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Quelles technologies se cachent derrière l’impression 3D ?

Crédits : iStock / Grafner

La pluralité des méthodes d’impression 3D, actuellement sur le marché, n’exclut pas la poursuite des recherches en cours pour le développement de technologies plus innovantes. Si le matériau diffère en fonction du mode d’impression utilisé, il reste que chacune des technologies offre des avantages. Ceux-ci sont surtout en fonction des utilisations spécifiques auxquelles ces imprimantes sont destinées. 

Présentation des technologies d’impression 3D en cours d’utilisation 

Les technologies d’impression 3D disponibles à ce jour se regroupent en trois grandes familles. Il s’agit notamment de l’impression par dépôt de fil ou extrusion (FFF, FDM), de l’utilisation de la résine liquide photosensible (SLA, DLP) et enfin de l’usage de la poudre ou frittage (SLS, SLM, DMLS). 

L’impression par dépôt de fil ou extrusion permet la création d’un objet couche par couche. Elle fait appel à l’usage d’un filament en matière plastique. Placé sur la tête d’impression, ce dernier fond et dépose des couches superposées sur la plateforme d’impression. 

Quant à la résine liquide photosensible, sa solidification se fait grâce à un projecteur ou un laser. Cette opération, encore appelée polymérisation, engendre la formation de l’objet en cours de création à l’intérieur du bac où se trouve la résine. La stéréolithographie (SLA) est l’une des technologies qui font régulièrement appel à ce procédé d’impression. 

Une source énergétique – à l’instar du laser – assure la fusion de la poudre de métal préalablement disposée dans le bac d’une imprimante 3D. Le terme utilisé pour désigner ce type d’impression est le frittage de poudre ou frittage laser. Il s’agit d’une technologie à plusieurs variantes, SLS (Selective Laser Sintering) ou SLM (Selective Laser Melting). 

imprimante impression 3D
Crédits : iStock / Phuchit

L’impression par dépôt de filament fondu 

Deux expressions sont utilisées pour caractériser cette technologie. La première, FDM, est issue de l’anglais (Fused Deposition Modeling). Quant à la seconde, FFF, elle est l’acronyme de Fused Filament Fabrication. Le terme extrusion est une autre appellation de ce procédé d’impression 3D. Le consommable utilisé est un filament en plastique (PLA ou AB). 

Sur une imprimante 3D se trouve une tête d’impression encore appelée buse. C’est sur celle-ci que le filament préalablement chauffé est fondu. Le déplacement de la buse s’effectue sur deux axes x et y, parallèlement à la plateforme d’impression dont le déplacement suit un sens vertical. Il faut attendre que la première couche soit complète pour voir s’abaisser le plateau d’impression sur son axe. 

Le dépôt de filament fondu se fait couche après couche afin de créer un objet 3D. La fusion des différentes couches s’opère grâce à une solidification rapide du plastique fondu. Une fois les couches de plastiques empilées les unes sur les autres, l’on obtient, au final, l’objet conçu dont une maquette est visible sur l’écran de l’ordinateur

L’extrusion peut également se faire grâce à une source énergétique comme le laser et par un dépôt d’énergie directe. Plus connue sous le sigle DED (Directed Energy Deposition), on retrouve ce mode d’impression 3D sur certaines imprimantes industrielles. Le matériau poussé par la source énergétique est ensuite fondu avant d’être fusionné pour la fabrication d’un objet. 

L’impression 3D par polymérisation de la résine photosensible 

L’utilisation des technologies SLA ou DLP est propre aux imprimantes 3D utilisant de la résine comme matériau d’impression. Leur procédé d’impression est la polymérisation. Elle désigne la solidification de la résine photosensible soumise à une source lumineuse comme le laser ou le projecteur de lumière. La résine liquide présente dans le bac de l’imprimante se solidifie par le biais d’une réaction créée par des rayons lumineux. 

Le plateau d’impression se trouve quant à lui au fond du bac dans lequel se trouve la résine liquide. Un projecteur DLP ou un laser SLA émet une lumière qui solidifie la résine d’une couche à l’autre. L’achèvement d’une couche permet au plateau de s’enfoncer davantage dans le bac et ainsi de suite jusqu’à ce que l’objet soit fabriqué. 

La présence de détails exigeant une grande finesse et un haut niveau de résolution sur une face lisse sont les raisons pouvant justifier le recours à une imprimante 3D de type SLA ou DLP. Les domaines comme celui de la joaillerie ou la médecine sont ceux qui font le plus appel à ce procédé d’impression. En effet, la fabrication des moules destinés à la fabrication des bijoux ou des prothèses dentaires requiert à la fois précision et finesse. 

Seule la polymérisation de la résine permet de différencier les deux catégories d’imprimantes SLA et DLP. Sur une imprimante DLP, la solidification de la résine se fait couche par couche. En revanche, elle se fait point par point sur une imprimante SLA. En outre, l’imprimante DLP utilise un projecteur tandis que l’imprimante SLA se sert d’un laser pour imprimer. 

imprimante 3D
Crédits : Marco Verch / Flickr

L’impression 3D par fusion des graines de poudre 

Quatre technologies utilisent ce procédé d’impression 3D. Il s’agit du frittage de poudre et de sa fusion, de la pulvérisation de la matière, de la lamination du papier et enfin de la bio impression 3D. 

L’utilisation d’une poudre métallique comme matériau d’impression est courante dans le secteur industriel. Le frittage sélectif par laser (selective laser sintering) ou la fusion sélective par laser (selective laser melting) sont deux technologies d’impression 3D faisant recours à l’usage de la poudre. Dans le domaine aéronautique par exemple, cette technologie permet de fabriquer des pièces de grande complexité destinées à l’usage des avions

La pulvérisation ou le jet de matière est un procédé d’impression au cours duquel le matériau fondu est déposé sur une plateforme d’impression. La formation de l’objet se fait par une solidification, couche par couche, du matériau préalablement fondu. Multijet Modeling (MJM) est l’autre appellation donnée à ce mode d’impression. 

Les feuilles de papier ou d’aluminium sont utilisées comme matériau pour la technologie d’impression 3D connue sous le terme lamination. Les objets fabriqués grâce à cette technique se distinguent par la mise en perspective des détails et des couleurs. Les secteurs de la décoration et celui de la fabrication des jouets sont ceux qui font régulièrement usage de cette technologie. 

Générer des cellules vivantes ou des tissus organiques, voilà le champ d’expérimentation de la bio impression. Ce procédé scientifique constitue une véritable révolution dans le domaine médical. À terme, la bio impression vise la fabrication d’organes fonctionnels ou de tissus vivants. Pour le moment, cette technologie reste à un stade expérimental. Les bios imprimantes 3D, ayant cette capacité d’impression, ne sont pas encore une réalité. Pourtant, si elles existaient, de telles machines permettraient de créer des organes et de traiter de nombreuses pathologies.