Impression 3D

L’impression 3D fait partie d'un ensemble plus vaste de techniques de fabrication numérique, où l'on part d'un fichier numérique pour contrôler une machine et créer l'objet voulu. Dans le cas de l'impression 3D, on parle de fabrication additive (Additive Manufacturing ou AM). Cette technique est utilisée dans l'industrie depuis la fin des années 80. Elle permet de prototyper rapidement une pièce, pour la valider et la produire en série. Elle peut se substituer à la technique de l'injection qui demande une mise en œuvre plus lourde, les délais sont longs et le moule est cher.

Elle se démocratise depuis 2005 grâce aux mouvements des Fablabs et de l'open source hardware. Les premières imprimantes open source font parties de la famille des RepRap. Elles sont composées d'éléments imprimables, elle peut en quelque sorte se répliquer elle-même.

Plusieurs techniques de fabrication additive existent. Celle qui est aujourd'hui la plus répandue consiste dans un premier temps à découper un modèle 3D en couches puis à l'envoyer à l'imprimante. Un filament de plastique (PLA ou ABS) est chauffé à une certaine température pour fondre et se dépose couche après couche sur un plateau chauffant pour former l’objet.

Principe

Fichier 3D (.STL) Ficher machine (G-code) Imprimante 3D
Créer un fichier 3D avec des logiciels de modélisations 3D : Blender, OpenScad, FreeCad, SketchUp, etc… ou rechercher des fichiers 3D disponibles sur des sites de partage. Convertir ce fichier au format STL. Transformer ce fichier en fichier machine G-code suivant les paramètres de l'imprimante 3D, avec : Cura, Repetier Host, Slicer, Pronterface, etc. Lancer l'impression via l'ordinateur ou via l'interface de l'imprimante si elle possède un lecteur de carte SD

Exemples de réalisations

Les prothèses à bas coût (source)

De nouveaux types de prothèses, des oreilles, des organes ?

Pointpointpoint.org, SexToy D.I.Y

Echopen, écho-stéthoscope open source

Impression avec de logements avec du béton (source, vidéo), et des projets dans l'espace (source)

Impression avec du sable dans le désert (SolarSinter, vidéo)

Prototypage dans l'industrie automobile (source)

InMoov, robot open source (vidéo)

Mécanisme sans assemblage (ici engrenage planétaire)

Open Reflex, appareil photo open source

Moulage cuivre, projet Cactus

Moulage alimentaire, sucettes Babines (vidéo)

2012 : The Ghost Estate Edition, David Benque

2014 : Man At Work, Julien Maire (vidéo)

W.afate, imprimante 3D à base de matériaux recyclés (vidéo)

Voir aussi : http://www.primante3d.com/objet-impression-3d/

Historique

Source : « Putting 3D Printing into the Value Stream », Econolyst, octobre 2012. petit historique de l'impression 3D

  • 1952 : Kojima démontre les avantages de la fabrication par couches superposées.
  • 1967 : Swainson dépose un brevet aux États-Unis pour un système de durcissement de résine par double rayon lumineux.
  • 1981 : Kodama publie trois méthodes de solidifi cation holographique.
  • 1982 : Chuck Hull mène des recherches sur la stéréolithographie.
  • 1984 : Chuck Hull dépose le brevet 4575330 d’utilisation de la stéréolithographie.
  • 1986 : Création de 3D Systems. D’autres acteurs entrent en jeu.
  • 1987 : Le prototypage rapide devient une réalité commerciale.
  • 1989 : Lancement de Stratasys et des premières imprimantes FDM.
  • Années 1980 : les premiers brevets et les premières imprimantes 3D.
  • 1990 : La fabrication additive est utilisée pour la réalisation de moules.
  • 1995 : Z Corporation lance les premières imprimantes 3DP.
  • 1996 : Premières mentions des machines industrielles comme « imprimantes 3D ».
  • 2000 : La fabrication additive est utilisée pour des pièces de production.
  • 2005 : Projets Open Source RepRap et Arduino
  • 2007 : Création de Shapeways aux Pays-Bas.
  • 2009 : Création de MakerBot Industries et lancement de la MakerBot Cupcake CNC. Lancement de Sculpteo en France.
  • 2009 : Brevets publics
  • 2011 : 15 000 imprimantes 3D sont vendues (environ 40 modèles disponibles).
  • 2012 : 45 000 nouvelles machines sont vendues.
  • 2014 : Brevets publics

Techniques de fabrication additive

Dépôt de fil fondu Fused Deposition Modeling ou FDM) : modelage par dépôt de matière en fusion

Frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering ou SLS) : un laser agglomère une couche de poudre

Stéréolithographie (Stéréolithographie Apparatus ou SLA) : une lumière UV solidifie une couche de plastique liquide (résine)

Voir aussi : http://www.primante3d.com/principe/

Imprimante 3D

Fonctionnement

Matériaux

On peut imprimer en plastique, en matières alimentaires, organiques, en métal, en liège, en bois, en sable, etc.

  • Liste de magasins
  • Les différents matériaux
  • Les différents plastiques
  • Comparaisons de filaments : forum ultimaker
  • Bien choisir le diamètre du filament par rapport à la buse. (2.85mm pour l'Ultimaker2 par exemple)

PLA is hard to print because of the very low glass transition temperature. You need to keep the top of the hotend below 58C or it will jam). You need to duct the airflow from that fan so that it only cools the heatsink part of the hotend.

Des machines existent pour recycler le plastique et reconstruire des filaments (FilaBot ou Protocycler).

Comment fabriquer ses filaments d’ABS ?

Maintenance

Ces imprimantes semblent encore assez fragiles, quelques problèmes sont récurrents.

  • Les bobines de plastiques tiennent plutôt longtemps mais semblent s'abîmer au bout de quelques mois. Elles deviennent cassantes, d'où l'importance de trouver des filaments de bonnes qualités et de les stocker à l'abri de la lumière.
  • Les buses des extrudeurs sont clairement le maillon faible des imprimantes 3D. Après 6 mois d'activité, nous en sommes à la troisième.
  • La mécanique de l'extrudeur de la Prusa i3 a été remplacée.

Le problème récurrent de la buse bouchée
“Afin de préserver vos buses, je vous recommande en premier lieu d'apporter une attention toute particulière à la fixation de la thermistance, idéalement avec du silicone haute température afin que le retour soit correcte et que les températures souhaitées ne soient pas dépassées. Concernant le débouchage, les mèches peuvent accrocher la buse et la rendre moins efficace, je vous recommande l'acétone pour l'abs et le chalumeau pour le PLA. Attention à bien retirer les éléments sensibles (peek, thermistance, résistance et autre ptfe) et à ne pas faire rougir le métal.” (emotion-tech)

Modèle 3D

Quelques techniques

  1. Trouver un modèle 3D sur Internet
  2. Modéliser ses objets avec les logiciels de modélisation 3D
  3. Scanner un objet avec un scanner infrarouge ou avec des photos puis recomposition par un logiciel (exemple)
  4. Partir de dessins 2D puis les extruder (exemple)
  5. Litophanie à partir d'une image (Lithophanie 3d)

Trouver des modèles 3D

Le fichier standard est le .stl pour l'échange et l'impression 3D. Le problème c'est qu'il est compliqué de modifier ce type de modèle. Si vous partagez vos fichiers, préférez l'accompagner du fichier d'origine fait par le logiciel de modélisation.

Logiciels de modélisation 3D

Voir notre page sur la Terminologie 3D.

Comparatif

Volumique > Surfacique : évite de créer des fichiers 3D avec des erreurs) + logique de modélisation transposable aux autres logiciels volumiques (fusion/solidworks/etc.) donc apprentissage plus facilement réutilisable

Les logiciels libres

  • Blender, très puissant pour des modèles techniques et fantaisistes…
  • FreeCad, pour des pièces techniques, avec des dimensions précises, à partir de plans
  • OpenScad, idem mais pour les amoureux du code
  • MeshLab, traitement de maillages 3D. Il peut en effet être nécessaire de passer par ce logiciel pour nettoyer son modèle 3D, notamment après un scan.

Éditeurs en ligne

Les autres

  • Google Sketchup pour tout type d'objets, notamment mobilier, architecture, …
  • Rhino, Autocad, Solidworks pour les pièces techniques mécaniques
  • Fusion360 idem
  • Tinkercad plutôt pour les enfants
  • Sculptris pour sculpter des formes

Photos > 3D (~scan)

  • 123DCatch (obsolète)
  • OrtogOnBlender plugin Blender + d'autres à installer
  • Arch3D : architecture)
  • sur iOS : Qlone 3Dscanning (1$), Trnio (1$), …
  • sur Android: SCANN3D, …

Allez plus loin

Imprimer le modèle

Logiciels de F.A..0

F.A.O pour Fabrication Assistée par Ordinateur, ce sont les logiciels qui convertissent les modèles 3D (.stl ou .obj) en fichiers G-Code, utilisables par les imprimantes 3D. Il s'agit en général de régler la densité, la rapidité, les supports, le diamètre de la buse, l'accroche au plateau (échafaudages pour supporter le fil fondu), etc.

Finir une impression

Il y a souvent quelques imperfections quand l'objet est crée, il existe différentes méthodes pour finir un objet : le rendre plus lisse avec du mastic ou une peinture de modélisme en silicone, le poncer, utiliser l'acétone pour le PLA, le peindre, etc. Quelques techniques utilisées dans des projets faits au LFO : Plomb pour la pêche, Rubikosaèdre.

Conseils

Problèmes