Le fonctionnement d’une imprimante 3D

Et si vous imprimiez vos pièces détachées plutôt que de les acheter ? C’est l’envie que suscite la technologie de pointe en passe de devenir indispensable pour chacun : l’imprimante 3D. Mais comment fonctionne cet appareil encore assez méconnu ?

L’impression 3D, aussi appelée synthèse additive, consiste à ajouter couche par couche de la matière jusqu’à obtention de l’objet final. Elle diffère fondamentalement de toutes les techniques de fabrications utilisées jusqu’ici.

Imprimante 3D : définition

L’imprimante 3D est un appareil qui permet de reproduire en volume un dessin numérique à trois dimensions. Ainsi, elle donne la possibilité d’imprimer des objets conçus sur ordinateur sans avoir à les acheter ou à les construire (pièces mécanique, maquette, etc.). Pour fonctionner, elle reproduit tranche par tranche l’objet représenté en relief, contrairement à l’usinage classique où on enlève de la matière pour créer la forme finale.

Ce procédé trouve des applications en architecture, en mécanique, en médecine, en commerce dans les services après-vente, etc. C’est une technologie encore jeune née dans les années 80, mais qui s’annonce comme la prochaine révolution industrielle.

Origine et histoire de l’imprimante 3D

Le premier brevet d’imprimante 3D a été déposé en 1984 par les Français Jean-Claude André, Olivier de Witte et Alain le Méhauté pour Cilas Alcatel. Dans les années 80, plusieurs brevets ont suivi, notamment celui de Scott Crump avec le FDM (Fused Deposition Modelingou dépôt par fil fondu) qui préfigure les imprimantes 3D domestiques. L’expiration de ces brevets ouvre la porter à un fort essor de ces technologies.

Principalement créées pour concevoir de petites maquettes en résine, ces méthodes ont déjà beaucoup évolué, surtout pendant les années 2010. Un nouveau champ des possibles s’ouvre alors, notamment grâce à des innovations permettant de varier les matières d’impression en 3D.

Aussi, depuis 2011, on peut imprimer des aliments ou des objets de grande taille. Un brevet suscite par ailleurs beaucoup d’espoir : c’est celui déposé par le géant Hewlett Packard en 2016, qui ouvre de grandes perspectives en promettant des impressions 3D par frittage en couleur.

Quels sont les autres types d’imprimantes ?

Imprimante thermique

Ce sont des systèmes simples et autonomes dont les impressions ne demandent pas de temps de séchage (photocopieurs, imprimante monochrome, imprimante photo compacte, etc.). Pour fonctionner, ils projettent l’encre sur un film translucide puis l’applique à la surface de papier avec une pointe chauffée pour créer le motif.

Imprimante Jet d’encre

Modèle très répandu et bon marché à l’achat par rapport aux autres types d’imprimantes, c’est néanmoins le seul à avoir besoin d’un temps de séchage. Pour fonctionner, il va projeter de minuscules gouttes d’encre sur le papier.

Imprimante laser

Similaire à l’imprimante thermique mais, à la différence, elle fait intervenir un laser pour créer un motif sur le papier. Le toner contient une encre encore sèche, projetée sur le tambour, qui est lui-même marqué au laser. L’encre fond à la surface du papier où elle est appliquée pour créer le motif.

Fonctionnement d’une imprimante 3d : dépôt de matière

Inventé par Stratasys, l’imprimante 3D à dépôt de matière construit l’objet à imprimer couche par couche à la manière d’un fax. Les matériaux utilisés sont les polymères, mais aussi le métal, le carbone voire le bois. Cette technologie est surtout appropriée dans les imprimantes 3D de bureau ou pour les particuliers.

Fonctionnement d’une imprimante 3d : solidification par la lumière

Parmi les techniques d’impression 3D par solidification de la matière, on retrouve la stéréolithographie inventé par les trois Français ayant déposé le premier brevet en 1984. Il y a aussi le Polyjet breveté par la société israélo-américaine Objet Geometries Ltd et le frittage laser déposé par la société allemande EOS.

Selon la méthode, cette impression implique un bac de résine photosensible exposée à un laser à rayons UV, un dépôt goutte à goutte de résine photosensible ou une poudre de matière (polyamide, verre, céramique, métal, etc.).

Dans la première méthode, la forme est solidifiée au laser couche par couche pour dégager finalement l’objet désiré. Dans la seconde, la forme est solidifiée progressivement par un rayon chauffant sur la goutte de matière déposée. Dans la troisième, la matière est fusionnée et agglomérée grâce à un rayon laser afin de dégager l’objet du bloc de poudre.

Cette technique d’impression 3D permet de réaliser des pièces de très haute qualité avec des surfaces lisses et régulières dans le premier cas. Ainsi, les objets de précision comme des engrenages sont concernés par ce type de fabrication. Dans le cas du frittage laser, la surface est granuleuse et nécessite un ponçage, une couche de peinture, etc. Les pièces sont donc moins précises.

Fonctionnement d’une imprimante 3d : l’agglomération par collage

Inventée par le MIT, cette technologie d’imprimante 3D est la moins coûteuse. Elle consiste à appliquer sur une poudre composite de la colle, tranche par tranche après un abaissement de la surface jusqu’à obtention de l’objet final.

Après impression, la pièce réalisée doit être chauffée sans quoi elle reste friable, fragile et poreuse. Ainsi, cette technique concerne principalement des objets demandant peu de précision et constitue un moyen peu coûteux d’accéder à l’impression 3D.

Ainsi, on a vu que l’imprimante 3D et une technologie mature ayant commencé à se développer dans les années 80 où les premiers brevets ont été déposés. Elle fait intervenir plusieurs méthodes pour produire l’objet final, comme l’ajout de matière fondue, mais cela peut aussi être le durcissement couche par couche d’un liquide photosensible contenu dans un bac. Sinon, la matière est appliquée et durcie goutte à goutte ou par un laser qui l’extrait d’un bloc de poudre.

Enfin, une dernière méthode est de coller tranche par tranche la matière qui va constituer la pièce à réaliser. Chaque type d’impression 3D possède ses particularités et ses applications propres ainsi qu’un coût qui varie. Cela ouvre des perspectives d’accès à l’impression 3D à tous et permet de faire varier aussi bien la qualité des pièces réalisées, que leur aspect ou leur coût.