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7 minutes de lecture

Impression résine 3D, qu'est-ce que c'est?

impression 3d résine

COMMENT CELA FONCTIONNE-T-IL ? À QUOI CELA SERT-IL ?

 

L'impression 3D par stéréolithographie est un type d'impression 3D appelé photopolymérisation, qui est également appelé de manière générique impression 3D en résine. Toutes ces imprimantes fonctionnent en utilisant une source de lumière, comme un laser, un projecteur ou une lumière UV, pour transformer différents types de matériaux d'impression liquides en plastique solide. Ce guide de résine impression 3d va tenter de vous aider à comprendre comment cela fonctionne. 

impression 3d résine

 

COMMENT EST NÉE LA STÉRÉOLITHOGRAPHIE ?

Le Dr Hideo Kodama, un chercheur japonais, a eu l'idée de construire des couches stéréolithographiques dans les années 1970. Il a réussi à obtenir les premières pièces en 3D en durcissant des polymères photosensibles avec de la lumière ultraviolette.

Hideo Kodama stereolitografia

Hideo Kodama

C'est Charles W. Hull qui a inventé le mot "stéréolithographie". En 1986, il a obtenu un brevet pour cette technologie et a fondé 3D Systems pour la vendre. M. Hull a expliqué que la méthode fonctionne par "impression" de fines couches d'un matériau qui durcit lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette.

Bien que l' impression 3D SLA ait été la première à être utilisée, elle n'a pas été la première méthode d'impression 3D largement utilisée et populaire. Lorsque les brevets ont commencé à expirer en 2009, l'impression 3D de bureau de petit format a rendu la fabrication additive plus accessible, mais c'est en fait le modèle de dépôt de fil fondu FDM qui a été la première technique de fabrication additive à être utilisée sur des plateformes de bureau.

Les imprimantes 3D FDM (Fused Deposition Modeling) ne répondent toutefois pas à tous les besoins professionnels, mais on leur attribue l'essor des makers ; des personnes qui connaissaient et acceptaient l'impression 3D comme un nouveau moyen de réaliser un modèle 3D et qui n'avaient pas les moyens d'acheter la technologie SLA.

 

QUELS SONT LES AVANTAGES DES PIÈCES MOULÉES EN RÉSINE ?

Les pièces imprimées en résine offrent la meilleure résolution, la plus grande précision, les détails les plus nets et les finitions de surface les plus lisses de toutes les technique d impression 3D, mais au prix de las étapes de post traitement associée à l'enlèvement du matériau.

En outre, ces dernières années, les fabricants de matériaux ont mis au point de nouveaux procédés pour produire de nouveaux types de résines présentant un large éventail de propriétés optiques, mécaniques et thermiques comparables à celles des thermoplastiques classiques, avec des applications de plus en plus inédites pour l'impression industrielle et technique.

Avec l'amélioration de l'impression 3D en résine, la façon dont les entreprises fabriquent les prototypes et les produits change. Comme la technologie devient moins chère et plus facile à utiliser, et que le matériel et les matériaux s'améliorent pour répondre aux besoins et aux opportunités du marché, les concepteurs, les ingénieurs et les autres professionnels intègrent la technologie dans leurs flux de travail tout au long du processus de développement.

Les professionnels de toutes sortes de domaines utilisent ce procédé d'impression 3D haute résolution et haute précision pour le prototypage rapide et des productions, améliorer les processus de production et même élaborer des modèles commerciaux entièrement nouveaux.

Enfin, ce procédé d'impression 3D de haute qualité peut désormais être utilisé pour produire des prototypes entièrement fonctionnels, même avec certaines résines standard, et peut enfin concurrencer le moulage par injection pour les petites séries.

 

COMMENT FONCTIONNE UNE IMPRIMANTE À RÉSINE ? QUELLES SONT LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES DE STÉRÉOLITHOGRAPHIE ?

Les imprimantes 3D en résine sont classées en trois macro-catégories : SLA, DLP et MSLA. Pour les comparer, lisez la suite:

 

1. COMMENT FONCTIONNE LA TECHNOLOGIE SLA?

La stéréolithographie (SLA) est la méthode la plus traditionnelle d'impression 3D. Elle fonctionne en exposant une couche de résine liquide photosensible à un faisceau laser UV; la résine se solidifie pour former le modèle souhaité et l'objet est créé couche par couche jusqu'à ce qu'il soit terminé. Cela permet d'imprimer un modèle avec un excellent niveau de détail.

La qualité de cette technologie varie fortement en fonction du type d'imprimante. Bien que cette technologie ait évolué, elle est en train de devenir obsolète en raison de sa lenteur, car le faisceau laser doit dessiner chaque couche individuelle comme un crayon, et du volume d'impression limité dû à l'ovalisation du point laser sur les bords de la construction. En réalité, on a essayé de surmonter le problème de la taille du plan d'impression en insérant deux lasers ou plus, ce qui n'empêche toutefois pas qu'une ligne de couture soit visible sur les pièces réalisées sur tout le plan.

 

2. COMMENT FONCTIONNE LA TECHNOLOGIE MSLA?

MSLA (Masked Stereolithography) est encore de la stéréolithographie, mais alors que la technologie SLA utilise un laser pour suivre les couches et est généralement réservée aux applications industrielles en raison de son coût élevé, MSLA polymérise une couche complète simultanément à l'aide d'un réseau de LED ultraviolettes (UV) et d'un écran LCD. Initialement limitée par la faible luminosité des écrans LCD et leur faible résolution, elle remplace aujourd'hui la technologie SLA en raison de la grande amélioration des écrans LCD et des vitesses d'impression jusqu'à 20 fois plus rapides pour des résultats de qualité comparable.

 

3. COMMENT FONCTIONNE LA TECHNOLOGIE DLP?

Le traitement numérique de la lumière (DLP) a constitué une étape évolutive intermédiaire entre les technologies SLA et MSLA. Cette technologie est intrinsèquement plus rapide que la SLA : une couche de matériau durci peut être produite en quelques secondes et transférée rapidement pour permettre l'impression de la couche suivante. Les imprimantes 3D DLP durcissent la résine liquide à l'aide de lampes à arc plutôt que d'un faisceau laser UV, ce qui accélère considérablement la production, sans toutefois atteindre les niveaux des dernières imprimantes MSLA.

MSLA vs SLABy Dsazer25 - Own work, CC BY-SA 4.0,

 

5 BONNES RAISONS DE CHOISIR L'IMPRESSION 3D EN RÉSINE :

Les ingénieurs, les concepteurs, les fabricants et autres professionnels adorent l'impression 3D en résine car ils peuvent produire des pièces aux détails fins, aux surfaces lisses et au plus haut niveau de précision et d'exactitude, ainsi que des propriétés mécaniques telles que l'isotropie, l'imperméabilité et la polyvalence des matériaux. Mais mettons les avantages dans l'ordre :

 

1. ISOTROPY

Étant donné que l'impression 3D crée des pièces en superposant des couches de matériau, les performances mécaniques peuvent dépendre de la façon dont la pièce est orientée par rapport au processus d'impression, et les axes X, Y et Z peuvent avoir des propriétés différentes.

Les imprimantes 3D en résine produisent des pièces qui réduisent considérablement ce problème. Dans ce cas, l'isotropie d'une pièce dépend d'un certain nombre de facteurs qui peuvent être étroitement contrôlés en combinant la chimie du matériau avec le processus d'impression. Au cours de ce type de processus d'impression, les pièces en résine forment des liaisons covalentes qui améliorent les performances dans l'axe vertical.

Ces liaisons rendent la pièce isotrope et imperméable lorsqu'elle est complètement durcie. Au niveau atomique, les plans X, Y et Z sont les mêmes. Ainsi, les pièces fonctionnent toujours de la même manière, ce qui est important pour des éléments tels que les gabarits et les montages, les pièces d'utilisation finale et les prototypes fonctionnels.

impression 3d résine exemple

 

2. L'ÉTANCHÉITÉ

Les objets imprimés en 3D en résine sont d'une seule pièce, même s'ils comportent des parties solides ou des canaux. Cette capacité à empêcher l'eau d'entrer est importante pour les tâches d'ingénierie et de fabrication qui impliquent le contrôle et la prévision du flux d'air ou de fluide. Les ingénieurs et les concepteurs tirent parti de cette propriété importante pour résoudre les problèmes liés, par exemple, à l'écoulement de l'air et des fluides dans les automobiles ou dans la recherche biomédicale et les produits de consommation tels que les appareils de cuisine.

impression 3d résine exemple

 

3. PRÉCISION ET TOLÉRANCE

L' impression resine 3D est utilisée dans des secteurs tels que la dentisterie et la fabrication classique pour produire des pièces précises et exactes. Pour que le processus d'impression produise des pièces précises et exactes, il est non seulement nécessaire de disposer d'une imprimante adaptée, mais aussi de contrôler soigneusement les températures de production et la qualité de la résine.

L'observation minutieuse de ces paramètres avec l' impression 3D resine permet d'obtenir la précision et les tolérances les plus élevées de toutes les technologies d'impression 3D du marché.

Grâce au réservoir de résine chauffé et à l'environnement d'impression fermé, il est facile de garantir que toutes les impressions sont pratiquement identiques. Par rapport aux technologies utilisant des thermoplastiques qui font fondre la matière première, l'impression à basse température garantit également une plus grande précision. En fait, la stéréolithographie utilise la lumière au lieu de la chaleur, de sorte que le processus d'impression se déroule pratiquement à température ambiante, ce qui réduit considérablement les problèmes de dilatation et de contraction thermiques typiques des autres technologies.

impression 3d résine exemple

 

4. DÉTAIL ET SURFACE LISSE

Lorsqu'il s'agit de produire des surfaces lisses, la technologie stéréolithographique est sans doute la meilleure, et les pièces donnent souvent l'impression d'être fabriquées par des méthodes traditionnelles telles que l'usinage, le moulage par injection et l'extrusion.

La qualité de surface des résines est donc très bonne pour les applications nécessitant une finition lisse, et cet excellent point de départ facilite et accélère également les traitements ultérieurs, tels que le ponçage, le polissage ou la peinture des pièces.

Mais quelle est la relation entre la résolution réelle et le résultat final ? En général, la résolution d'une imprimante 3D est mesurée par la hauteur de couche sur l'axe Z. Dans les imprimantes à résine, elle peut aller de 5 à 300 microns, et généralement un compromis entre vitesse et qualité est recherché autour de 100 microns.

Les imprimantes FDM et SLS impriment généralement des couches sur l'axe Z d'une épaisseur comprise entre 100 et 300 microns, mais sachez qu'une pièce produite à 100 microns sur une imprimante FDM ou SLS aura un aspect bien pire qu'une pièce de 100 microns imprimée sur une imprimante SLA.

Comme les parois du périmètre extérieur d'une résine SLA imprimée en 3D sont droites et que la nouvelle couche produite interagit avec la couche imprimée précédemment, l'effet d'écaillage est atténué, ce qui donne à une impression SLA une surface plus lisse dès sa sortie de l'imprimante. Les impressions FDM ont tendance à avoir des couches faciles à voir, tandis que les impressions SLS ont une surface granuleuse où la poudre a été frittée.

impression 3d résine exemple

 

5. VERSATILITÉ

Il est passionnant de travailler avec des résines, car il existe tellement de propriétés différentes qui offrent des solutions infinies à ceux qui ont la patience et la persévérance de les chercher. Les résines utilisées dans le monde de l'impression 3D peuvent être souples ou dures, remplies d'une grande variété d'autres matériaux tels que le verre ou la céramique, ou présenter des propriétés mécaniques telles que la déviation à haute température ou la résistance aux chocs.

Les matériaux utilisés dans le prototype peuvent être spécifiques à un secteur, comme dans le cas des résines dentaires, ou peuvent être adaptés à différents secteurs en général. Ces matériaux sont fabriqués de telle sorte qu'ils sont polyvalents et performants même lorsqu'on leur demande des performances nouvelles et innovantes.

Dans certains cas, les entreprises fabriquent les pièces en interne, mais de plus en plus pour des applications individuelles, car de nombreuses entreprises ont réalisé que le savoir-faire pour toutes ces différentes solutions peut être plus coûteux qu'un service d'impression 3D en résine qui fournit des pièces de qualité constante sans trop de temps d'arrêt.

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BIBLIOGRAPHIE

Photo-curing 3D printing technique and its challenges - science direct

Advances in SLA/DLP 3D printing materials and processes - green chemistry

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