux qu’une imprimante 3D peut utiliser est très grande et le choix de l’un ou l’autre dépendra de l’usage que vous allez donner à la pièce que vous voulez créer.

Les filaments plastiques utilisés dans les imprimantes FDM et les résines ont des propriétés différentes dont vous devez tenir compte avant de choisir l’un ou l’autre.

Certains matériaux offrent une plus grande dureté ou résistance mécanique, tandis que d’autres peuvent être plus flexibles ou plus résistants à la détérioration due à l’exposition au soleil ou à des agents extérieurs.

Le matériau le plus couramment utilisé est le PLA, l’acide polylactique, qui est un plastique biodégradable avec lequel il est généralement facile d’obtenir une bonne qualité d’impression, c’est aussi un matériau relativement bon marché et qui offre de bonnes performances.

Il en existe d’autres, comme l’ABS, qui sont plus durs, mais il est plus difficile d’obtenir de bons résultats.

Il existe également des matériaux hydrosolubles qui se dégradent lorsqu’ils sont placés dans l’eau. Ce type de matériau est utilisé dans une imprimante 3D comme support pour le matériau principal dans la production de pièces complexes, dans cette vidéo vous pouvez voir le processus :

Les matériaux flexibles peuvent également être utilisés pour d’autres créations qui nécessitent cette caractéristique, comme ces baskets :

Comment choisir une imprimante 3D ?

Si vous envisagez d’acheter une imprimante 3D pour votre entreprise ou votre domicile, vous avez peut-être vu une multitude de modèles et avez du mal à faire votre choix parmi la multitude de possibilités qui existent.

C’est normal et c’est pourquoi je vais vous donner quelques indications à suivre avant de prendre une décision, pour laquelle vous devez d’abord vous poser les questions suivantes :

À quoi va me servir mon imprimante 3D ?

S’il s’agit d’une utilisation sporadique et que vous allez vous amuser à faire vos propres tests et créations dans l’intention d’apprendre, je vous recommande de commencer par un modèle économique mais fiable, entre 150 et 300 euros il y a un large éventail de possibilités à choisir, dans cet article vous pouvez trouver plus d’informations.

De quelle qualité ai-je besoin ?

Selon la finition visuelle et l’utilisation prévue, vous pouvez avoir besoin d’une imprimante très précise.

Pour les pièces présentant une finition très fine, on utilise généralement des imprimantes à résine, mais il existe également de nombreuses imprimantes FDM offrant une excellente qualité d’impression et une finition supérieure.

Il existe également une multitude d’imprimantes destinées au secteur industriel, capables de créer des pièces de haute qualité et des vitesses d’impression élevées, deux éléments cruciaux dans l’environnement de production :

Pour savoir s’il est plus approprié pour vous d’acheter une imprimante FDM ou une imprimante à résine, considérez que les pièces de l’imprimante à résine nécessitent un post-traitement et certaines précautions dans l’utilisation des résines. Les imprimantes FDM nécessitent une courbe d’apprentissage plus longue.

Chaque type de technologie a ses avantages et ses inconvénients, mais en général, les imprimantes à résine sont plutôt utilisées pour les créations qui nécessitent une finition supérieure, tandis que les imprimantes FDM ont tendance à avoir un plus grand volume d’impression et certaines ont la capacité d’imprimer en plusieurs couleurs ou plusieurs pièces à la fois.

Quelle taille auront les pièces que je fabrique ?

Dans une imprimante 3D, il est généralement possible d’apporter des améliorations à la plupart des modèles, mais une caractéristique que vous ne pouvez pas modifier est la taille maximale des pièces qui peuvent être fabriquées.

Cette taille est déterminée par le volume d’impression, qui correspond à la largeur x la longueur x la hauteur de la base de l’imprimante. Tenez-en compte avant de prendre votre décision.

Quel est le budget dont je dispose ?

Je vous recommande de commencer par fixer un budget maximum avant de vous lancer dans la recherche d’une imprimante 3D, car il existe tellement de modèles qu’en procédant ainsi, vous serez en mesure de vous limiter à une fourchette plus étroite.

Évidemment, si la précision dont vous avez besoin est élevée ou si le volume est très important, vous devrez être réaliste avec votre budget, car il sera difficile de trouver des imprimantes bon marché qui répondent à ces exigences et si vous faites le mauvais choix, vous risquez de gaspiller votre argent.