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Faire imprimer ses prototypes en 3D

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03/09/2020

Habituellement, lorsque l'on imprime un objet en 3D, on utilise une imprimante 3D. Grâce à l'évolution technologique, d'autres alternatives s'offrent désormais à vous. On fait surtout référence aux services d'impression en 3D en ligne. Certains prestataires proposent des formules sur mesure qui s'adaptent au budget de leurs clients ainsi qu'aux besoins les plus exigeants. Quoi qu'il en soit, connaître les étapes de l'impression 3D ainsi que les techniques utilisées s'avère toujours très utile. Découvrez tout dans cet article.

Le concept de réalisation d'un prototype en 3D

La réalisation, c'est-à-dire la conception et le tirage d'un prototype en 3D, repose sur un concept assez simple. En effet, vous commencez par la modélisation 3D de votre pièce sur un logiciel. Puis, vous envoyez votre modèle en 3D , généralement en format .STL à un prestataire, comme Creadil.com, qui va créer le fichier d'impression et imprimer votre produit en 3D.

Ce même prestataire vous renverra votre modèle afin que vous puissiez corriger les éventuels défauts et effectuer les différentes finitions (ponçage, polissage…). C'est seulement après que vous pourrez envoyer votre prototype dans une usine pour le moulage. Le tirage constitue la dernière étape.

Les différentes étapes de l'impression 3D

L'impression 3D passe par 3 étapes fondamentales. Ce sont :

  • la conception
  • la création du fichier d' impression (tranchage du fichier stp et création éventuelle de supports)
  • l'impression.

La conception 3D

Aussi appelée modélisation 3D, cette étape consiste à créer un modèle en 3D. Pour ce faire, on utilise des logiciels de sculpture 3D. Sur le marché, vous trouverez des logiciels gratuits, mais les plus performants restent les acteurs phare du marché que sont Maya, 3DsMax et ZBrush. Cependant, ils sont difficiles à maîtriser : vous devrez en trouver un qui soit adapté à vos besoins, à votre niveau mais aussi à votre budget.

Un logiciel de 3D complet propose de nombreuses fonctionnalités, mais celles qui nous intéressent pour l'impression 3D concernent :

  • la modélisation 3D (topologie, construction des volumes)
  • le rigging (préparation pour le posing)
  • le skinning (permet d'attribuer des volumes à un élément qui va le faire bouger ou le déformer)

Le logiciel Maya est un classique du monde de la 3D. Il combine 3 grandes catégories, à savoir l'animation, la modélisation et le rendu. Doté d'une technologie très performante, il permet de travailler vite si vous le maîtrisez bien, à condition de posséder des connaissances solides en 3D.

ZBrush est considéré comme l'un des meilleurs logiciels de sculpture 3D du moment : il permet une modélisation plus libre, plus adaptée aux artistes car elle peut se réaliser à la tablette graphique. En revanche, pour produire un modèle 3D optimisé, il faut bien maîtriser les contraintes du design 3D.

La création du fichier d'impression en 3D

Vous disposez de compétences en impression 3D ? Vous possédez tout le matériel nécessaire, dont une imprimante 3D ? Bonne nouvelle ! Vous pouvez assurer vous-même cette étape. Dans le cas contraire, adressez-vous à un prestataire spécialisé dans ce domaine.

Peu importe le logiciel de conception 3D utilisé, il est impératif de créer un fichier au format STL. Il s'agit du format de base utilisé en impression 3D. Le fichier STL sera importé dans un logiciel de type "slicer" généralement fourni avec l' imprimante 3d, qui permettra de découper virtuellement la pièce en tranches (les différentes couches d'impression) et créera d' éventuels supports pour générer un fichier, souvent de type .gcode qui sera lu par l'imprimante.

En fonction la forme de la pièce à imprimer, il faut aussi créer des supports qui assurent la stabilité du montage pendant l'impression. La règle est simple : plus votre prototype est complexe, plus les supports sont obligatoires.

En effet, les supports sont des ajouts de matière qui permettent de soutenir les couches. Les figurines ou pièces à imprimer en 3D vont se structurer couche après couche. Une nouvelle couche se met sur la précédente. Chaque couche précédente sert donc de base pour la suivante. Mais ceci n'est pas toujours évident à cause de la forme de l'objet à imprimer dont certaines peuvent êtres en porte à faux.

Les supports soutiennent donc les couches qui n'ont pas de couche de base. Ils peuvent être imprimés avec une autre matière, soluble dans l' eau par exemple, vous permettant ainsi de les retirer facilement.

L'impression en 3D

Une fois les supports conçus, il faut effectuer les derniers réglages (vitesse et température d'impression). C'est seulement après que vous pourrez créer le fichier G-Code et lancer les travaux d'impression à proprement parler. Il convient de préciser que la durée de l'impression varie selon différents critères. On cite notamment le type d'imprimante utilisé, la taille du modèle et ses caractéristiques.

Les différentes techniques d'impression 3D

Dans l'univers de l'impression 3D, on utilise plusieurs techniques. Les principales sont :

  • le FDM
  • le SLA
  • le SLS

Le dépôt de filament fondu ou FDM (Fused Deposition Modeling)

La plupart des imprimantes 3D personnelles utilisent cette technique. Le procédé est simple : le matériau sous forme de filament en bobine passe par une buse d'extrusion dont la température oscille entre 170 et 260 °C. Le matériau fond et se dépose sur le plateau d' impression par couches. La finesse des couches dépend de chaque imprimante ainsi que des réglages. Néanmoins, l'épaisseur moyenne est de 0,2 mm. Une fois la première couche exécutée, le plateau d'impression descend pour encaisser la suivante et ainsi de suite.

Le stéreolithographie (SLA)

Comme le FDM, cette technique implique une impression couche par couche. En revanche, elle utilise l' ultraviolet et un bac de photopolymère liquide. Les ultraviolets ciblent le liquide qui se solidifie à leurs contacts. Le plateau d'impression reçoit le matériau solidifié et monte pour supporter la couche suivante. Dans certains cas les ultraviolets sont générés par un laser et la pièce se forme sur un plateau qui descend dans le bac de résine (machines industrielles)

Le frittage laser (SLS)

Ce procédé se différencie du SLA par le matériau utilisé. En effet, le SLS privilégie l'utilisation de poudre pour imprimer des pièces en 3D. On retrouvera toujours le bac qui renferme la poudre ainsi que le rouleau qui déposera une fine couche de poudre sur le plateau d'impression. C'est à ce moment-là que le laser entre en jeu en solidifiant la première couche. Puis, le procédé se renouvelle pour chaque couche.

Les matériaux utilisés pour imprimer en 3D

L'impression 3D requiert l'utilisation de matériau en tout genre. Bien entendu, tout va dépendre de la technique d'impression utilisée. Par exemple, si vous vous servez d'une machine FDM, vous opterez plutôt pour les PLA ou acide polyactique. Il s'agit d'un plastique biodégradable et non toxique.

Autre alternative : l'ABS ou acrylonitrile butadiène styrène, qui est à base de pétrole.

En ce qui concerne les imprimantes SLA, elles utilisent des résines liquides. Les machines SLS, quant à elles, offrent trois possibilités :

  • les poudres de plastique
  • les poudres de céramique
  • les poudres métalliques

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