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par le Spécialiste des Applications – Greg Bejtlich

Malgré le développement de la fabrication additive à la fin des années 1980, le terme « impression 3D » est un sujet assez nouveau dans l’actualité mondiale. Adidas imprime des chaussures, ICON des imprimeries et Ford des pièces automobiles. Il existe des dizaines de techniques d’impression 3D, certaines pour le plastique et d’autres pour le métal. La plus courante est la FFF, ou Fused Filament Fabrication. Le principe du FFF consiste à pousser un thermoplastique chaud à travers une buse et sur un lit de colle. Selon le style d’imprimante, le thermoplastique chaud est déposé dans les axes X et Y, refroidit et passe sur la couche suivante. Comme pour notre jouet d’enfance préféré, le « Etch A Sketch », le déplacement de la tête d’impression dans les axes X et Y peut créer des formes et des trajectoires complexes. En répétant ce processus et en empilant ces couches, on peut obtenir des pièces solides et légères.

 

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Filament

Pour mieux comprendre l’impression 3D, nous allons commencer par le matériau extrudé. Le matériau utilisé pour l’impression 3D est appelé « filament » et peut varier des plastiques à haute résistance aux chocs aux élastomères flexibles. Les matériaux les plus couramment imprimés aujourd’hui sont l’ABS, le PLA et le nylon. Ces plastiques sont vendus en bobines et leur diamètre varie entre 1,75 et 3 mm. Les filaments peuvent également être complétés par divers additifs tels que la fibre de verre, la céramique et la fibre de carbone. Des innovateurs comme Markforged créent des mélanges exclusifs de thermoplastiques qui donnent un nylon vingt-trois fois plus résistant que l’ABS, avec une augmentation de 40 % de la déflexion thermique.

 

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Extrudeuse

Les bobines de filament sont chargées dans une boîte sèche et introduites dans une extrudeuse motorisée. Les roulements et les engrenages de l’extrudeuse garantissent que la matière est introduite dans la buse chaude à un débit constant et qu’elle ne subit pas d’extrusion. Le plus souvent, l’extrudeuse est située à l’intérieur d’un boîtier ou montée directement sur la tête d’impression, également appelée « Direct Drive ».

 

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Tête d’impression

La tête d’impression se compose de six éléments principaux qui assurent l’extrusion du matériau de construction. Le filament est introduit de force de l’extrudeuse dans le dissipateur thermique et le bloc chauffant. Le bloc chauffant est composé de trois composants simples. Un bloc en aluminium, un élément chauffant et un capteur de température – le plus souvent appelé thermistance. L’élément chauffant chauffe à la fois le bloc chauffant et le filament tandis que la thermistance maintient la température sous contrôle. À l’état fondu, le filament est poussé à travers une buse interchangeable d’un diamètre de 0,1 mm à 1 mm. La buse à filament la plus courante est de 0,4 mm.

L’image ci-dessous montre deux zones colorées. La zone rouge du diagramme est le bloc chauffant qui fournit des températures de 180-275°. Le bloc chauffant bleu est refroidi par des ventilateurs et empêche le filament fondu et la chaleur de remonter dans la tête d’impression, ce que l’on appelle aussi le « heat creep ». Les ventilateurs de refroidissement assurent également que le filament fondu qui quitte la buse refroidit rapidement et adhère à la couche précédente.

 

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Lit d’Impression

La dernière étape d’une imprimante 3D est le lit d’impression. Le lit d’impression est la surface plane et horizontale sur laquelle votre pièce est construite. La première couche de filament déposée sur le lit d’impression doit avoir une excellente adhérence, sinon la pièce risque de se disloquer. Comme pour la construction d’une maison, la qualité des fondations aura un impact sur le reste de la construction. Pour assurer une bonne adhérence, de nombreux imprimeurs ont mis en place des plaques de construction chauffées, des surfaces collantes ou des adhésifs liquides. Les plaques de construction à usage unique ou jetables peuvent être inefficaces et coûteuses, contrairement aux plaques réutilisables qui nécessitent un nettoyage minimal et une réduction des déchets

 

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La science des matériaux et la précision de l’impression 3D sont les clés du succès de la technologie de demain. La capacité à générer des géométries complexes avec un large choix de matériaux ouvre des possibilités infinies, et la prochaine grande idée pourrait être la vôtre.

Si vous avez apprécié cet article et que vous souhaitez créer des impressions 3D solides, rendez-vous sur Markforged et découvrez les MarkTwo et X7. Leurs imprimantes ont une touche supplémentaire de FFF et renforcent les pièces avec du kevlar, de la fibre de verre et de la fibre de carbone. Des pièces plus légères et plus résistantes que l’aluminium 6061 !