Fabrication additive FDM VS MJF

Depuis sa naissance dans les années 80, la technologie de fabrication additive, également appelée simplement impression 3D, a évolué en différentes technologies. Nous allons maintenant comparer les deux méthodes actuellement les plus populaires et polyvalentes de l'impression 3D : l'impression très répandue à dépôt de matière fondue (FDM) et l'innovante Multi Jet Fusion, qui a été présentée en 2016 par HP et représente le pas le plus important en avant dans la technologie additive ces dernières années.

1. Fabrication additive avec la technologie FDM

1.1. QU'EST-CE QU'UNE IMPRIMANTE 3D FDM?

Une imprimante à filament FFF (Fused Filament Fabrication) ou FDM (Fused Deposition Modeling) est une imprimante 3D qui est le plus souvent utilisée pour le développement de projets initiaux et la prototypage. Le matériau (plastique fondu) est déposé par un système à trois axes en couches successives, puis il est fondu ensemble pour former le modèle 3D. Les coûts d'achat peu élevés, vous pouvez trouver des imprimantes FDM sur Amazon à partir de peu plus de 100€, et la relative simplicité d'utilisation font de cette technologie la plus répandue parmi les makers.

Dans la technologie FDM, un filament a) de matière plastique est introduit dans une tête mobile chauffée b) qui le fait fondre et l'extrude en le déposant, couche par couche, dans la forme souhaitée c). Une plateforme mobile (e) descend après le dépôt de chaque couche. Pour ce type de technologie d'impression 3D, des structures de soutien verticales supplémentaires d) sont nécessaires pour soutenir les pièces en saillie. Source: Wikipedia par Paolo Cignoni

1.2. COMMENT FONCTIONNE UNE IMPRIMANTE 3D FDM?

Le fichier 3D du modèle que vous souhaitez imprimer est traité par un logiciel de tranchage (les plus utilisés et faciles à utiliser sont Cura, Simplify3D et PrusaSlicer), qui le "découpe" en couches d'épaisseur souhaitée et génère simultanément un fichier G-code qui décrit les mouvements des axes nécessaires à la création de la pièce. Ensuite, l'imprimante FDM fait fondre le filament de plastique solide et l'extrude par une buse couche par couche, formant ainsi l'objet 3D sur le plateau de construction. Les couches ont généralement une épaisseur allant de 0,1 mm à 0,5 mm, mais cela peut également varier en fonction des objectifs d'utilisation de l'objet que vous êtes en train de créer.

Processus d'impression: extrudeuse d'impression (1), matériau déposé (2) et plan de construction (3).
Source: Wikipedia par Paolo Cignoni

1.3. Quels sont les matériaux les plus utilisés dans les imprimantes FDM ?

Les deux matériaux les plus utilisés dans l'impression FDM sont l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène) et le PLA (acide polylactique). Tous deux sont économiques et disponibles dans différentes couleurs.

• PLA: offre une qualité de surface parmi les meilleures en impression FDM, c'est l'un des matériaux les plus faciles à imprimer et il est également biodégradable, mais il n'est pas résistant aux chocs et aux températures supérieures à 60 degrés.
• ABS: offre une bonne résistance et des caractéristiques thermiques, mais nécessite une bonne ventilation car il dégage des odeurs fortes lors de l'impression. Il nécessite une plateforme de construction chauffée pour éviter les déformations.

L'impression FDM offre une large gamme de matériaux. Source: filament to print

FAIT: Les imprimantes FDM professionnelles dont les prix commencent à 25 000 euros et qui sont dotées de chambres chauffées et de buses imprimant à plus de 500 degrés et possédant une mécanique appropriée peuvent produire des pièces techniques fonctionnelles et performantes. Les matériaux les plus populaires sont le Peek, le Carbon Peek et d'autres matériaux adaptés à l'industrie et au remplacement du métal.

1.4. POUR QUOI LES IMPRIMANTES FDM SONT-ELLES GÉNÉRALEMENT UTILISÉES?

En plus des solutions fonctionnelles expliquées précédemment, les concepteurs et les ingénieurs utilisent généralement les imprimantes FDM lors de l'exploration du projet et dans la phase de prototypage à moyenne fidélité.

• Phase d'exploration initiale: l'impression FDM permet aux utilisateurs d'imprimer facilement plusieurs projets pour examiner la forme et l'ajustement de la pièce réelle avant de se concentrer sur des caractéristiques détaillées.

• Phase de prototypage à moyenne fidélité: l'impression FDM est un bon compromis pour les tests ou les prototypes qui ressemblent à des pièces de production réelles. Dans ces cas, des couches fines de 0,1/0,2 mm sont généralement utilisées. Cette option est idéale pour obtenir des commentaires sur les sensations et les performances.

• Production de petites séries: bien qu'il soit possible de voir en ligne des images de fermes d'impression composées de dizaines, voire de centaines d'imprimantes FDM, cette solution semble être de niche en raison de la faible polyvalence mécanique des matériaux d'entrée, de la lenteur de production (en moyenne 10 cm3/h par machine contre environ 300 cm3/h pour la technologie MJF), du besoin de supports et du fait que les pièces ne soient pas pleines, limitant ainsi les applications.

FAIT: existe des fermes d'impression avec plus de 500 imprimantes FDM.

Ferme d'impression FDM: la ferme d'impression de Prusa, avec plus de 300 imprimantes FDM, est illustrée.

1.5. QUAIS SONT LES AVANTAGES ET LES désavantages DES IMPRIMANTES FDM ?

• Avantages: Le principal avantage offert par les imprimantes FDM est leur faible coût d'achat et de fonctionnement. Étant populaires sur le marché des consommateurs, les modèles d'imprimantes FDM d'entrée de gamme commencent à partir de 100 euros. Les imprimantes FDM sont faciles à utiliser et offrent des délais rapides pour passer du projet au prototype.
• Désavantages: Les imprimantes FDM ne proposent pas la haute qualité, la précision dimensionnelle ou le fonctionnement fiable des autres imprimantes 3D. La fiabilité peut être un problème en raison des fréquents réajustements de pièces et des obstructions de buse. Pour ces raisons, l'FDM n'est pas le meilleur choix pour imprimer des pièces devant être de haute qualité.

2. Fabrication additive avec la technologie MJF

2.1. QU'EST-CE QU'UNE IMPRIMANTE 3D MJF ET COMMENT FONCTIONNE-T-ELLE?

La technologie Multi Jet Fusion (MJF) est une méthode de fabrication additive inventée et développée par la société Hewlett-Packard (HP) et lancée sur le marché en 2016. Les pièces finales présentent des finitions de surface de haute qualité, une excellente résolution et des propriétés mécaniques plus cohérentes par rapport à des processus tels que la fusion laser sélective ou la FDM (dépôt de filament fondu).

La technologie Multi Jet Fusion utilise une matrice à jet d'encre pour appliquer sélectivement des agents de fusion et des détails sur un lit de poudre de nylon ou d'autres matériaux, qui sont ensuite fusionnés par des éléments chauffants pour former une couche solide. Après chaque couche, la poudre est répartie sur le lit et le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit complètement formée.

Une fois le processus d'impression terminé, la boîte de construction est retirée de l'imprimante. Un opérateur retire soigneusement les pièces de la boîte de construction et élimine la poudre résiduelle à l'aide de différents systèmes de sablage.

Pour en savoir plus sur le sujet, nous vous suggérons de lire: Impression 3D Multi Jet Fusion, qu'est-ce que c'est?

Schéma du processus Multi Jet Fusion (MJF): (a) étapes 1-5 du processus de fusion; (b) unité de construction 3D; (c) station d'usinage. Source: research gate

2.2. QUELS SONT LES MATÉRIAUX UTILISABLES AVEC LES IMPRIMANTES MJF?

Les imprimantes MJF offrent une gamme limitée de matériaux, mais ceux-ci sont très polyvalents du point de vue mécanique. Actuellement, cinq matériaux sont disponibles : le PA11, le PA12, le PA12 GB, le TPU et le polypropylène.

Pour en savoir plus, nous vous recommandons de lire: HP Multi Jet Fusion (MJF): Principaux matériaux et leurs propriétés.

2.3. POURQUOI LES IMPRIMANTES MJF SONT-ELLES UTILISÉES?

Offrant la possibilité de produire des pièces pleines à 100 % fonctionnelles, au design complexe et détaillé, sans nécessiter de supports, cette technologie offre une large gamme de solutions, dont les principales sont les suivantes.

• Prototypage rapide: bien que des prototypes puissent être créés avec n'importe quelle technologie d'impression 3D, le MJF peut produire des prototypes robustes présentant d'excellentes propriétés mécaniques pour tester pleinement la fonction et la forme.

• Production en petites séries: la scalabilité de cette technologie éloigne de plus en plus la production à faible volume des autres méthodes de production, en particulier de l'injection (voir l'article "Moulage par injection vs impression 3D: comment choisir?"). Cela est particulièrement vrai pour les pièces complexes: avec la technologie MJF, il n'est pas nécessaire d'utiliser des moules coûteux et il n'y a pas de contraintes de conception importantes comme dans la fabrication de pièces par injection.

L'une des 12 imprimantes HP Multi Jet Fusion installées par Weerg. Obtenir un devis immédiat.

CONCLUSIONS

Une question que l'on doit se poser lorsqu'on se demande si une technologie est meilleure qu'une autre est: meilleure pour faire quoi?

Certainement, l'arrivée de la technologie MJF a marqué un bond en avant révolutionnaire en termes de simplicité de réalisation, de qualité des pièces industrielles et de capacité à rivaliser concrètement avec l'injection plastique.

Cependant, il faut également dire que les imprimantes FDM, bien qu'avec une gamme limitée d'utilisations professionnelles, peuvent fournir des pièces visuellement acceptables et une grande variété de matériaux avec un investissement à partir d'environ 150 euros, comparé aux 500 000 euros nécessaires pour acquérir une MJF.