L'impression 3D FDM : une solution accessible et polyvalente
Le dépôt de fil fondu (FDM), aussi appelé fabrication par filament fondu (FFF), est la technologie d’impression 3D la plus populaire auprès du grand public. Elle est largement utilisée dans l’enseignement et les fablabs. Dans les secteurs professionnels, elle sert principalement à la création de maquettes et de prototypes visuels.
Les imprimantes FDM sont disponibles dans une grande variété de tailles et de prix. Leur simplicité d’utilisation et leur coût abordable en font une porte d’entrée idéale dans l’univers de l’impression 3D. Toutefois, cette accessibilité a un revers : les pièces imprimées présentent souvent des limites en termes de qualité, de résistance mécanique et de finition de surface. Pour des applications nécessitant des tolérances serrées, une bonne étanchéité ou des surfaces lisses, les technologies SLA et SLS sont généralement plus adaptées.
L'impression 3D SLA : haute précision et finition impeccable
La stéréolithographie (SLA) est l’une des premières technologies d’impression 3D, inventée dans les années 1980. Elle utilise une source lumineuse (laser, projecteur DLP ou écran LCD) pour polymériser une résine liquide couche par couche. Grâce à cette technique, les imprimantes SLA produisent des pièces d’une grande précision, avec des surfaces lisses et des détails fins.
Les matériaux SLA sont spécialement formulés pour offrir une large gamme de propriétés mécaniques, visuelles et thermiques. Certains imitent même les plastiques industriels traditionnels, tandis que d’autres présentent des caractéristiques spécifiques comme la biocompatibilité ou la résistance aux hautes températures. Ces atouts font de l’impression SLA une solution idéale pour le prototypage fonctionnel, la fabrication de pièces de haute précision et des applications dans l’aérospatiale, l’automobile, la médecine et la dentisterie.
L'impression 3D SLS : robustesse et production en série
Le frittage sélectif par laser (SLS) est la technologie d’impression 3D la plus répandue dans l’industrie. Elle utilise un laser puissant pour fusionner des particules de poudre polymère, ce qui permet d’obtenir des pièces solides sans besoin de structures de support. Cette caractéristique facilite la fabrication de pièces aux géométries complexes, incluant des cavités internes et des formes imbriquées.
Les pièces imprimées en SLS offrent des propriétés mécaniques similaires aux pièces moulées par injection. Le nylon, principal matériau utilisé, est reconnu pour sa solidité, sa légèreté et sa résistance aux chocs, aux produits chimiques et aux températures élevées. D’autres matériaux comme le polypropylène (PP) et le TPU flexible élargissent encore les possibilités d’application.
Avec un coût par pièce compétitif et une forte productivité, l’impression SLS est privilégiée pour le prototypage avancé et la fabrication en petites séries. De plus, la démocratisation de cette technologie permet aujourd’hui à de nombreuses entreprises d’intégrer le SLS en interne pour optimiser leur production.
De nombreuses entreprises ayant investi dans l’impression 3D exploitent plusieurs technologies, chacune présentant des atouts et des limites. Un workflow optimal repose généralement sur l’intégration de chaque technologie comme un outil spécifique à des besoins variés. Pour celles qui doivent choisir la solution la plus adaptée, plusieurs critères doivent être évalués. Voici un récapitulatif des principaux éléments à considérer lors de la sélection d’une imprimante 3D.
FDM vs SLA vs SLS : comparaison des technologies d'impression 3D
1 - Résolution
La résolution est un paramètre souvent mal interprété, d’autant plus que sa mesure varie selon les fabricants et les procédés d’impression 3D. En général, elle définit la finesse des détails qu’une imprimante est capable de reproduire, que ce soit en termes de structures minimales ou de textures complexes. La résolution est influencée par la mécanique propre à chaque technologie d’impression 3D : le FDM, le SLA et le SLS.
- FDM : les imprimantes FDM fonctionnent par extrusion de plastique fondu à travers une buse, formant ainsi des couches successives. La résolution dépend de la taille de la buse, des propriétés du matériau et de la précision du contrôle moteur sur les axes XY et Z. En général, ces imprimantes permettent de réaliser des parois d’environ 0,8 mm d’épaisseur, tandis que les détails en relief ou en creux doivent mesurer au minimum 0,6 mm de large et 2 mm de hauteur pour être visibles.
- SLA : les imprimantes SLA utilisent une source lumineuse (laser, projecteur numérique ou LED) pour polymériser la résine couche par couche. La résolution est déterminée par la précision du tracé optique dans le plan XY et la hauteur minimale des couches sur l’axe Z. Cette technologie offre la meilleure résolution parmi les trois procédés. Les pièces imprimées en SLA se distinguent par des détails fins, une texture de surface lisse et une grande précision dimensionnelle. Par exemple, la Form 4 de Formlabs permet de produire des parois de 0,2 mm et des détails en relief ou en creux atteignant respectivement 0,1 mm et 0,15 mm.
- SLS : bien que légèrement moins précis que le SLA, le SLS conserve une excellente résolution et peut reproduire fidèlement les moindres détails d’un modèle CAO. Les imprimantes 3D SLS fabriquent des pièces en solidifiant de fines particules de poudre de polymère à l’aide d’un laser haute puissance. La résolution obtenue dépend de la précision du contrôle du laser par les galvanomètres. Celle-ci est influencée par la qualité du laser, l’optimisation du logiciel et du firmware, ainsi que par l’étalonnage de l’ensemble du système laser. La Fuse 1+ est capable de réaliser des parois horizontales de 0,3 mm d’épaisseur et des parois verticales de 0,6 mm. Les détails en relief ou en creux doivent présenter une profondeur et une largeur comprises entre 0,1 et 0,4 mm, selon l’agencement des pièces dans la chambre d’impression.
2 - Exactitude dimensionnelle et précision
L’exactitude fait référence à la fidélité d’une pièce imprimée par rapport au modèle 3D, tandis que la précision désigne la répétabilité de cette exactitude sur plusieurs impressions. Ces deux aspects varient selon la technologie employée et les spécificités de chaque fabricant.
- FDM : l’exactitude des impressions FDM dépend de la régularité du processus d’extrusion. Des variations de température, un diamètre de filament inégal ou une application irrégulière du matériau peuvent entraîner des déformations.
- SLA : la précision des imprimantes SLA dépend des performances optiques de l’imprimante 3D et des propriétés de la résine. Les forces de décollement entre les couches peuvent générer de légères déformations, mais certaines solutions permettent d’y remédier. Par exemple, la Form 4 de Formlabs intègre un film flexible à double couche et une texture de décollement pour améliorer la précision. De plus, elle permet de contrôler la température et l’homogénéité de la résine grâce à un mélangeur de résine à grande vitesse.
- SLS : les imprimantes 3D SLS offrent une grande précision, grâce au contrôle du laser et des galvanomètres. Toutefois, la qualité des impressions dépend des paramètres définis pour la poudre et du maintien d’une température stable dans la chambre de fabrication. Les systèmes ouverts utilisant des matériaux tiers peuvent entraîner des variations de performance, notamment des déformations. En général, les imprimantes SLA et SLS sont les plus précises et exactes. Par comparaison, elles atteignent des tolérances similaires à celles des machines d’usinage CNC standard, avec une précision de ± 0,3 mm.
3 - Finition de surface
Les différences de finition entre les technologies FDM, SLA et SLS sont bien connues. Le procédé FDM, laisse apparaître des lignes de couches visibles, nécessitant un post-traitement supplémentaire, comme le ponçage, et empêchant la création de pièces réellement translucides.
Les imprimantes SLA, en revanche, offrent une finition proche du moulage par injection, idéale pour le prototypage final et les produits finis. L’absence de lignes de couches permet aussi d’obtenir des pièces quasi transparentes, idéales pour le moulage, la micro fluidique ou le médical.
Les pièces SLS présentent une surface légèrement granuleuse, mais l’absence de structures de support facilite une finition uniforme. Un post-traitement, comme le polissage avec le Fuse Blast, est possible pour rendre la surface des pièces plus lisse.
4 - Processus de travail et facilité d'utilisation
L’impression 3D FDM, SLA et SLS suit trois étapes : conception, impression et post-traitement. Le fichier 3D est préparé avec un logiciel de découpe, qui peut automatiser l’orientation et les paramètres, comme PreForm pour la SLA et SLS. Les imprimantes professionnelles, telles que la Form 4 SLA ou la série Fuse SLS, réduisent les erreurs et optimisent l’agencement des pièces pour minimiser les coûts.
Une fois l’impression lancée, les imprimantes fonctionnent souvent en autonomie. Certaines, comme la Form 4, rechargent automatiquement la résine, et des solutions comme la Form Auto automatisent même le retrait des pièces.
Le post-traitement varie selon la technologie : retrait des supports (FDM et SLA), rinçage et post-polymérisation (SLA), ou nettoyage de poudre (SLS). Le FDM nécessite généralement un ponçage pour éliminer les lignes de couche. Le SLA requiert un lavage à l’alcool et une post-polymérisation. Le SLS implique l’élimination de l’excès de poudre, un sablage et parfois un lissage avancé. Des équipements comme Fuse Sift et Fuse Blast facilitent ces étapes. Des traitements comme le revêtement, la peinture ou la galvanoplastie améliorent encore l’esthétique et les performances des pièces.
5 - Matériaux et applications
Le choix du procédé n’est qu’une partie du processus : les matériaux déterminent les propriétés finales des pièces.
Le FDM dispose d’une très large gamme de matériaux allant du standard comme le PLA, l’ABS, le PP ou le PETG au très technique tels que le PEKK, le métal ou encore l’ULTEM™. En plus d’avoir un large éventail de matière, les filaments FDM sont disponibles dans une variété de couleurs, d’aspects visuels (mat, satin, translucide, bois, etc.) pour une liberté de conception totale. Les matériaux FDM offrent donc un grand champ d’applications : prototypage visuel, pièce fonctionnelle, maquette, pièce définitive, etc. Parmi les 3 technologies d’impression 3D, le FDM est la méthode de fabrication disposant du plus grand nombre de matériaux disponibles.
Le SLA repose sur des résines spécifiques, offrant une grande précision et une large gamme d’applications, du médical à la céramique technique. Ses pièces isotropes et leur excellente finition en font un choix privilégié pour le prototypage fonctionnel et la production. Formlabs propose plus de 40 résines, couvrant des besoins variés : céramiques, matériaux ignifuges, antistatiques ou dentaires.
Le SLS utilise des poudres thermoplastiques comme le nylon, le TPU ou le polypropylène, bien connues et performantes. Alliant liberté de conception et robustesse, il convient au prototypage, aux tests fonctionnels et à la production de pièces finales.
6 - Volume d'impression
Le volume d’impression varie selon la technologie. Les imprimantes FDM et SLA existent en formats bureau et atelier, tandis que les SLS sont généralement plus grandes.
Le FDM, peu contraint par la taille, permet d’imprimer de grandes pièces. La plupart des imprimantes FDM de bureau offrent un volume d’environ 200 x 200 x 200 mm. Certaines imprimantes peuvent atteindre un volume d’un mètre cube.
Les imprimantes SLA vont des modèles de bureau aux machines industrielles. Les avancées technologiques ont permis de réduire leur encombrement : des imprimantes comme la Form 4L (33,5 x 19,6 x 35 cm) combinent un format compact et une grande capacité.
Jusqu’à récemment, les imprimantes 3D SLS étaient exclusivement disponibles en grand format, généralement plus imposantes que les imprimantes FDM ou SLA de bureau. Toutefois, des avancées récentes ont permis l’émergence de modèles SLS de bureau. Malgré cela, la majorité des imprimantes 3D SLS restent des équipements d’atelier ou de grande taille, les machines industrielles classiques nécessitant un espace conséquent. Avec un volume d’impression de 16,5 × 16,5 × 30 cm, la série Fuse de Formlabs a rendu la technologie SLS plus accessible, aussi bien en termes de coût que d’encombrement. Les petites entreprises disposant d’un espace restreint peuvent désormais intégrer ces équipements en interne.
Quelle technologie choisir ?
Le choix entre FDM, SLA et SLS dépend des besoins spécifiques de votre projet :
- Pour des prototypes économiques et accessibles : le FDM est la meilleure option.
- Pour des pièces précises avec une finition impeccable : le SLA est plus adapté.
- Pour des pièces robustes et une production en série : le SLS est recommandé.
Dans de nombreux cas, une combinaison de plusieurs technologies peut s’avérer optimale. Par exemple, une entreprise peut utiliser le FDM pour des prototypes visuels, le SLA pour des modèles de validation et le SLS pour la production finale. Une bonne compréhension des avantages et des limites de chaque technologie vous aidera à maximiser l’efficacité de vos impressions 3D et à tirer le meilleur parti de cette révolution industrielle.
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