Imprimante 3D FDM : les grandes catégories

Il existe de nombreuses technologies d’impression 3D (FDM, SLA, DLP, SLS, SLM, MJF…) et tout autant de matériaux (polymère, métal, céramique, résine…). Chacune de ces techniques de fabrication additive est un micro-univers en tant que tel. Il existe différents types de matériels pour des usages tout aussi variés. Dans un premier article, nous avons fait le tour des machines conventionnelles. Nous vous proposons de faire maintenant de découvrir les catégories exotiques d’imprimantes 3D FFF / FDM.

Imprimante 3D grand volume

Quand on parle de grandes dimensions d’impression 3D chez Alsima, cela commence au mètre cube ! Dans ces tailles de pièces il faut un matériel conçu spécifiquement. Des guidages aux moteurs en passant par le bâti de la machine, tout doit être adapté pour maintenir une bonne précision lors de grandes distances de déplacement.

Cette catégorie de machine reprend les caractéristiques d’une imprimante 3D industrielle mais portée sur des dimensions nettement supérieures. Une machine peut aisément mesurée plus de 2 à 3 mètres en hauteur, largeur et/ou profondeur. Il convient donc d’avoir de la place disponible dans l’atelier.

Grâce à une structure ultra rigide il est possible d’équiper des extrudeurs de matière spécifiques à gros débits. Cela permet de réaliser des tracés plus larges et de déposer plus rapidement la matière qu’avec une tête d’impression conventionnelle. Certaines machines disposent même d’une alimentation en granulés plutôt que par un filament. Tout est conçu pour faire toujours plus gros, toujours plus grand !

Niveau prix, il faut compter à partir de 100 000€ la plupart du temps. Celui-ci dépend notamment d’une caractéristique : l’enceinte thermorégulée. Plus il est nécessaire de maintenir une température élevée et plus le volume de chauffe est grand, plus le prix s’envolera. Nous recommandons de bien sélectionner la matière d’impression pour ne pas surévaluer le besoin et d’étudier au préalable si une conception de votre modèle 3D est possible en assemblage.

#à retenir

• Grandes dimensions
• Gros débits

#exemples

• Bigrep
• Tobeca
• Iemai

Imprimante 3D composite

Comment remplacer des pièces en métal par des pièces polymères imprimées en 3D avec des caractéristiques équivalentes ? Tel est le défi que relèvent les imprimantes 3D composite. Ici, nous pouvons recenser deux grandes écoles : la fibre courte et la fibre longue.

La première est une approche par le filament en lui-même. On utilise généralement une matrice de type PP (polypropylène) ou PA (polyamide) qui est chargée en fibre courte, de verre ou de carbone la plupart du temps. Ces fibres, mesurant environ deux dixièmes et demi maximum, offrent un renfort mécanique et thermique important. Parfois, elles peuvent même offrir des caractéristiques telles qu’une protection ESD. Pour utiliser ces filaments, les machines sont renforcées au niveau de l’extrudeur pour résister à l’abrasion opposée par les fibres.

La seconde école est une approche différente opérée par l’imprimante 3D elle-même. D’un côté on dépose de la matière plastique, souvent un polyamide, et de l’autre on insère une fibre longue dans la matière déposée. La résistance mécanique ainsi obtenue est exceptionnelle. On peut littéralement parler de pièces indestructibles ou presque ! L’inconvénient, car rien n’est parfait, c’est que la fibre est posée uniquement sur les axes X et Y. La cohésion des couches en Z n’est faite que par la matrice polymère (d’où l’intérêt du PA ou du PP qui collent très bien sur eux même).

Certains systèmes permettent maintenant d’allier le même des deux mondes. On utilise une matrice préchargée de fibre courte pour une résistance Z optimisée et on insère une fibre longue dedans pour bénéficier d’une résistance en X et Y parfaite. En ce qui concerne les prix, il faut compter entre 30 000 et 50 000€ hors taxes pour des machines professionnelles et plus de 150 000€ pour des versions industrielles.

#à retenir

• Résistance mécanique
• Matériaux techniques

#exemples

• Anisoprint
• Markforged
• Desktop Metal
• 9Tlabs

Imprimante 3D élastomère

Peu connue, l’impression 3D de matériaux souples est pourtant une réalité. Il est aujourd’hui possible d’imprimer dès les SHORE 00 jusqu’à des duretés très élevées (83D). Pour cela il existe plusieurs matières utilisables sous diverses formes : TPU, Silicone notamment. En fonction il est nécessaire d’utiliser différentes machines pour les imprimer.

Les filaments TPE (thermo polyester) :

Plus connu sous l’appellation TPU, pour thermo polyuréthane, cet élastomère est le plus répandu en FDM. La dureté moyenne utilisée est le 95A, assez souple mais utilisable sur la plupart des machines du marché. Le plus souple est un filament 50A et le plus rigide un 83D. L’extrême bas nécessite un matériel spécifiquement préparé, notamment au niveau de la tète d’impression. L’extrudeur doit être complètement repensé dans la plupart des cas afin d’offrir une fiabilité minimum des impressions réalisées.

Les silicones :

Réticulation à l’air pour certains, bi composants pour d’autres, il y a différentes approches dans l’impression 3D du silicone. L’intérêt de cette matière réside dans se grande flexibilité mais également dans ses caractéristiques thermiques élevées. Pour l’imprimer il faut un équipement spécifique que peut de fabricant sont capables de proposer aujourd’hui. Cette technologie est en cours de perfectionnement mais promet de belles innovations.

Dans les deux, il sera nécessaire de concevoir vos modèles 3D pour la fabrication additive. Par exemple, il faut impérativement respecter les conditions d’angles afin d’éviter que l’impression ne s’effondre sur elle-même.

Budget : à partir de 50 000 € hors taxes environ pour le silicone, entre 5 000 et 10 000€ pour l’impression de filaments TPU.

#à retenir

• Flexible
• Souple
• Grande variété dureté

#exemples

• Volumic Flex by Alsima
• Lynxter
• 3deus

Imprimante 3D haute température

PEEK, PEKK, PEI… Tout autant de matériaux haute performance plus difficile à imprimer les uns que les autres. Notamment en cause de température de changement d’état très élevées, l’impression 3D de ces matières est un véritable challenge technique.

Pour profiter des pleines caractéristiques de ces matériaux, il est nécessaire de les imprimer au plus proche de leur température de cristallisation. Par exemple, le PEEK demande une température d’enceinte à plus de 220°C. L’alternative réside à l’imprimer à l’état amorphe mais il faut ensuite effectuer un recuit dans un four qui amène souvent à des pertes dimensionnelles.

C’est pourquoi il existe des imprimantes 3D spécifiquement conçues pour réaliser des pièces ultra résistantes à la température. Deux possibilités, utiliser un système de chauffage haute température dans l’enceinte d’impression ou faire appel à des panneaux radiants qui vont chauffer la pièce en construction directement. Dans les deux cas, les volumes de construction sont généralement plus petits que la moyenne. De plus, une conception du modèle 3D pour la fabrication additive est essentielle puisque la gestion des supports est très complexe à ces températures.

D’un point de vue tarifaire, matière et machine coûtent cher. Le prix au kilogramme du PEEK est d’environ 500€ hors taxes et les prix des imprimantes 3D oscille entre 50 000€ et 150 000€. Il est donc essentiel que l’application à la clé offre un véritable avantage technique. Généralement, on retrouve cette catégorie de machine dans les secteurs de l’aéronautique et du médical.

#à retenir

• Résistance thermique extrême
• Solidité très élevée

#exemples

• Qualup Q3
• Minifactory
• Kumovis

Ouverte ou propriétaire ?

L’ensemble des catégories d’imprimantes 3D ici présentées existent en deux formats : ouvert ou propriétaire. L’un comme l’autre offre des avantages et inconvénients qu’il convient de comprendre pour choisir entre les deux solutions.

#ouvert

+ Large choix de matière

+ Liberté de paramétrage

+ Evolutif, faible obsolescence

+ Coût d’investissement raisonnable

– Nécessite une formation plus avancée

– Temps de set up plus long

– Risque d’erreur plus élevé

– Manque de traçabilité matière

#propriétaire

+ Facilité d’utilisation

+ Fiabilité du système

+ Répétabilité des productions

+ Ergonomie machine travaillé

– Coût des consommables très élevé

– Investissement initial important

– Peu d’évolutivité

– Peu de choix matière