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Les imprimantes 3D ne sont pas des équipements exclusivement destinés aux entreprises modernes, offrant une aide précieuse dans de nombreux domaines. Même à titre personnel, les inventeurs et les créateurs aiment expérimenter avec les imprimantes 3D. 

Informations utiles sur l'imprimante 3D

Comment fonctionne une imprimante 3D ?

L'avènement de l’imprimante 3D a constitué un véritable tournant pour les entreprises. Le prototypage rapide ou la fabrication de pièces de rechange ne sont que deux exemples permettant d'accélérer considérablement certains processus de l'entreprise. Mais, pour les particuliers, les imprimantes constituent un outil très utile pour un usage privé. Imprimez vous-même votre tasse préférée conçue par vos soins, un jouet pour enfant, des pièces de rechange et même des pièces personnalisées - presque tout est possible. Ce guide vous explique comment fonctionnent les imprimantes 3D et les techniques d'impression les plus courantes.

Les imprimantes 3D ont des applications industrielles et domestiques.

Une imprimante 3D permet de fabriquer, couche après couche, des objets en trois dimensions même vos propres créations. L'objet que vous souhaitez imprimer doit donc être présent sous forme de modèle tridimensionnel numérique. Vous pouvez télécharger depuis Internet des créations 3D complètes voire les créer dans un programme approprié.
Pour qu’un objet réel sorte de l'imprimante 3D à partir du fichier généré, tous les appareils incluent un logiciel adéquat. Ce dernier calcule les déplacements d’outil et les commandes nécessaires pour l'imprimante.

L’impression est effectuée par une buse, qui se déplace dans toutes les directions, c'est-à-dire latéralement, vers l'avant et vers l’arrière ainsi que vers le haut et vers le bas. Le matériau d'impression visqueux (filament) sort de la buse sous forme de fil fin. La buse se déplace en suivant les trajectoires précalculées au-dessus du lit d'impression et applique le filament en plusieurs couches les unes sur les autres. L'objet 3D est fabriqué du bas vers le haut, couche après couche, le matériau appliqué durcissant rapidement. Un objet d'impression 3D fermé n’est pas complètement rempli de filament. A l’intérieur des pièces, l'imprimante 3D crée une structure de grille, où l'épaisseur de la grille est ajustable. Cela permet d'économiser de la matière et l'objet reste stable malgré tout.

Le concept de fabrication additive désigne le procédé d'impression décrit ci-dessus : une couche après l'autre est ajoutée jusqu'à ce que l'objet d’impression soit terminé. Ce procédé de fabrication permet également de réaliser des rainures sur les modèles 3D

Informations utiles sur l'impression additive

Présentation de l'impression additive

Concernant le procédé d'impression additive (aussi appelée fabrication générative), il existe différentes technologies qui ont chacune des avantages et des inconvénients.

Procédé sur lit de poudre (liage de poudre)

Selon ce procédé, sur une plateforme d’impression mobile dans une cuve, de la poudre est d’abord appliquée, puis du liant et ainsi de suite, couche après couche. L'imprimante répartit le liant là où l'objet 3D doit se former. Après chaque couche, la plaque d'impression s’abaisse de l’épaisseur de la couche et répète le processus. Comme alternative au liant, les imprimantes 3D utilisent de l'énergie. Ainsi, par exemple, les couches de poudre sont durcies par la chaleur et liées entre elles.

Parmi les procédés sur lit de poudre, on compte la fusion sélective par laser (SLM), la fusion par faisceau d’électrons (EBM), le frittage sélectif par laser (SLS), la photopolymérisation (DLP [Digital Light Processing]) et la modélisation Polyjet.

 

Imprimante 3D avec technologie FDM

Procédés d'extrusion de matière

Comme décrit en introduction de ce guide, le modèle est obtenu par la création de couches successives. L'imprimante dépose le filament sur le plateau, là où le modèle de l'imprimante 3D l’a prévu. Le filament est en général solide, puis est ramollit sous l’effet de la chaleur de façon à pouvoir être facilement extrudé à travers la buse. Si le modèle contient des parties en surplomb ou des cavités, l'appareil imprime en plus des constructions de support afin d’éviter les déformations du filament encore visqueux.

Le procédé le plus répandu est le dépôt de matière fondue FDM (Fused Deposition Modeling) qui a connu un grand succès ces dernières années. La technologie FDM se caractérise par sa facilité d’utilisation et son bon rapport qualité/prix. En outre, elle convient pour de nombreuses utilisations et s’adresse aussi bien aux débutants qu’aux professionnels. 

Imprimante 3D par stéréolithographie

Procédés à matériaux liquides

Pour obtenir l'objet, une cuve est d'abord remplie de photopolymères liquides. Selon le procédé, le faisceau laser durcit le liquide aux endroits où doit être crée la forme. Dans le cas de la photopolymérisation DLP, les faisceaux laser frappent les polymères photosensibles ci-dessus selon une grille de points.   

Parmi les procédés avec matériaux liquides, on retrouve la stéréolithographie (SLA), la photopolymérisation (DLP [Digital Light Processing]) et la fabrication de céramique par lithographie (LCM).

Procédés d'impression 3D les plus appréciés : le dépôt de matière fondue (FDM) et la stéréolithographie

Les imprimantes 3D figurant sur conrad.ch utilisent soit la technologie FDM, soit la stéréolithographie. Avec la polygraphie, le frittage sélectif par laser, l’impression 3D et la fusion sélective par laser, ce sont les procédés de fabrication les plus répandus.

L'utilisation du procédé FDM ou du dépot de matière fondue s’impose là où la précision est requise. C'est-à-dire que ce procédé s’adresse par exemple pour les composants précis qui doivent résister aux tests complexes et aux environnements hostiles. Les pièces de fixation, les outils et les prototypes des secteurs de l’automobile et des techniques médicales sont souvent produites de cette manière. Dans le cadre d’un usage privé, vous pouvez imprimer toutes les pièces imaginables, que ce soit des pièces de rechange par exemple en modélisme, des figurines, des bols ou des jouets. 

En FDM, le modèle est fabriqué en plastique couche par couche. Sachant que le plastique est extrudé à travers une buse ou filière chauffée, il doit pouvoir fondre mais aussi refroidir et durcir rapidement. En fonction de la forme, des structures de support sont également nécessaires.
Les polymères thermoplastiques tels que les filaments ABS et PLA sont adaptés. Les filaments contenant des particules de laiton, de cuivre et de bronze ont un aspect métallisé brillant fidèle à la réalité après polissage ou ponçage de la surface. 

La stéréolithographie permet de fabriquer des modèles filigranés et des composants, des modèles de fonderie, des composants fonctionnels ainsi que des prototypes pour la machine-outil, l’automobile et l’équipement médical. Ce procédé est également idéal pour les produits finaux nécessitant un ajustement précis comme par exemple les appareils auditifs. Pour le grand public, les imprimantes 3D ont un usage universel, toutefois l’entretien est plus long que pour les imprimantes FDM en raison du nettoyage nécessaire après l’impression.

Le modèle est obtenu couche après couche à partir d’un bain de photopolymères. Un rayon laser durcit chaque couche avant d’immerger le modèle entamé dans le liquide pour réaliser une nouvelle couche. Pour que l'objet ne parte pas au cours du processus d'impression, des structures de soutien sont créées en parallèle pour stabiliser l'objet. Ces petits colonnes peuvent être enlevées mécaniquement à la fin. Il est important, à la fin, de nettoyer à fond le modèle terminé et d'éviter tout contact avec la peau. Une chambre à UV permet ensuite de durcir et solidifier la pièce réalisée.

Avantages de la fabrication additive pour les entreprises par rapport aux méthodes classiques

  • Réduction du délai et du coût de production, par exemple grâce aux faibles quantité de matière et la réduction d'erreurs lors du prototypage
  • Production juste-à-temps d'objets 3D
  • Produits d’impression fonctionnels, complexes voire même filigranés
  • Une grande flexibilité du processus de production par la possibilité d’effectuer des modifications ad hoc et la mise en place rapide des modifications souhaitées
  • Construction légère : avec l’impression 3D, il est possible de réaliser des formes qui étaient impossibles à réaliser ou du moins difficilement réalisables avec les méthodes de fabrication classiques. Ainsi, les constructions en 3D établissent de nouveaux standards en termes de poids, de design et de stabilité.

Avantages de la fabrication additive pour des particuliers

  • Production des pièces nécessaires en peu de temps
  • Personnalisation : Vous n’avez pas envie d’un produit de masse ? Avec l'imprimante 3D, vous pouvez créer des pièces uniques.
  • Plaisir d’inventer et de créer

Que peut fabriquer une imprimante 3D ?

Les imprimantes 3D permettent aux utilisateurs, qu’ils soient particuliers ou professionnels, de fabriquer des objets uniques en un clic de souris. Voici un aperçu des possibilités :
 

Production

  • Prototypage rapide
  • Fabrication de petite série
  • Fabrication de pièces uniques
  • Fabrication de motifs

Modélisme/modélisme ferroviaire

  • Fabrication de pièces à ajouter et de transformation
  • Personnalisation de composants standard
  • Fabrication de pièces de rechange
  • Fabrication de miniatures à l'échelle

Artisanat

  • Initiation économique aux procédés CNC
  • Fabrication de pièces uniques
  • Modèles réduits

Enseignement

  • Apprendre des constructions en 3D : un résultat tangible immédiatement
  • Amélioration de la représentation spatiale
  • Lien entre la théorie et la pratique

Art et design

  • Fabrication de modèles réduits et de sculptures
  • Conception de bijoux, en particulier de prototypes et de modèles design

Architecture

  • Ébauches rapides et économiques pour les clients et les concours
  • Transformation de plans en modèle miniature

 

Comment trouver une bonne imprimante 3D ?

Pour trouver l’imprimante 3D parfaite, vous devez tenir compte de certains critères.

Si l’on souhaite réaliser des formes complexes et des pièces ajustées avec l’imprimante 3D, il est nécessaire d’avoir une imprimante 3D ayant une bonne qualité d'impression. Il faut tenir compte des facteurs suivants :

Hauteur de la couche d'impression

L'épaisseur du matériau d'impression appliqué varie entre 0,02 et 0,2 millimètre. Plus une couche d’impression est fine, plus le modèle sera fin et précis à la fin du processus. De plus, les rainures entre les différentes couches d’impression sont moins visibles. Cette propriété fait entre autres la différence entre les imprimantes 3D à prix abordable et les imprimantes 3D haut de gamme.

Hot-end et extrudeur

L'extrudeur est la pièce maîtresse d'une imprimante 3D : L'extrudeur et une buse à chaud (hot-end) qui font fondre le filament, le façonnent et construisent l'objet. Les imprimantes 3D possèdent un ou deux extrudeurs.
Un appareil doté de deux extrudeurs (à double extrusion) est particulièrement recommandé pour un usage professionnel. Grâce à l'impression de structures de soutien, par exemple à partir de PVA soluble dans l'eau, vous pourrez obtenir les meilleurs résultats d'impression. Les structures de soutien en filigrane sont faciles à enlever. Il est également possible de travailler différents matériaux tels que des matériaux souples ou durs mais aussi avec plusieurs couleurs sur un même modèle.

Chambre d'impression
Le volume de la chambre d'impression est indiqué par les axes X, Y et Z. En règle générale, 100 à 250 millimètres par axe suffisent. Cela vous permet également de fabriquer des objets de plus grandes dimensions voire plusieurs objets en un seul processus d'impression.

Lit d'impression
Il existe des variantes chauffées et non chauffées. Si un niveau de qualité élevé est exigé, il vaut mieux opter pour un lit d'impression chauffant, qui porte la matière à une température d’au moins 100°C. En effet, cela permet d'améliorer l'adhérence du modèle et évite toute déformation. En effet, des déformations sont fréquentes si les pièces fraîchement imprimées n’ont pas une température homogène sur toute leur surface et se forment ainsi différemment.
Le matériau composant le lit d'impression a une influence sur l'adhérence et la répartition de la température. Sont recommandées ici les plaques en verre, céramique ou plaques en fonte d'aluminium. Pour que le modèle adhère de façon optimale sur la plaque d'impression lors de l'impression, des films adhésifs ou des sprays adhésifs correspondants sont recommandés. Ils s’appliquent sur des lits d'impression chauffés ou non.

Le filament passe par l’extrudeur et la buse.

Matériau pour imprimante 3D (filament)

Les critères importants à retenir pour les matériaux d'impression sont le degré de dureté, la flexibilité et la résistance à la température. Le matériau d'impression pour le procédé FDM classique se compose en général de filaments PLA ou ABS. En même temps, c'est aujourd'hui presque tout plastique est disponible pour l’imprimante 3D, que ce soit le polycarbonate résistant aux chocs ou le nylon résistant aux rayures.

Le PLA est un plastique naturel biodégradable. Il est résistant aux UV et facile à travailler. Par ailleurs, il adhère le mieux pendant l'impression à une plaque de verre ou un miroir, monté(e) sur la plaque d'impression. Une plaque chauffante n'est pas nécessaire. Toutefois, le PLA se déforme dès 60 ° C. Cela ne convient donc pas pour des objets tels que des tasses qui sont exposées à la chaleur dans le cadre de leur utilisation ou sont en contact de liquides chauds.

En outre, il existe des filaments en PLA avec des particules de bois, de bronze, de laiton ou de cuivre. Ces éléments ressemblent à s'y méprendre à l’original tant sur l’aspect final qu’au toucher. Des filaments transparents ou brillant dans le noir sont également disponibles.

Le plastique ABS est issu du pétrole, est résistant aux chocs et moins sensible à la chaleur que le PLA. Il peut donc subir un post-traitement comme le polissage ou le ponçage. Toutefois, il est plus difficile à travailler et nécessite un lit d'impression chauffé.

Autres filaments existants :

PVA : filament d’alcool polyvinylique soluble dans l'eau, qui est utilisé presque exclusivement pour l'impression de matériaux de support. Ainsi, vous n’avez pas besoin de retirer les structures à la main.

Polystyrène choc : comme le PVA, est principalement utilisé pour l'impression de structures de soutien car il est soluble avec du limonène.

Laybrick & Laywood : ces filaments se composent principalement de particules de grès ou de bois. C'est pourquoi ils ressemblent à s'y méprendre, visuellement et au toucher, au grès ou au bois.

TPE (élastomère thermoplastique) : même après impression, il reste flexible et très résistant.

Résine : Comme la résine durcit lorsqu’elle est exposée à un faisceau laser ou à la lumière ambiante, elle convient parfaitement à la stéréolithographie. Différentes sortes de résines sont disponibles et présentent différentes formes et propriétés.

Vitesse d'impression
Même si les appareils haut de gamme peuvent imprimer à un débit d'environ 300 millimètres par seconde mais une telle rapidité d’exécution est souvent au détriment de la qualité. Avec le bon filament, comme par exemple le PLA rapide, ils offrent des résultats d’excellente qualité à des vitesses élevées. De plus, cela permet de réduire la durée d'impression. Les imprimantes 3D pour débutants sont, par contre, nettement plus lentes avec un débit de 60 mm/s.

Kit d'imprimante 3D à monter soi-même ou modèle prêt à l’emploi ?
Pour tous les bricoleurs et les amateurs de technologie, mais également pour une utilisation dans les centres de formation, il existe différents modèles d'imprimante 3D en kit à monter. Ces imprimantes sont à monter soi-même chez soi avec un peu de patience et de temps. En termes de fonctionnalité et de qualité d'impression, ces imprimantes 3D en kit n'ont rien à envier aux appareils prêts à l’emploi, si le montage est correctement effectué.

Éléments d'un kit d'imprimante 3D à monter soi-même.
Voici à quoi ressemble l'imprimante 3D prête à l’emploi après assemblage.

Du modèle pour imprimante 3D au résultat d'impression

Toute imprimante 3D est commandée par ordinateur. Elle nécessite donc des informations numériques sous la forme d'une machine virtuelle pour réaliser les objets à imprimer. Ce modèle d'impression peut être créé de deux façons : par un scan en 3D de l’objet original ou par un nouveau modèle à l'aide d'un logiciel de CAO.

Scanner 3D pour des reproductions fidèles à l'original

À l'aide d'un scanner 3D et d'une imprimante 3D, c’est possible : la photo 3. Présentez-vous face à un scanner 3D, lequel génère une modélisation informatique de votre corps représentant les moindres détails jusqu'aux plis du tee-shirt. Une imprimante 3D l’imprime à n'importe quelle échelle. Un mini-moi dans la vitrine. Pour les particuliers, les scanners 3D en petits formats sont intéressants car ils ont de nombreuses applications : ils peuvent en effet copier à l’identique la vis manquante, la poignée de l'armoire, le verre à dents et bien plus encore et permettent de les imprimer avec précision. Outre le matériel, un puissant logiciel de numérisation est nécessaire, qui est en règle générale livré avec le scanner.

Modèles pour imprimante 3D avec logiciel de CAO

Logiciel CAO pour la création d'objets 3D.

Des objets tridimensionnels peuvent également être réalisés sans modèle réel original. Un logiciel de la conception assistée par ordinateur (CAO) permet la création de n’importe quel modèle imaginable. Les conditions requises sont la maîtrise du logiciel et une bonne dose de créativité.

Les logiciels d'entrée de gamme pour réaliser des modèles pour imprimante 3D aident à aborder le sujet dans la pratique. Pour tous ceux qui débutent dans l’impression 3D ou ne souhaitent pas se confronter intensément à un logiciel de CAO, vous trouverez des solutions sur Internet. Vous trouverez de nombreux sites web proposant des modèles 3D clés en main, prêts à télécharger.

Service d'impression 3D Conrad

Si vous ne souhaitez pas acquérir votre propre imprimante 3D, vous pourrez envoyer votre modèle 3D à notre service d'impression 3D Conrad. Il imprime des pièces uniques ou de petites séries et met à votre disposition la gamme complète des technologies d'impression 3D.  

 

Apprendre à l'école avec l'impression 3D - Pour les disciplines MINT

Avec les modèles 3D, vous pouvez rendre le cours plus concret.

Les outils technologiques interactifs, telles que les tablettes graphiques numériques, les ordinateurs et autres tablettes sont très interactifs et s’intègrent d’ores et déjà parfaitement dans l'enseignement. Les élèves peuvent désormais créer, concevoir et acquérir leur savoir-faire par la pratique à la différence de l’enseignement purement théorique.

Découvrir - Créer - Apprendre

L’imprimante Dremel 3D Idea Builder ouvre aux élèves un nouveau monde pour apprendre : Il est possible de cerner les problèmes et de réfléchir collectivement aux tâches associées de façon critique et de résoudre ces problèmes de façon interactive. Imagination, créativité et motivation réciproque sont les éléments clés de ce concept d'apprentissage innovant.

Applications et programmes scolaires actuels pour les travaux pratiques avec l’impression 3D

Applications possibles de l'impression 3D dans l'enseignement.

Les enseignants et des spécialistes ont œuvré à la meilleure compréhension, implication et à l’apprentissage de programmes scolaires interactifs en 3D dans l’enseignement secondaire et supérieur. Commencer les projets Dremel avec une tâche et une phase de conception. Une fois le processus d'impression 3D terminé et le résultat souhaité atteint, les élèves ont acquis une expérience, ils peuvent corriger ou élaborer une nouvelle ébauche. Les élèves sont ainsi sensibilisés à l’esprit critique, la créativité, la collaboration et la communication. Le concept pédagogique repose sur l’établissement d’un lien entre des concepts abstraits, l’apprentissage par travaux pratiques et des modèles imprimés en 3D.

Exemple pour l'enseignement secondaire (niveaux 6 à 8)
Les élèves conçoivent une paire de lunettes de soleil en 3D et collectent, par ailleurs, des informations sur l'oeil et les effets nocifs des rayons UV.

Exemple pour l'enseignement supérieur (niveaux 9 à 12)
Les élèves conçoivent un filtre à eau réutilisable en 3D et recueillent des informations relatives à la filtration nécessaire pour rendre l'eau potable. Dans ce contexte, cela permet également d’évoquer la problématique des ressources limitées en eau potable présentes sur Terre et de nourrir les débats.

L’imprimante 3D Dremel Idea Builder 3D40 avec filament 

Imprimante 3D utilisée lors d’un cours.
  • Zone de travail fermée et vitre transparente
  • Support de filament intégré et plaque d’impression remplaçable
  • Accès Wifi
  • Tête d'impression sans entretien
  • Nivellement semi-automatique
  • Refroidissement permanent
  • Écran tactile et éclairage LED

Équipement pour imprimante 3D

Bien entendu, vous trouverez chez Conrad des imprimantes 3D mais aussi les accessoires adaptés, les extensions et les pièces de rechange.

Accessoires pour une impression 3D parfaite et pièces de rechange pour les éléments endommagés de l'imprimante 3D.

Les extensions comme les encapsulations, les anneaux LED pour l’éclairage de surface ou un nettoyeur de filament sont disponibles dans cette gamme.

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