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

ABS

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 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

Lissage

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.

Caractéristiques techniques

Taille maximale des pièces

500 x 500 x 500 mm

Précision et tolérance

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

Épaisseur de couche

100 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