La fabrication additive, ou impression 3D, est une méthode populaire de création de prototypes depuis les années 1980 et devient rapidement le moyen le plus rapide et le plus abordable de créer des biens de consommation personnalisés. Mais comment fonctionne cette technologie à la mode?

Il existe plusieurs méthodes d’impression 3D différentes, mais la plus largement utilisée est un procédé connu sous le nom de Modélisation par dépôt fondu (FDM). Les imprimantes FDM utilisent un filament thermoplastique, qui est chauffé à son point de fusion puis extrudé, couche par couche, pour créer un objet tridimensionnel.

La technologie derrière FDM a été inventée dans les années 1980 par Scott Crump, cofondateur et président de Stratasys Ltd., un fabricant leader d’imprimantes 3D. D’autres organisations d’impression 3D ont depuis adopté des technologies similaires sous des noms différents. La société MakerBot, basée à Brooklyn (maintenant détenue par Stratasys), a été fondée sur une technologie presque identique connue sous le nom de Fabrication de filaments fondus (FFF).

Fonctionnement du FDM

Les objets créés avec une imprimante FDM commencent sous forme de fichiers de conception assistée par ordinateur (CAO). Avant qu’un objet puisse être imprimé, son fichier CAO doit être converti dans un format qu’une imprimante 3D peut comprendre — généralement.Format STL.

Les imprimantes FDM utilisent deux types de matériaux, un matériau de modélisation, qui constitue l’objet fini, et un matériau de support, qui sert d’échafaudage pour soutenir l’objet lors de son impression.

Lors de l’impression, ces matériaux se présentent sous la forme de fils de plastique, ou filaments, qui sont déroulés à partir d’une bobine et alimentés par une buse d’extrusion. La buse fait fondre les filaments et les extrude sur une base, parfois appelée plate-forme ou table de construction. La buse et la base sont contrôlées par un ordinateur qui traduit les dimensions d’un objet en coordonnées X, Y et Z pour que la buse et la base suivent pendant l’impression.

Dans un système FDM typique, la buse d’extrusion se déplace horizontalement et verticalement sur la plate-forme de construction, « dessinant » une section transversale d’un objet sur la plate-forme. Cette fine couche de plastique refroidit et durcit, se liant immédiatement à la couche en dessous. Une fois qu’une couche est terminée, la base est abaissée – généralement d’environ un seizième de pouce — pour laisser place à la couche de plastique suivante.

Le temps d’impression dépend de la taille de l’objet fabriqué. Les petits objets — quelques pouces cubes seulement – et les objets hauts et fins s’impriment rapidement, tandis que les objets plus grands et plus complexes géométriquement prennent plus de temps à imprimer. Comparé à d’autres méthodes d’impression 3D, telles que la stéréolithographie (SLA) ou le frittage laser sélectif (SLS), le FDM est un processus assez lent.

Une fois qu’un objet se détache de l’imprimante FDM, ses matériaux de support sont enlevés soit en trempant l’objet dans une solution aqueuse et détergente, soit, dans le cas de supports thermoplastiques, en arrachant le matériau de support à la main. Les objets peuvent également être poncés, fraisés, peints ou plaqués pour améliorer leur fonction et leur apparence.

Ce qui est fabriqué

Le FDM est populaire auprès des entreprises de divers secteurs, de l’automobile (BMW, Hyundai, Lamborghini) à la fabrication de biens de consommation (Black and Decker, Dial, Nestlé). Ces entreprises utilisent FDM tout au long de leurs processus de développement de produits, de prototypage et de fabrication.

Le matériau d’impression le plus courant pour le FDM est l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS), un thermoplastique commun utilisé pour fabriquer de nombreux produits de consommation, des briques LEGO aux canoës d’eau vive. Outre l’ABS, certaines machines FDM impriment également dans d’autres thermoplastiques, comme le polycarbonate (PC) ou le polyétherimide (PEI). Les matériaux de support sont généralement de la cire soluble dans l’eau ou des thermoplastiques fragiles, comme la polyphénylsulfone (PPSF).

Les thermoplastiques supportent la chaleur, les produits chimiques et les contraintes mécaniques, ce qui en fait un matériau idéal pour imprimer des prototypes qui doivent résister aux tests. Et parce que FDM peut imprimer des objets très détaillés, il est également couramment utilisé par les ingénieurs qui doivent tester l’ajustement et la forme des pièces.

Le FDM est également utilisé pour produire des pièces d’utilisation finale, en particulier des pièces de petite taille et détaillées et des outils de fabrication spécialisés. Certains thermoplastiques peuvent même être utilisés dans l’emballage de produits alimentaires et de médicaments, faisant de la FDM une méthode d’impression 3D populaire dans l’industrie médicale.

Les imprimantes FDM professionnelles coûtent généralement entre 10 000 et 300 000 $, ce qui en fait l’une des options les moins chères pour les entreprises qui investissent dans un système d’impression 3D complet.

Entreprises utilisant le FDM

Bien que Stratasys soit responsable de l’invention du FDM, ce n’est pas la seule entreprise à tirer profit de cette technologie. Au cours des deux dernières décennies, le FDM est devenu la méthode d’impression 3D la plus utilisée au monde.

De nombreuses entreprises qui fabriquent des imprimantes FDM offrent également une gamme de services d’impression 3D à leurs clients, y compris la modélisation et l’impression 3D externes.

FDM à la maison

Certaines imprimantes FDM — comme le Cube de 3D System, le réplicateur de MakerBot et le Mojo de Stratasys — sont conçues pour être utilisées par les amateurs, les inventeurs, les bricoleurs et les propriétaires de petites entreprises. Ils sont petits, efficaces et conviviaux.

Mais avoir une de ces imprimantes 3D dans votre maison n’est pas bon marché. La Cube est l’une des imprimantes FDM de bureau les plus abordables sur le marché à 1 299 $. Les machines de MakerBot sont encore plus chères, dont le prix varie de 2 549 $ à 3 299 $. Et le Mojo de Stratasys coûte un peu moins de 10 000 $.

Cependant, cette technologie populaire est de moins en moins chère car les startups de l’impression 3D, comme Pirate3D, basée en Californie, cherchent à introduire la technologie 3D dans les foyers des consommateurs moyens. Buccaneer de Pirate3D, qui devrait sortir en décembre 2013, se vend à seulement 347 $.

Les amateurs de 3D qui ne souhaitent pas acheter une imprimante FDM de bureau peuvent construire la leur. Il existe de nombreux sites vendant des kits et des pièces pour le « replicating rapid-prototyper » ou RepRap, un projet de conception d’imprimantes 3D open source fondé à l’Université de Bath au Royaume-Uni. Cette imprimante FDM est continuellement améliorée, mais le but ultime du projet est de créer une imprimante 3D capable d’imprimer de nouvelles copies d’elle-même.

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• Sujet LiveScience: Impression 3D