Conclusion sur mes recherches

J'ai d'abord commencé mes recherches sur la toile, n'ayant pas trouver grand chose à part quelques informations sur wikipédia qui n'étaient pas completes je me suis donc tourné à la Bu de Saint nazaire , en trouvant quelques informations utiles mais pas très détaillées. J'ai donc changé de méthode de recherche sur le net et avec beaucoup de patience, ainsi qu'un traducteur automatique pour les sites internets anglais j'ai donc trouvé ce qu'il me fallais, je peux valider google est mon ami !
Par ailleurs l'an dernier j'ai eu l'occasion d'utiliser une imprimante 3d pour la réalisation d'un projet. Je me suis donc déplacé au près de mon ancien professeur afin qu'il me donne des informations que je n'aurais pas trouvé sur le net ou sur wikipédia. Pour les news j'ai été tout naturellement sur le site Industrie.com

J'espère que mon Blog vous aura plut en espérant ne pas avoir été trop schématique en simplifiant les techniques utilisées.

Merci de votre attention.

Dernières Nouvelles dans le secteur

- Le dernier gros évenement qui a fait parlé de lui, est l’arrivé de HP dans le secteur de la 3D . Irruption en janvier 2010, épaulé et en alliance avec le geant Stratasys l’imprimante HP Design Jet3D devrait changer la donne dans le monde de la 3D .

- Deuxième évenement mais qui reste un grand pas c’est l’arrivée de la couleur dans le prototypage qui se rapproche de la perception du design de l'objet fini.

Les principaux acteurs et fournisseurs

D'après une étude de Wholers Associates, il y aurait 4 principaux fournisseurs :
- Stratasys serait le leader avec un tiers des ventes (notons au passage que stratasys est reconnu pour avoir permis l’avancée de l’évolution du secteur. Stratasys

- Z Corporation est le challenger
- 3D systems et Objet Geometries sont 2 derniers « Geants ».

Mais à la deuxième place des ventes ( c'est-à-dire envions 17% des ventes totales unitaires) nous retrouvons Bits From Bytes qui fabrique et commercialise des kits et des imprimantes libres entre 1 300 et 3 900 dollars

Il reste cependant quelques marques d’imprimantes petit format qui tendent à s’imposer dans le secteur et qui ont le mérite d’être cités ; parmis eux les 2 gros leaders, Kallisto & Dimension .

Gamme de prix

Comme nous avons pu le voir plus haut, les techniques de prototypage diffèrent ainsi que la complexité , donc le prix en patie forcément. Aujourd’hui la vrai raison d’un prix élevé est la précision de l’objet fini. Ainsi les imprimantes dites bas de gamme en kit ou montables soit même sont très abordables , 350 euros pour la moins chère (Fabrication personnelle), ou compter environ 1000 € pour une Extru 3D de Multistation, livrée en kit à assembler. Mais en contrepartie elles affichent une faible résolution (400 µm). Pour la production de prototypes de haute qualité, il faudra compter cependant un budget de 20 000 à 50 000 €.

Les Formats des imprimantes

La plupart des imprimantes 3D tendent à s’étendre vers un format dites de bureau, en effet le luxe est de pouvoir créer sa pièce et d’en faire un prototype à porté de main. C’est notamment le cas pour les imprimantes FDM. Leurs dimensions sont comparables à un petit réfrigérateur pour les plus petites et un grand réfrigérateur pour les grands modèles FDM.

Pour les imprimantes aux techniques plus anciennes (SLA , SLS ..) on obtient des formats de machine un peu plus conséquent de la grandeur de commandes numériques moyennes.

Pourquoi pas des imprimantes 3D très grand format ? On peut comprendre qu’il n’y a pas grand intérêt d’avoir des imprimantes très grands formats , il existe des fraiseuses numériques pour cela. De plus les coûts de productions ne seraient peut-être plus compétitifs.

Les Options d’impression

Il faut bien comprendre qu’il éxiste deux types de pièces : la première concerne les pièces pleines donc entièrement faites avec de la matière, dans ce cas la partie dite "pleine" est remplie de façon "nid d'abeille" pour gagner et économiser la matière. La deuxième famille concerne les pièces creuses exemple un cône . Pour cette deuxième partie de pièces il est impossible de former de la matière sur du vide, on utilise donc une matière plastique qui comble le vide . Pour mieux comprendre comment on peut réaliser cette deuxième partie de pièces voici un schéma :

Une fois l’impression de la pièce réalisée, il faudra tremper la pièces dans une solution chimique afin de décoler les deux matières plastiques qui auront eux l’occasion de se coller lors de l’impression

Transferts

Avant de réaliser une pièce quelconque sur imprimante 3D il faut imaginer qu’il y a eu plusieurs étapes préliminaires, voici un schéma récapitulatif :

Conception sur outil informatique (Catia, SolidWorks)

Enregistrement au format STL.

Transfert du dossier STL sur le logiciel de l’imprimante 3D, cela permet de décider du nombre de réalisations à faire, l’emplacement des pièces sur la plateforme support afin de gagner du temps d’usinage ( grâce au gain de temps sur les allez retour plus courts).

"Imprimer"

Une nouvelle donne sur le marché :

La nouvelle révolution :

Depuis peu une nouvelle révolution dans le monde de l’impression 3D a fait son apparition : L’imprimante réalisable chez soit à faible coût « RepRap ». On aura donc compris que le gros avantage de cette nouvelle révolution est le prix de revient très accessible pour un particulier.

Pour réaliser cette imprimante il faut comprendre que cette machine est basée sur le concept « Open source » c'est-à-dire que les plans de fabrication ainsi que les logiciels pour s’en servir sont donc gratuits et à disposition de n’importe qui.

Mais la plus grosse évolution notable et importante est bien entendu la base du concept qui est d’avoir une machine conçue pour être « autoréplicative ». En effet cette imprimante a la particularité d’être capable de produire des pièces pour fabriquer sa petite soeur jumelle ou des pièces de rechange. On peut donc comprendre que ce système est exponentiel et que la réplique est infinie. A noter que bien évidement le reste des pièces dites spécifiques (exemple roulements, courroies, cartes électroniques) sont facilement procurable dans le commerce.

La structure de cette imprimante est la réplique de la méthode FDM c'est-à-dire la même partie mécanique qu’une mini fraiseuse. Le mouvement des axes ce fait tout naturellement aussi par des moteurs pas à pas commandés par un module. Comme énoncé plus haut la méthode utilisée (FDM) est la dépose de filament de résine de diamètre 3mm fondu via un diffuseur spécifique. La grosse différence avec les imprimantes dites « traditionnelles » utilisant la même technologie est qu’il n’y a pas de cartouche de recharge. Une bobine de filemant est amené au diffuseur chauffant (buse) via une vis sans fin.

A quel Prix ?

Deux solutions se présente au particulier, la première est l’achat de ce type d’imprimante en kit, cela coutera aux alentours de 2000 $, avec une option de pouvoir choisir exactement l’imprimante qui répond à nos besoins, compter alors entre 500 à 1000 $ , cette solution est simple et prête à l’emploi mais c’est un investissement pour un particulier. La deuxième solution est la réalisation complète de cette machine en tachant de suivre attentivement les instructions et mode d’emploi fournis sur le site (http://reprap.org/). A noter que des connaissances en mécanique, électronique ainsi que la maitrise de l’anglais et apporter un soin particulier à la réalisation sont indispensables pour mettre ce projet à terme. Cette seconde méthode a un avantage considérable : le coût , environ 350 euros, ca vaut le coup de faire quelques concessions pour les non bilingues =) !

MJM (Modelage à Jets Multiples)

Cette technique ressemble énormément en apparence au principe d’une imprimante laser classique. Cette technique consiste comme les autres à déposer une couche de résine (du plastique type acrylate ou polypropylène) liquide de la même manière qu'une imprimante à jet d'encre avec une épaisseur de 2/100 à 4/100 de mm. La matière est chauffée comme pour la méthode FDM. Cette technique est déposée et fabriquée par 3D Systems et distribuée en France par le fournisseur Kallisto

Voici en détail l’ordre chronologique de cette technique :

1- Comme les autres techniques on vient dans un premier temps déposer la résine, en l’occurance ici par jet de résine très fin. Contrairement aux autres, un seul passage est nécessaire pour fixer et durcir la résine.

SLS (Selective Laser Sintering) : Frittage de poudre par laser

Cette technique de frittage de poudres par laser a vue le jour en 1989, elle est fréquemment utilisée pour la fabrication de pièces compliquées qui servent à faire des essais en charge. Les pièces obtenues sont donc plus solides que celles réalisées à l’aide de la SLA . La technique de réalisation se fait à l’aide de plastique en poudre de type polymères thermo-fusible classiques (Polyamides,PMMA, élastomères, poudres métalliques, cires ou sable de fonderie) . Pour mieux comprendre le principe de ce prototypage en voici l’odre chronologique :

1- Une couche de « plastique » en poudre est déposée sur une plateforme prévu à cette effet l’épaisseur de cette couche est comprise entre 0,2 et 0,07 mm.

2-La deuxième étape consiste à projeter un faisceau laser sur la surface poudreuse, via un jeu de miroir. Le mouvement de ces miroirs agit en fonction des données fournies par les logiciels de CAO qui interprètent donc les formes. Sur son passage, le laser fond la poudre et seule la région balayée est solidifiée

1- 3- Une fois la phase de solidification terminée, un rouleau d’alimentation additionne une nouvelle couche de poudre uniformément sur la surface préalablement réalisée. L'empilement des couches permet d'obtenir une pièce tridimensionnelle.

1- Une fois toutes les couches de matière nécessaires déposées la poudre superflux est alors enlevée par un système de récupération. Ce procédé permet de générer des pièces sans contrainte de forme du fait de l'absence de support. La poudre non frittée peut être en grande partie réutilisée.

inconvénient: Coût assez onéreux , et format d'imprimante trop grand pour être installé dans un bureau:

Petite video Illustrant cette technique:

La FDM (Fused Deposition Modeling)

Cette technique de « fusion » consiste à faire chauffer une résine généralement du plastique (ABS et polycarbonate dérivé pour la majorité des cas) au préalable dans un réservoir métallique qui est mis sous haute température (aux alentours des 280°), il permet notament une meilleur circulation du plastique dans les conduits. La mise en place se fait par cartouche de matière, pour l’abs par exempe, la cartouche de recharge est constituée de bobine de filamant. Une fois la matière sous température elle est déposée sous forme de petit fil de plastique en fusion via une buse une dans une enceinte chauffé à 93° (Température permettant à la matière de rester assez dur pour pouvoir rajouter de la matière dessus et assez chaude pour avoir la propriété de coller). La précision de ce « fil » de résine est d'un diamètre de l'ordre du dixième de millimètre. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par re-fusion sur ce qui a été déposé au préalable.

Pour bien visualiser le principe de cette imprimante 3D il faut comprendre que celle-ci fonctionne comme une imprimante traditionnelle à l’exception d’avoir un axe de translation vertical. Les moteurs utilisés pour les axes X,Y et Z sont des moteurs pas à pas. En voici une illustration 3D

Voici un exemple de modèle d’imprimante 3D du constructeur Dimension : (Petit Modèle)

A noter que la réserve métalique n’est pas représentée ici, il s’agit uniquement de l’imprimante ou plutôt l’enceinte chauffante avec la buse d’impression.

Video d'illustration du fonctionnement par dépose de couche :

SLA (Stéréolithographie)

La principe de la SLA est considéré comme le plus ancien principe d’impression 3D. Il à donc dominé le domaine du prototypage rapide pendant quelques années du fait de son prix de revient moins élevé, avant d’être détrôné par les nouvelles imprimantes 3D de bureau.

La technique de réalisation ce fait en générale avec une résine spéciale qui a la propriété d’être sensible aux ultra-violet appelée résine liquide photo-sensitive. Pour mieux comprendre le principe en voici l’odre chronologique :

1- L’imprimante 3D viens déposer selon le profil demandé la première couche de résine sur un plateau support, cela forme donc une première couche de resine dite « molle »

2- Vient donc en deuxième étape le rôle de la lampe à ultra violet qui agit sur la résine pour la durcir.

3- La résine étant dure le plateau support vient donc descendre de quelques dixièmes de cm afin de recommencer la dépose de résine

La plateau descend au fur et à mesure de la polymérisation d'une couche. Mais la SLA éxige d'être installée en atelier et dégage beaucoup de bruits, d'odeurs et de déchets. Les nouvelles technologies d'impression 3D, quant-à elles, peuvent s'installer dans un bureau et s'affranchissent des contraintes de la SLA.

Les différentes Méthodes d’impression

Plusieurs technologies co-existent et diffèrent selon leurs destinations ils en existent 4 qui domines le marché. Plusieurs critères peuvent conditionner le choix d'une imprimante 3D, comme par exemple la dimension du bac d'impression et donc de l'objet pouvant être réalisé. A noter qu'un grand plateau permettra de réaliser plusieurs petits objets en même temps (réduction des coûts). Mais la précision est un critère à ne pas négligée, il est primordial si on désire réaliser des pièces fonctionnelles. De nos jours les imprimantes haut de gamme atteignent des précisions allant de 100 à 200 µm.

Voici en détail la première technologie qui me parait la plus importante :

Principe de Fonctionnement :

Tous les principes de fonctionnement opèrent differemment, c’est pour cela qu’il n’y a pas un et unique principe de fonctionnement pour les imprimantes 3D. On peux tout de même résumer cette technique à la formation de superposition de matière plastique (exemple résine polyamide, abs, etc..).

Avantage de cette technologie ?

L’impression 3d comme évoquée plus haut est une technique de prototypage rapide pour les entreprises (élargie aux particuliers depuis peu grâce aux coûts assez bas), en quelques heures elles peuvent avoir une simulation de pièces sur mesure afin d’analyser celle-ci (visualisation de projet, vérification d’ergonomie, etc …), ce qui metterait des semaines à faire faire par des sous traitants avec des prix onéreux (D'après l'armée américaine, l'impression 3D réduit de 97% les coûts de production; et de 83% le temps de production). A noter que la précision et les types de matériaux augmenteront à l'avenir avec des techniques plus avancées. Selon plusieurs spécialistes du domaine , le prototypage rapide est en passe de devenir une technique de fabrication à part entière et part à l'assaut des services de conception, de marketing et même de production pour des petites séries. (Donc réduction des coûts)

Histoire

Après de nombreuses recherches sur internet et à la bibliothèque universitaire de Saint-Nazaire j’ai vite compris que je n’obtiendrais pas la date ni d’information sur la première imprimante 3D en cherchant par ces mots clés. J’ai donc orienté ma recherche sur le développement et la technologie qu’utilisait les imprimantes 3D, j’ai donc trouvé le principe de la Stéréolithographie. Cette technologie ansi appelée sert à faire du prototypage rapide à partir d’un fichier numérique, dont j’expliquerai le principe plus bas. On estime donc que ce développement industriel de cette technique date des années 80 et à été initié aux Etats-Unis.

Bonjour Mr Suez et bienvenu sur mon Blogspot

Technologie de Demain ... Les Imprimantes 3D

Sujet : Imprimante 3D du plus petit au plus grand format (Fournisseurs, Utilisateurs, Caractéristiques...)

SOMMAIRE:

-Histoire/Historique de la technique de prototypage rapide
- Avantages de cette technologie ?

- Le principe de fonctionnement

- Les différentes méthodes d'impression
1 - SLA
2- FDM
3- SLS
4- MJM

- Une nouvelle donne sur le marché
1- La nouvelle révolution
2- A quel prix ?

- Transferts

- Les options d'impressions

- Les formats des imprimantes

- Gamme de prix

- Les principaux acteurs & fournisseurs

- Dernières news

- Méthodologie de recherche