Préambule
Il y a quelques temps, sur notre forum ➤ ICI Timtim 38 nous parlait de l’impression en 3D, et des applications qu’on pouvait en faire à la pêche à la mouche.
Et puis, il m’a glissé à l’oreille qu’il pourrait nous faire un article technique à ce sujet, et il a tenu promesse ??
Voici cet article, et merci pour cette belle contribution !
Cet article n’a pas vocation à faire un état exhaustif des possibilités offertes par l’impression 3D pour réaliser des objets en rapport avec notre pratique de la pêche à la mouche . Cette technologie est relativement récente , très diversifiée sur le plan de matériaux, des procédés ou même des applications ( médical , industrie, bâtiment, spatial , etc..). Elle fait l’objet d’innombrables publications tant scientifiques que technologiques.
J’ai travaillé une grande partie de ma carrière dans la recherche sur les procédés mettant en œuvre des poudres métalliques . J’ai pu voir depuis une petite dizaine d’années dans tous les congrès spécialisés, une orientation des contenus très marquée vers la fabrication additive. Les crédits alloués à la recherche dans ce domaine par les collectivités ou les fonds privés sont d’ailleurs stupéfiants !
Les lignes qui suivent ne porteront que sur les technologies de l’impression 3 D des polymères pour “amateurs”. Les nombreux liens que vous trouverez au fil de l’article éclairciront sans doute les interrogations que vous pourriez avoir.
Je vous épargnerai autant que possible des innombrables anglicismes et acronymes qui encombrent la littérature sur ce sujet.
Impression 3D “à la maison”
L’impression 3D, plus formellement appelée fabrication additive, tient son nom au fait que l’objet imprimé se construit par ajout progressif de matière . Par opposition de l’usinage, ou la sculpture qui procèdent par enlèvement successif de matière. De ce procédé de fabrication, résulte très peu de perte de matière première lors de l’impression de l’objet.
Imprimer en 3D chez soi , c’est fabriquer des petites pièces le plus souvent en utilisant des polymères aux propriétés variables. La pièce imprimée répond à une fonctionnalité particulière d’usage domestique , décorative, de loisir. Ou simplement, elle sert à réparer un objet endommagé.
Les imprimantes familiales à usage domestique
L’impression filament est la plus accessible, la plus polyvalente et facile à mettre en œuvre et à prendre en main pour débuter. Le filament est extrudé à chaud à travers une buse assimilable à la douille du pâtissier. La machine peut prendre place dans un bureau sur un espace minimum d’1 m² pour disposer les consommables et petits accessoires de finition ( Post traitement).
Il est plutôt judicieux de placer l’imprimante dans un lieux peu distant des pièces à vivre. Ceci permet de surveiller l’impression en cours et de la stopper ou relancer en cas de problème.
La machine nécessite une simple alimentation au réseau électrique. Le programme d’impression est copié sur une mémoire micro SD puis inséré dans la machine. Une liaison directe au PC via USB est également possible . Certaines imprimantes proposent le WIFI.
L’impression résine permet de réaliser de objets précis à géométrie complexe, présentant une finition de grande qualité. Le post traitement de l’objet imprimé et l’utilisation de produits liquides sont en revanche plus contraignants pour une utilisation dans une pièce non dédiée et correctement aérée . Chaque couche de résine thermodurcissable est solidifiée par photo-polymérisation avec panneau LCD UV haute résolution ou un laser par exemple. Au moment ou j’écris cet article, le volume d’impression des pièces produites avec les imprimantes résines valant moins de 500€ reste modeste, de l’ordre de 2 dm3.
Quelle taille de pièces peut-on imprimer en usage domestique ?
Rarement plus de 8 dm3. Le plus souvent les objets utiles pour la pêche font bien moins de 50 grs et quelques cm3. Malgré ces petites tailles d’objets, leur impression demande régulièrement plusieurs heures.
Avec des paramètres d’impression filament standards, une vitesse d’impression de 15 gr/h est un bon ordre de grandeur.
A la différence des autres procédés de fabrication de solides, l’impression 3 D permet de réaliser quasiment tout volume continu que l’on puisse imaginer sans aucune contrainte de fabrication liée à sa forme.
Dans les faits, il existe quand même une contrainte de taille ( nécessite de “supporter” l’objet en cours de fabrication ) que j’aborde plus loin. Ceci conditionne les choix techniques de conception d’objets mais aussi les choix matériels.
Résistance mécanique, thermique, nocivité des objets imprimés
Les matériaux filament comme le PLA sont sensibles à la température, le PETG ou l’ABS moins . Le mode élaboration en couches successives pour l’impression filament rend les objets assez peu tolérants aux efforts de traction ou de cisaillement de ces couches. Il faut en tenir compte lors du dimensionnement de l’objet .
Le procédé de mise en forme étant thermique, les matériaux des filaments émettent des composés certes faiblement nocifs mais pas totalement neutres.
A noter que les pièces imprimées peuvent être collées à la colle cyanoacrylate ou aux époxy bi-composants.
Contraintes techniques limitant qualité des objets imprimés
1) Pour les imprimantes filament
La première de toutes est la notion de surplomb de l’impression, et de son corollaire le support, qui peut affecter très fortement la qualité d’aspect de la surface des objets. L’impression 3D étant une fabrication additive, l’impression de surplomb est rendue difficile puisque par définition celui ci se retrouve plus ou moins dans le vide . Au delà d’un angle d’environ 45 °de surplomb sur l’objet , ce dernier nécessitera un support. Par exemple une pyramide inversée devra être supportée par du matériau servant à maintenir les flancs de la pyramide lors de la solidification des couches. Une fois l’impression terminée, ce matériau excédentaire (support) devra être éliminé de l’objet final. L’adhérence résiduelle entre le support et l’objet laisse des marques plus ou moins visibles qu’il conviendra d’éliminer par ponçages successifs .
Pour les imprimantes filament ou résine, l’impression est monochrome. C’est la couleur de la bobine de filament ou de la résine qui détermine la couleur de l’objet . Certaines imprimantes filament sont à double extrudeur. Ceci permet d’imprimer avec 2 couleurs. Il est également possible d’utiliser un extrudeur pour la couleur de l’objet et monter un filament soluble de support sur l’autre extrudeur. Les filaments solubles laissent moins de traces sur l’objet.
Les principaux matériaux filament sont : Le PLA qui est de loin le plus simple à imprimer pour les objets courants. Sont défaut principal est sa faible résistance thermique. Une pièce imprimée en PLA ne tient pas une journée derrière une vitre de voiture en été.
Le PETG résiste aux températures d’usage courantes des objets domestiques. Mais il est un peu plus délicat à imprimer avec une tendance à faire des fils (genre fondue savoyarde).
l’ABS qui est résistant sur le plan mécanique et thermique mais ne s’imprime correctement que sur des imprimantes capotées .
Le TPU, filament souple pour réaliser des objets mous . ATTENTION ce filament impose l’utilisation d’une imprimante avec un extrudeur “Direct Drive” !
L’aspect des surfaces est directement lié au diamètre de la buse et à l’épaisseur de chaque couches. Plus le diamètre d’extrusion est petit et plus les couches sont minces, meilleure est la résolution. On devine aisément que la combinaison de ces paramètres affecte fortement le temps total d’impression du modèle.
Seul dans son atelier avec sa nouvelle imprimante, le débutant se trouvera rapidement confronté a des pièces présentant des défauts d’aspect. Ceci l’oblige à corriger les paramètres du slicer, plus rarement à intervenir sur le hardware , voire sur la mécanique de l’imprimante. La plupart de ces défauts peut être corrigés.
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2) Pour les imprimantes résine.
Fondamentalement, la qualité des imprimantes résine est bien meilleure que celles à filament. Cette technologie consomme beaucoup de résine pour la fabrication des supports qui doivent être éliminés ensuite par des opérations de post traitement de l’objet réalisé.
La qualité des résines employées , les épaisseurs de couches ainsi que la résolution du dispositif de polymérisation sont les 3 facteurs qui dirigent le rendu final de l’objet imprimé.
Ces imprimantes sont très utilisées pour les fans de figurines. Elles permettent de réaliser des petits objets aux dimensions précises et à l’aspect quasi parfait.
Quelles sont les étapes pour démarrer en impression 3D ?
En premier il convient de s’auto évaluer sans complaisance pour déterminer à quelle catégorie d’utilisateurs on appartient. C’est le moment aussi de mesurer les limites de ce que pourra imprimer la machine visée en regard de ses propres aptitudes.
Dans les 2 cas ,la maîtrise au moins partielle d’un logiciel de dessin 3D sera obligatoire. Il en existe certains gratuits comme ONSHAPE ou FUSION 360 et suffisamment complets pour qu’il ne soient pas eux-même une limite à la créativité.
Une fois l’objet dessiné, le “tranchage” de l’objet en 3D se fait avec des logiciels appelés “Slicer” ou ” Trancheur” par nos cousins québecois. (avec l’accent qui va bien ) . Les slicers grand public les plus connus sont : CURA gratuit ou SIMPLIFY 3D lui payant.
Personnellement je faisais partie de la 2ème catégorie d’utilisateur . J’ai mis une bonne semaine pour me servir convenablement du logiciel ONSHAPE en partant de zéro de chez zéro avec le CAD. Par convenablement, j’entends suffisamment compétent pour créer des objets simples ci dessous :
Bon à savoir.
Il est possible de faire imprimer ses objets sur des sites spécialisés. Il suffit de transmettre le dessin 3D et de choisir parmi les options de matériaux , de couleur, de finition etc…
Pour ceux citadins des grandes villes qui hésiteraient à se lancer ou à investir dans un équipement au départ, il est possible d’adhérer à un FAB LAB moyennant une cotisation bien sûr. Dans ce cas les moyens matériels et personnes compétentes sur place sont à disposition des adhérents.
Merci pour cet article, qui fait découvrir ce qu’est l’impression en 3D.