IMPRESSION 3D

Impression 3D FDM

L’impression 3D FDM (ou dépôt de fil fondu) est une technologie de fabrication additive idéale pour la production de prototypes et de pièces complexes à moindre coût.

Qu’est-ce que l’impression 3D FDM ?

L’impression 3D FDM est le procédé additif le plus populaire. Il repose sur l’extrusion par une buse d’un filament de plastique chauffé, qui est déposé couche par couche pour former une pièce.
L’impression 3D FDM est la solution la moins onéreuse mais aussi la moins précise, elle est donc idéale pour le prototypage rapide et la réalisation de maquettes.

Impression 3D FDM (dépôt de fil fondu)

Avantages de la technologie FDM

Prix modérés
Large gamme de matériaux
Pièces solides et durables
Délais courts

Applications de la technologie FDM

Prototypage rapide
Pièces fonctionnelles complexes
Maquettes

Comment fonctionne l’impression 3D FDM ?

Le fonctionnement de la technologie FDM (dépôt de fil fondu ou FFF) est relativement simple. Voici les principales étapes pour obtenir une pièce à l’aide d’une imprimante 3D FDM :

1. La pièce à produire est tout d’abord modélisée en 3D grâce à un logiciel de conception 3D (CAO) comme SolidWorks, Tinkercad ou Fusion 360. Le modèle 3D obtenu est enregistré dans un format adapté (STL, STP ou OBJ) puis découpé en de multiples tranches, soit par le logiciel de l’imprimante 3D FDM, soit par un logiciel spécifique appelé slicer (ex. : Cura).
On procède ensuite au paramétrage de l’impression 3D FDM (taux de remplissage, vitesse d’impression, épaisseur de couche, température, génération des supports d’impression, etc.) ainsi qu’au chargement d’une bobine de filament plastique sur l’imprimante 3D FDM. L’impression est dès lors prête à être lancée.

2. Le filament de matière est chauffé puis extrudé par une buse d’extrusion qui se déplace sur les axes x et y en suivant le modèle 3D. Ce filament thermoplastique fondu se solidifie en refroidissant pour former progressivement l’une des couches composant la pièce. Après l’impression d’une couche, l’extrudeur (ou le plateau d’impression pour certaines imprimantes 3D FDM) se déplace verticalement (axe z) de la hauteur d’une couche. Une nouvelle strate de filament fondu est alors déposée. Cette opération est répétée pour chacune des couches du modèle 3D jusqu’à l’impression complète de la pièce.
Des supports d’impression peuvent également être imprimés afin de soutenir les parties susceptibles de s’affaisser durant l’impression.

3. Une fois l’objet intégralement imprimé, l’impression 3D FDM nécessite généralement une phase de post-traitement. Pour obtenir un bon aspect de surface, il est effectivement préférable de nettoyer, lisser ou poncer la pièce finie. Cette étape permet également de corriger d’éventuels défauts mineurs, de retirer ou dissoudre les supports d’impression et de réduire l’aspect strié des pièces imprimées par fabrication additive FDM. C’est aussi le moment d’apporter les dernières modifications à la pièce : vernissage, coloration, métallisation, assemblage, etc.

Matériaux et finitions disponibles en impression 3D FDM

Matériaux disponibles

L’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) est un polymère thermoplastique reconnu pour sa résistance aux chocs, ses bonnes propriétés mécaniques et son prix abordable. Ses qualités font de l’ABS l’un des matériaux les plus couramment utilisés en impression 3D par dépôt de fil (FDM).

Matière idéale pour le prototypage rapide, l’ABS permet d’obtenir des pièces opaques d’un bel aspect de surface (brillant et lisse) dans une large gamme de couleurs.

L’acrylonitrile styrène acrylate (ASA) est un thermoplastique dont les propriétés mécaniques sont proches de celles de l’ABS. Mais en plus d’être aussi robuste que l’ABS, l’ASA présente également une bonne résistance aux produits chimiques, à l’humidité ainsi qu’aux UV.

C’est pourquoi l’ASA est particulièrement recommandé pour la production de pièces devant affronter des conditions défavorables, notamment en extérieur.

Plus couramment appelé nylon, le polyamide (PA) est un thermoplastique idéal pour la production de pièces fonctionnelles.
Les pièces imprimées en PA présentent effectivement d’excellentes propriétés mécaniques ainsi qu’une bonne résistance chimique et à l’abrasion.

S’il existe différents types de nylon (PA), ce sont toutefois le PA6, le PA11 ainsi que le PA12 que l’on retrouve le plus souvent en fabrication additive.

Le PETG un copolymère issu d’une modification du PET (polyéthylène téréphtalate), un thermoplastique très utilisé, notamment dans l’industrie textile et pour la production d’emballages alimentaires.

Caractérisé par ses bonnes propriétés mécaniques et sa simplicité d’impression, le PETG peut être considéré comme un bon compromis entre le PLA et l’ABS.

Le PLA (acide polylactique) est l’un des thermoplastiques les plus populaires en impression 3D FDM. Il s’agit d’un bioplastique d’origine végétale (maïs, canne à sucre, betterave, etc.) qui a aussi l’avantage d’être biodégradable.

Facilement imprimables avec une imprimante 3D FDM, les filaments de PLA sont disponibles dans une large gamme de couleurs et pour un prix très abordable.
Le PLA est toutefois peu résistant, il convient donc plutôt à la production de prototypes non fonctionnels et de pièces de décoration.

Idéal pour l’impression 3D FDM de pièces flexibles, le TPU est un élastomère thermoplastique (TPE), et plus particulièrement un polyuréthane.

D’une dureté Shore généralement comprise entre 85A et 95A, l’élasticité du TPU en fait un matériau similaire au caoutchouc qui est adapté à la réalisation de pièces souples et résistantes à l’abrasion.

Finitions disponibles

Post-traitement très courant en impression 3D FDM, le lissage permet d’obtenir des pièces aux surfaces brillantes et lisses. Il est également utile pour réduire voire supprimer l’aspect strié des pièces réalisées à l’aide d’imprimantes 3D FDM.

Le lissage s’effectue le plus souvent par exposition de la pièce imprimée à de la vapeur d’acétone.

L’utilisation de la peinture peut être utile pour apporter des détails à une pièce imprimée en 3D, notamment lorsqu’il s’agit d’un prototype visuel.

La peinture peut être appliquée à l’aide d’un spray ou bien au pinceau après l’application d’un apprêt, et elle est compatible avec une grande variété de matériaux.

L’objectif du polissage est d’apporter davantage de brillance à une pièce sortant d’une imprimante 3D FDM. Cette finition est réalisée le plus souvent après une première étape de ponçage.

Le polissage d’une pièce peut s’effectuer à l’aide de multiples outils : chiffon à polir, meule de polissage, etc.

Le ponçage est un post-traitement simple mais chronophage qui a pour but de réduire la rugosité d’une pièce et d’améliorer son état de surface.

Le ponçage s’effectue manuellement à l’aide de papier de verre aux grains de plus en plus fins.

Imprimantes 3D FDM disponibles

L’imprimante 3D INDUSTRY F421 de 3DGence est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 380 x 380 x 420 mm avec une épaisseur de couche minimale de 50 µm.

L’imprimante 3D CR-10S Pro V2 de Creality est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 300 x 300 x 400 mm avec une épaisseur de couche minimale de 100 µm.

L’imprimante 3D Strateo3D DUAL600 d’eMotion Tech est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 600 x 420 x 500 mm avec une épaisseur de couche minimale de 100 µm.

L’imprimante 3D i340 d’iBridger est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 430 x 445 x 585 mm avec une épaisseur de couche minimale de 50 µm.

L’imprimante 3D Method X de MakerBot est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 190 x 190 x 196 mm avec une épaisseur de couche minimale de 20 µm.

L’imprimante 3D BIG-180X de Modix est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 1800 x 600 x 600 mm avec une épaisseur de couche minimale de 50 µm.

L’imprimante 3D i3 MK3S+ de Prusa est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 250 x 210 x 210 mm avec une épaisseur de couche minimale de 50 µm.

L’imprimante 3D N2 Plus de Raise3D est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 305 x 305 x 610 mm avec une épaisseur de couche minimale de 10 µm.

L’imprimante 3D Pro2 de Raise3D est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 305 x 305 x 300 mm avec une épaisseur de couche minimale de 10 µm.

L’imprimante 3D Pro3 Plus de Raise3D est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 305 x 305 x 605 mm avec une épaisseur de couche minimale de 10 µm.

L’imprimante 3D F170 de Stratasys est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 254 × 254 × 254 mm avec une épaisseur de couche minimale de 127 µm.

L’imprimante 3D F370 de Stratasys est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 355 × 254 × 355 mm avec une épaisseur de couche minimale de 127 µm.

L’imprimante 3D F770 de Stratasys est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 1000 x 610 x 610 mm avec une épaisseur de couche minimale de 178 µm.

L’imprimante 3D Ultimaker 2 Extended+ d’Ultimaker est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 223 × 223 × 305 mm avec une épaisseur de couche minimale de 20 µm.

L’imprimante 3D S3 d’Ultimaker est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 230 x 190 x 200 mm avec une épaisseur de couche minimale de 20 µm.

L’imprimante 3D S5 d’Ultimaker est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 330 x 240 x 300 mm avec une épaisseur de couche minimale de 20 µm.

L’imprimante 3D Stream 30 Dual MK2 de Volumic est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 280 x 200 x 300 mm avec une épaisseur de couche minimale de 25 µm.

L’imprimante 3D Stream Ultra de Volumic est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 295 × 200 × 300 mm avec une épaisseur de couche minimale de 25 µm.

L’imprimante 3D M200 de Zortrax est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 200 x 200 x 180 mm avec une épaisseur de couche minimale de 90 µm.

L’imprimante 3D M200 Plus de Zortrax est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 200 x 200 x 180 mm avec une épaisseur de couche minimale de 90 µm.

L’imprimante 3D M300 Plus de Zortrax est un modèle d’imprimante 3D FDM. Elle permet d’imprimer des pièces jusqu’à 300 x 300 x 300 mm avec une épaisseur de couche minimale de 90 µm.

Caractéristiques techniques

Taille maximale des pièces

1800 x 600 x 600 mm

Précision et tolérance

± 0,5% (limite inférieure de ± 0,5 mm)

Épaisseur de couche minimale

10 μm

Taux de remplissage

20% à 100%

Conseils de conception

Taille minimale des parois non supportées

0,8 mm

Taille minimale des parois supportées

0,8 mm

Taille minimale des détails

2 mm

Taille minimale des trous

2 mm