Depuis plusieurs années déjà, nous entendons parler de l’impression 3D, sujet qui revient fréquemment dans les différents salons et événements.

Mais c’est quoi l’impression 3D ? Effet de mode ou réel intérêt ? Combien ça coûte ? Que puis-je en faire ? Que pouvons-nous proposer à nos clients ? …

Dans l’article de ce mois, nous allons essayer de démystifier ce sujet et comprendre un peu plus cette technologie.

Cet article ne traitera pas l’impression de nourriture (chocolat …miam), de maisons ou d’organes (mais sachez que c’est possible) ! Nous nous concentrerons sur l’impression d’objets du quotidien.


# Impression 3D c’est quoi et comment ça marche ?

Tout le monde connaît l’impression jet d’ancre: une buse (extruder – tête d’impression) se déplace sur 2 axes (2D) pour propulser des micro-jets d’ancre sur du papier. L’impression se fait ligne par ligne, point par point
jusqu’à l’impression globale du dessin.

L’impression 3D et bien c’est la même chose sauf qu’il y a 3 axes, il y a toujours une buse d’impression mais au lieu de propulser de l’ancre, la buse (en fonction du procédé) chauffe du plastique et le dépose couche après
couche pour finalement produire l’objet de votre imagination.

Il existe plusieurs procédés d’impression :

SLA (Stereolithography) : Dans une cuve remplie de photopolymère (sorte de poudre), un Laser ultraviolet travaille le modèle 3D couche après couche. Quand le rayon frappe la matière, cette dernière se durcît en se liant aux couches adjacentes.

 

SLS (Selective Laser Sintering) : Pour cette technique, très proche de la stereolithography, un laser vient graver (supprimer de la matière) pour ne laisser finalement que l’objet 3D souhaité.

 

FDM (Fused Deposition Modeling) : Le procédé consiste à porter à haute température de petites gouttes de matière plastique qui créent la forme couche après couche. Une fois que la goutte quitte l’applicateur, elle durcît de manière quasi-immédiate tout en se fondant avec les couches inférieures.

Et il y en a d’autre, pour simplifier notre article nous allons nous focaliser sur le plus simple de procédé et le moins couteux càd le FDM.

Donc de quoi se compose une imprimante 3D de type FDM ?

L’élément principal est l’extruder (la buse) , véritable tête d’écriture, elle permet de chauffer un plastique pour le déposer point par point et couche par couche. En suite cette buse doit se déplacer sur 3 niveaux : x,y et z, pour cela il faut donc 3 axes (rails) et un moteur pour déplacer la buse. Là encore, il existe plusieurs techniques : soit c’est la buse qui se déplace, soit c’est le plateau qui se déplace. Finalement un logiciel qui va permettre de traduire un Object 3D en mouvement du moteur et dépôts de plastique.

Principe de fonctionnement.
Principe de fonctionnement.

La qualité d’une imprimante dépend donc de la qualité de l’extruder : La précision d’une imprimante 3D comprend 2 aspects : l’épaisseur des couches de filament qui vont être déposées (précision verticale), et la précision du positionnement des axes XY (précision horizontale). Une bonne qualité d’impression veut dire une plus grande finesse et donc un rendu plus lisse de votre objet.

L’éventail des épaisseurs de couche maximale des imprimantes 3D personnelles se situe en moyenne entre 50 et 100 microns . Quelques imprimantes offrent même une précision allant jusqu’à 20 microns (Ultimaker 2 par exemple). Cette notion est la plus déterminante avant d’acheter votre imprimante 3D. Notez toutefois qu’une précision de l’ordre de 100 microns est très suffisante pour obtenir des objets avec un bon état de surface.

Avec une aussi petite taille il arrive que l’extruder s’encrasser rapidement, pas de panique, des petits forets existent pour le nettoyer.

La vitesse d’impression et le volume d’impression sont 2 autres composantes qui influencent le prix, plus les axes sont grands et plus le volume d’impression est important et plus le temps d’impression est important. Il faut compter ~7 heures pour un objet d’une dizaine de centimètres cube. Toutefois, il est possible de modifier la ‘résolution’ d’impression, votre objet sera plus grossier, mais prendra moins de temps pour être imprimé.

Il faut savoir que la plupart des imprimantes 3D sur le marché ont un volume d’une trentaine de cm3. Donc, il ne vous sera possible d’imprimer qu’un objet d’une hauteur de 30cm, ou le décomposer en plusieurs pièces qu’il faudra assembler après.

Un autre composant de l’imprimante est l’adhésif qui recouvre le plateau (si votre plateau ou lit n’est pas chauffant) . C’est un élément à ne pas négliger, car il permet à votre objet de ne pas glisser durant l’impression. Imaginez par exemple que vous voulez imprimer une tour de Pise, pas de chance, l’ennemi de l’impression 3D est la gravité !

Pour pallier à ce problème de gravité , le logiciel a un grand rôle à jouer, car il permet de créer une sorte d’échafaudage pour maintenir votre objet. Bien sûr cet échafaudage va vous coûter en matière et il vous sera possible de le supprimer après impression. Il est important de note aussi que dans certains cas, le logiciel va remplir les volumes avec une sorte de nid d’abeilles pour éviter que ce dernier ne se casse ou s’effondre.

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# Matière première et les catégories de fils

La 2éme élément indispensable pour l’impression 3D est bien sûr la matière utilisée pour l’impression (votre cartouche d’encre). Il existe plusieurs catégories de fils (plastique si on veut). Les caractéristiques du fil sont par exemple la température du passage de l’état solide à malléable, sa solidité après impression, sa capacité à rester uniforme , sa résistance à l’eau, etc.

ABS (acrylonitrile butadiène styrène) : Matière utilisée dans la fabrication des LEGOS, c’est le plus populaire dans l’impression 3D, il fond à une température entre 200 et 250°. Par contre, ce plastique nécessite un plateau chauffant. Il est très résistant après impression.

PLA (acide polylactique) : Est un plastique qui fond à une température entre 160 et 220°, sa capacité contrairement à l’ABS est qu’il refroidit et durcit très rapidement et ne nécessite pas un plateau chauffant. C’est un plastique issu de l’amidon de maïs. Il est biodégradable. En revanche, il est sensible à l’eau !

PVA (PolyVinyl Alcohol ou alcool polyvinylique) : il s’agit de résine constituée de plastique; se sont des plastiques solubles utilisés pour imprimer les supports d’impression (en fonction de la complexité et de la technologie utilisée pour la pièce désirée), qui par la suite seront dissous avec de l’eau.

Il existe d’autres types de fils à utiliser en fonction de votre besoin et de votre imprimante, comme les plastiques souples, les plastiques transparents, les plastiques qui résistent à la chaleur, etc.

Les bobines se vendent un peu partout sur le net, et les prix varient en fonction du diamètre (1.7 ou 3mm) et le poids de la bobine ainsi que le type de plastique.


# Et la couleur dans tout ça ?

Une imprimante standard est monochrome. C’est-à-dire qu’il ne vous sera possible d’imprimer un objet que dans une seule couleur. La couleur de l’objet imprimé dépendra donc de la couleur du fil utilisé. Certaines imprimantes peuvent utiliser jusqu’à 3 fils différents, mais c’est plus une histoire de structure et texture que de couleur. Donc pour la couleur, il faudra utiliser vos petits pinceaux et aérographes.

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# Comment concevoir mes objets ?

maxresdefault

Maintenant que nous avons expliqué le fonctionne des imprimantes 3D, il nous reste à voir comment et avec quoi créer son premier objet. Il existe plusieurs moyens : soit télécharger le fichier 3D sur internet, soit le créer via un logiciel de dessin 3D.

Pour le premier cas, il existe une large communauté qui met à disposition des internautes des centaines de fichiers d’objets divers à imprimer. Ces fichiers sont gratuits, mais certains sites proposent de passer à la caisse pour objets en particulier. Il vous suffit donc de choisir le fichier de le télécharger puis de l’imprimer.

Le fichier téléchargé est souvent au format zip est contient la plupart du temps plusieurs fichiers *.stl et *.obj; Si vous êtes sous Windows 10, alors vous avez déjà un logiciel (installé par défaut) qui s’appelle ‘3D builder’ qui vous permet d’ouvrir ces fichiers et de lancer l’impression. Sinon il faudra télécharger le logiciel gratuit CURA (très complet) pour ouvrir ces fichiers.

NB : Les extensions des fichiers 3D sont différentes suivant le logiciel avec lequel ils ont été dessinés.
(ex : .max, .3ds, .dxf, .mb, .lwo, .oth, .obj, .stl).
Certains sont des formats spécifiques .3ds → 3D Studio Max et d’autres plus génériques *.obj.

Sites -> Sites Gratuits :
https://www.thingiverse.com/
https://cubehero.com/

Sites -> Sites payants :
http://www.turbosquid.com/index.cfm
http://cults3d.com/
https://www.cgtrader.com

Il existe aussi des sites qui vous permettent de créer des objets 3D online :
http://www.shapeways.com/
http://www.sculpteo.com/

Logiciels -> Les logiciels de création :
Gratuit : MeshLab, 3D Slash, Blender, FreeCad, K-3D, sketchup …
Payant : Maya (6000€) , 3DS Max, AutoCAD (1500€), Zbrush, sketchup Pro …

Logiciels -> Les logiciels Bridge pour convertir les formats et imprimer les objets :
3D Builder ou Cura

TOP 25 des logiciels de dessin 3D
TOP 25 des logiciels de dessin 3D


# C’est très bien tout ça, mais combien ça coûte ?

L’éventail des prix est très large, mais pour une imprimante Desktop (personnelle), cela varie de 5000€ à 300€ et les versions à 300€ n’ont pas à rougir, par exemple la Xyzprinting Da Vinci et la petite Française Dagoma (mon coup de cœur) qui offrent un très bon rapport qualité/prix;
la XyzPrinting Da Vinci est l’imprimante personnelle la plus vendue aux USA.

Lorsqu’on souhaite acquérir une imprimante 3D, l’important est également de connaître le coût de revient d’une impression. Nous distinguerons dans ces coûts d’usage, les coûts matériaux (PLA, ABS, Nylon …) et les autres coûts indirects : consommation d’électricité et entretien par exemple sans oublier l’achat d’une imprimante.

Les coûts matériaux : En fonction du diamètre et du type (PLA ou ABS; 1.75 ou 3mm), il faudra compter ~20€ le Kilo. (http://www.filimprimante3d.fr & http://www.grossiste3d.com) viennent en suite les accessoires : Adhésif pour plateau, truelle pour décrocher l’objet après impression, etc. Encore une fois cela va dépendre de la marque l’imprimante.

Il faut savoir que certains logiciels vous permettent de connaître à l’avance le prix que vous coûtera l’objet à imprimer.

Pour l’entretien, il m’est difficile pour le moment de me prononcer, mes différentes lectures sur internet ne montrent pas un problème flagrant lié aux extruders par exemple ou à une mauvaise utilisation des fils induisant a un coût important d’entretien.

Exemple : l'impression d'un dock pour iphone ne vous coutera que quelques euros (~50 DHs) et en plus il vous est possible d'améliorer le produit en fonction de vos envies du moment.
Exemple : l’impression d’un dock pour iphone ne
vous coutera que quelques euros (~50 DHs) et en
plus il vous est possible d’améliorer le produit en
fonction de vos envies du moment.


# Pour qui et Pourquoi faire ?

L’usage de l’impression 3D n’a pas de limite sauf votre imagination !
L’impression 3D touche à de nombreux secteurs d’activité, et les champs d’applications sont multiples. Voici quelques exemples :

Création, Réparation et remplacement:
C’est l’argument le plus fréquent, tout le monde connaît l’histoire de la pièce défectueuse sur une navette spatiale et qui a été téléchargée depuis la terre et imprimée sur la navette. En effet grâce à l’impression 3D il est ‘relativement’ facile de recréer une pièce défectueuse et de la remplacer par une nouvelle. Après libre à vous de créer toutes sortes d’objets : des ustensiles de cuisine, vos cadres de lunettes, et toutes sortes d’objets pour
vos ibidules et votre bureau.

Modélisme et Ludique :
Tous les geeks vous le diront : nous sommes de grands enfants, et l’imprimante 3D est l’outil par excellence pour s’exprimer.Qui n’a pas rêvé d’imprimer son personnage Word of Warcraft ou d’imprimer la pièce de LEGO qui lui manquait ou encore d’imprimer ces modèles de voitures miniatures ! D’ailleurs, le fabricant de jouets français Mattel a bien senti le filon et a créé la première imprimante 3D pour enfant la ThingMaker.

Education, R&D et Prototypage :
Pour les pros, l’usage est assez clair: prototypage rapide, cadeau, étude faisabilité. Imprimer ses idées permet d’avoir un conseil de visu.

Architecture, Déco d’intérieur, artisanat, mécanique, ingénierie et j’en passe. L’impression 3D permet d’avoir rapidement entre ses mains l’objet fraîchement conçu.

Pour l’éducation l’impression 3D permet d’encourager l’esprit DIY (Do it yourself) afin de stimuler l’autonomie et la prise de décision et permet de favoriser la créativité et la motivation des élèves. Elle permet aussi de rendre palpable des notions abstraites et finalement prépare aux métiers de demain (ingénierie, design, mécaniques etc).

Art et Mode :
Avec des sites comme : https://www.jweel.com/fr on commence à voir fleurir des sites de création et personnalisation de bijoux et d’articles de mode.

L’impression 3D permet soit d’imprimer des moules dans lesquels seront ensuite coulés les métaux pour fabriquer des bijoux aux motifs extrêmement fins et précis soit imprimer directement le bijoux, mais les matières ne sont pas nobles et cela permet juste de donner forme au rendu final.

L’impression 3D s’invite aussi dans la haute couture, comme par exemple avec le défilé de Iris Van Herpen qui a fait défilé ses mannequins avec des robes imprimées avec des matières souples.

iris-van-herpen-fashion-week-paris-printemps2015

Santé :
Un autre domaine où l’impression 3D fait une progression en force est bien sûr la médecine. Là encore le champs d’application est très vaste allant des prothèses, plâtres respirant, etc, etc.

Les imprimantes 3D permettant de créer des objets uniques sans avoir besoin de moules et surtout du sur-mesure, comme on l’a vu récemment quand un bébé a été sauvé grâce à l’impression 3D, un médecin fabricant un morceau de trachée adapté à l’enfant.

 

Comme nous venons de le voir, le champ des possibles est infini, et c’est à
vous de matérialiser vos idées !


# Et Pour finir voici quelques liens et vidéos

Pour rédiger cet article, j’ai effectué plusieurs lectures et regardé plusieurs vidéos afin de vous expliquer cette technologie de la façon la plus simple, mais la plus complète possible.

Mon coup de cœur revient au fabricant français DAGOMA (http://ww.dagoma.fr/) qui propose une imprimante avec un bon rapport qualité/prix et propose de façon récurrente une Box , sorte de boite à idée avec un objet à imprimer et à monter soi même.

Voici quelques liens et vidéos pour approfondir le sujet :

http://www.monunivers3d.com/
http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d.html
http://www.aniwaa.fr/les-technologies-dimpression-3d/

http://www.3dnatives.com
http://www.makerbot.com/

Impression d’une maison :

Impression de nourriture :

Impression d’objets du quotidien :

Impression dans l’art :

 

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