« L’usinage tridimensionnel facilite le traitement des polymères de qualité mécanique. De plus, contrairement aux techniques de fabrication rapide conventionnelles, elle permet de créer rapidement des prototypes et des pièces géométriques légères.
Dans l'industrie du travail du plastique, l'impression 3D est une technique de fabrication additive permettant de créer des conceptions 3D à partir de plans numériques 3D. Il permet aux professionnels du design de créer des prototypes esthétiques et fonctionnels pour tester les ajustements avant de lancer une production à grande échelle.
Il s'agit d'empiler couche par couche, guidé par un système CNC, pour créer une pièce tridimensionnelle en un minimum de temps. En règle générale, l’impression 3D est rapide et efficace pour créer des pièces de conception complexes. Il présente un immense potentiel pour perturber la logistique de fabrication et la gestion des stocks en constante évolution.
De plus, ses coûts de mise en place sont relativement inférieurs à ceux des techniques conventionnelles. En raison de sa précision et de son exactitude dimensionnelle dans l’industrie manufacturière, il a attiré une attention considérable dans tous les domaines, des conceptions architecturales aux prototypes de composants aérospatiaux.
Cet article traite des processus, des types et des applications industrielles d'impression 3D. Il couvre également les conseils nécessaires à la réussite d’un projet d’impression 3D.
Qu’est-ce que l’impression 3D ? Comment ça marche?
Impression 3D
L'impression 3D est une technique de fabrication additive permettant de créer des pièces ou des produits. Les illustrations virtuelles prédéterminées ou la représentation mathématique des surfaces 3D sont organisées dans des logiciels tels que MatterControl 2.0, Tinkercad, Blender, UVTools, WebPrinters et Ultimaker Cura. Après avoir finalisé la conception, les fichiers sont préparés pour l’impression. Ici, la conception est décomposée en la découpant en couches horizontales ou en couches verticales de 100 à 1000 3 secondes, en fonction de la configuration de la pièce. Ensuite, le modèle tranché est envoyé à l’imprimante XNUMXD.
Dans le processus d’impression 3D, la matière plastique est déposée en couches successives dans un ordre séquentiel jusqu’à la formation d’une pièce ou d’un produit. Ce processus est connu sous le nom d’extrusion de matériau. Ces imprimantes sont particulièrement compactes et relativement économiques pour produire des pièces en petits volumes ou en gros. De plus, les matériaux d’impression 3D élargissent leur gamme depuis les plastiques jusqu’aux polymères de qualité technique à faible coût. Ils nécessitent généralement un budget minimal pour leur infrastructure. L’un des principaux avantages est que l’impression 3D utilise moins de matériaux pour former des prototypes, contrairement aux méthodes conventionnelles. En plus de leurs capacités de conception de pièces, presque toutes les conceptions conceptuelles qui vous viennent à l’esprit peuvent être reproduites par une imprimante 3D standard. Une imprimante 3D standard de petite taille coûte généralement entre 300 et 400 dollars environ.
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Principales parties de l'imprimante 3D
Les imprimantes 3D sont synchronisées par diverses pièces fixes et mobiles pour développer les prototypes. Habituellement, les imprimantes 3D sont caractérisées par 5 composants principaux mentionnés dans le tableau ci-dessous ;
Tableau: Principales parties des imprimantes 3D
| Pièces | Fonctionnalités |
| Tête d'impression | Il s'agit d'un élément chauffant d'une imprimante 3D qui dépose ensuite des matières plastiques pour créer un produit. |
| Construire des plateaux | L’endroit où les conceptions réelles sont créées par chauffage ou non-chauffage dépend du type de technologie d’impression 3D prévu. |
| Contrôleur de mouvement | C'est la partie principale utilisée pour réguler le processus d'impression 3D. Il contient des utilitaires mécaniques, notamment : moteurs, courroies, vis et butées. |
| Carte mère | C'est la partie centrale qui contient les composants électriques. Il contrôle toutes les fonctionnalités des imprimantes 3D telles que : vitesse et quantité de dépôt de matière. |
| Source d'alimentation | L'alimentation électrique est utilisée pour alimenter toutes les pièces électriques des imprimantes 3D. |
Types d’impression 3D plastique
Voici quelques-uns des types de technologies d’impression 3D les plus courants, notamment :
- Stéréolithographie (SLA)
- Modèle de dépôt fondu (FDM)
- Frittage laser sélectif (SLS)
- Processus de lumière numérique (DLP)
- Polyjet
- Fusion multi-jets
Stéréolithographie (SLA)
Impression 3D SLA
SLA est présenté comme la première technologie d’impression 3D commerciale. Il utilise une cuve de cuverie d'un photopolymère liquide qui est initialement chauffé pour durcir ses couches suivantes dans le matériau de la pièce prévu.
SLA peut reproduire rapidement des prototypes détaillés haute résolution, des pièces complexes et des modèles pour le moulage à modèle perdu. De plus, il aide les concepteurs à façonner des composants détaillés exemplaires pour tester l’ajustement d’un produit d’ingénierie assemblé.
Tableau : Types de plastique utilisés dans les SLA et les applications
| Matières | Applications | Niveau de précision |
| Polypropylène, ABS et polycarbonates chargés de verre | Prototypes de gabarits, de montages et de modèles de moulage | 0.1 mm à 0.2 mm |
Modèle de dépôt fondu (FDM)
Impression 3D FDM
La modélisation par dépôt fondu fonctionne en faisant fondre un filament de plastique et en l'extrudant à travers une buse chauffante en couches séquentielles pour former un prototype de produit. La résolution et la précision dimensionnelle du FDM sont relativement inférieures à celles du SLA. De plus, il peut être sujet à des dommages après une longue exposition aux rayons ultraviolets.
En ce qui concerne la compatibilité des matériaux, il peut déposer divers thermoplastiques robustes sur des élastomères flexibles pour la fabrication d'articles. Il est largement utilisé pour façonner des modèles de validation de principe et des prototypes plus simples ou plus complexes.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Niveau de précision |
| PET, ABS, ETG, PLA | Il intègre des tests d'ajustement, des prototypes de gabarits, de montages et de modèles de moulage à modèle perdu. | 0.1 mm à 0.2 mm |
Frittage laser sélectif (SLS)
Pièces d'impression 3D en nylon SLS
Comme son nom l'indique, il fonctionne en frittant un laser sur une poudre thermoplastique résistante pour construire des prototypes destinés aux tests fonctionnels. Ce laser fait fondre la matière plastique et la fusionne couche par couche à travers une buse chauffante pour construire un produit. Le processus consomme méticuleusement tout le matériel pendant le processus. Habituellement, cela ne nécessite aucune structure de support lors du développement du produit. De plus, les pièces 3D fabriquées grâce au SLS sont plus résilientes et hautement stables dimensionnellement que les techniques de dépôt par fusion et SLA. De plus, les pièces acquièrent une résistance supérieure à celle des pièces moulées par injection.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Niveau de précision |
| Nylon 6, nylon 11, nylon 12 et polyamide 12 | Il intègre des tests d'ajustement, des prototypes de gabarits, de montages et de modèles de moulage à modèle perdu. | 0.1 mm à 0.2 mm |
Processus de lumière numérique (DLP)
Traitement numérique de la lumière
Le processus DLP ressemble à celui des SLA. Cela implique l’utilisation de sources lumineuses conventionnelles plutôt que de lumière laser. En général, le DLP est relativement moins cher et produit des pièces de meilleure qualité que le SLA. De plus, le processus est relativement rapide, car il imprime la pièce complète en une seule fois. En plus de la finition de surface, ces imprimantes produisent souvent des textures de surface très lisses pour les produits finaux.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Niveau de précision |
| Chlorure de polyvinyle, ABS, polypropylène | Attelles dentaires, ornements, amplificateurs et moulage de bijoux | 0.1 mm à 0.2 mm |
Fusion multi-jets (MJF)
Pièces imprimées multi-jets
Dans le processus, la fusion multi-jets est similaire au SLS, car les deux utilisent la puissance du nylon pour le développement de prototypes fonctionnels. Ces imprimantes 3D utilisent des groupes de jet d'encre sur de la poudre de nylon pour créer un produit couche par couche en fusionnant un élément chauffant. MJF aide à produire des produits finaux de couleurs variées et améliore la résolution des pièces prévues. De plus, la formation d’un produit prend un délai minimum et est notamment considérée comme une technique économique dans la technologie d’impression 3D.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Précision |
| PA 12 noir, polypropylène PA 12 40% chargé verre noir | Prototypes, dispositifs médicaux, soufflets, déflecteurs, gabarits et accessoires | 0.05 mm |
Polyjet
Polyjet fait référence à une technologie d'impression 3D traditionnelle dont le fonctionnement ressemble remarquablement à celui des imprimantes à jet d'encre classiques. Il fonctionne en déposant des photopolymères sur une plaque de construction en frittant la lumière UV pour former un produit. Les imprimantes 3D Polyjet sont moins chères que les SL et SLS. Les concepteurs de produits peuvent utiliser des polyjets, où des prototypes sont nécessaires pour tester les ajustements de conception initiaux d'un assemblage. De plus, ils peuvent forger des pièces multicolores et multi-matériaux.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Précision |
| Polypropylène, ABS, matériaux caoutchouteux, matériaux optiquement transparents | Surmoulage et prototypes élastomères | 0.1 mm |
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Technologies d'impression 3D métal
En outre Plastiques d'impression 3D, la technologie d’impression 3D est également compatible avec plusieurs métaux à haute résistance pour concevoir des prototypes fonctionnels ou des produits finaux. Les métaux les plus couramment utilisés sont l’acier inoxydable, l’aluminium, le cuivre, le tungstène et le titane. Voici les types d’impression 3D cohérents pour les métaux précités ;
- Fusion par faisceau d'électrons (EBM)
- Frittage laser direct des métaux (DMLS)
Fusion par faisceau d'électrons (EBM)
La fusion par faisceau d'électrons est un impression 3d métal processus. Comme son nom l'indique, il utilise un faisceau d'électrons à haute énergie pour fusionner la poudre métallique en couches homogènes ultérieures afin de former un produit selon les spécifications requises. Il fonctionne en créant un vide inférieur à 0.0001 mbar à l'intérieur d'une chambre d'impression. La température optimale requise pour fusionner le matériau est d'environ 600 à 700°C. ℃. Comparée à d’autres technologies d’impression 3D, l’EBM est rapide et rentable. De plus, il peut être utilisé comme substitut aux techniques d’usinage et de moulage CNC, car il produit des pièces très durables.
Tableau : Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Précision |
| Tantale, tungstène, vanadium et titane | Composants aérospatiaux, automobiles et médicaux | N/D |
Frittage laser direct des métaux (DMLS)
Le DMLS est une autre technique d’impression 3D métal. En comparaison avec le frittage laser direct des métaux Impression 3D vs usinage CNC, il offre plus de flexibilité, de répétabilité, de précision et de rapidité de production. De plus, il s’agit d’une option particulièrement efficace pour produire des prototypes complexes et détaillés. Généralement, il réduit les métaux et transforme des assemblages de pièces multiples en composants légers ou uniques.
Tableau: Matériaux et applications compatibles
| Matières | Applications | Précision |
| Acier inoxydable, aluminium, alliages de nickel et cuivre. Etc. | Prototypes aérospatiaux, automobiles et médicaux | 0.1 mm |
Additif contre. Fabrication soustractive
Additif contre. Fabrication soustractive
La fabrication additive ajoute de la matière en couches séquentielles pour créer un produit. La fabrication soustractive, en revanche, supprime de la matière des pièces existantes pour leur donner la forme souhaitée. Ces approches fondamentales sont largement utilisées dans les industries manufacturières en raison de la flexibilité et de la précision exceptionnelle du matériau. Au-delà de cela, ces techniques ont explosé en tant qu’options économiques pour les lots de gros volumes.
Bien qu’il existe de nombreuses techniques de fabrication, l’usinage CNC et l’impression 3D sont les deux plus largement adoptées en raison de leurs avantages polyvalents. Évaluons les distinctions entre eux ;
Tableau : Fabrication additive ou soustractive
| techniques | Fabrication soustractive | Fabrication Additive |
| Utilisation du matériel | Accueillir divers blocs solides, barres, tiges de plastiques, métaux | Des résines thermoplastiques, des matériaux à haute résistance, rigides, élastiques et coulables (semblables à de la cire) sont utilisés |
| Coûts d'outillage et de configuration | Coûts d’outillage plus élevés, mais coûts de configuration initiaux inférieurs. | Coûts d'outillage inférieurs, mais coûts de configuration initiale plus élevés, environ 2000 10000 $, 3 XNUMX $ pour les imprimantes XNUMXD de milieu de gamme. |
| Vitesse de production | Généralement plus lent et plus coûteux pour la production de grands volumes. | Comparativement, vitesse de production rapide et efficace pour les grandes séries de production. |
| Complexité de conception | Permet de créer des dessins géométriques complexes ; par exemple, des filetages, des trous, des vis et des cylindres | Il facilite également la création de conceptions complexes mais limitées à des pièces ou composants plus détaillés. |
| Précision | Tolérance environ 0.025 mm | Tolérance autour de 0.1 mm |
Relatif à: Usinage CNC et impression 3D : une comparaison approfondie
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Applications de l'impression 3D
La technologie d’impression 3D est très répandue dans plusieurs secteurs manufacturiers. Il est extrêmement utilisé dans les secteurs de l’aviation, de l’automobile, de la construction, de l’assurance-maladie, du prototypage et de la fabrication.
Aviation
Dans les secteurs de l’aviation et de la défense, la technologie d’impression 3D a introduit une manière précise de façonner les composants critiques des avions. Ces industries nécessitent des formes complexes et des pièces légères pour améliorer la fonctionnalité et les performances des divers composants du moteur. Par conséquent, les concepteurs et les fournisseurs OEM bénéficient de sa viabilité économique pour produire des pièces légères dans des délais courts. Quelques exemples incluent des supports, des supports, des pales de turbine et des cadres centraux, des prototypes fonctionnels et des composants structurels pour les systèmes de défense.
Automobile
L'impression 3D a fait exploser l'industrie automobile en fournissant un prototypage rapide et des composants légers, en particulier pour les automobiles de course. Les secteurs établis comme Mitsubishi and Chemical ou BASF ont déjà introduit la technologie d’impression 3D. Généralement, la modélisation des dépôts fondus est utilisée pour créer des prototypes d’impression 3D personnalisés et des pièces d’utilisation finale. Quelques exemples courants incluent les tableaux de bord d’automobile, les conduits de CVC, les bouches d’aération et les accessoires de prototypes de sièges intérieurs.
Prototypage et Fabrication
Prototypes imprimés en 3D
En comparaison à Impression 3D contre. Moulage par injection, la production des moules à injection prend généralement plusieurs semaines. Par conséquent, ces moules, en général, sont plus chers que l’impression 3D et coûtent entre 100 et 1000 3 dollars. Comme indiqué ci-dessus, le principal objectif de l’utilisation de l’impression XNUMXD est de créer des prototypes de formes complexes. Plus loin, Chats imprimés en 3D, esthétique des modèles complexes pour les consommateurs et les besoins architecturaux peuvent être réalisés grâce à l'impression 3D.
Ces techniques avancées peuvent produire des pièces en quelques heures seulement, tout en respectant un budget abordable. De plus, l’impression 3D personnalisée est idéale pour créer des prototypes destinés à tester et itérer les premières conceptions. Les techniques les plus rentables pour créer des prototypes sont le SLS et le DMLS.
Medicare
Structure osseuse imprimée en 3D
Dans le secteur de la santé, les imprimantes 3D sont utilisées pour concevoir des appareils orthopédiques et des implants pour couler des couronnes dentaires en métal. De plus, cela aide à fabriquer des outils et des structures d’échafaudage de structures humaines. Ces échafaudages fournissent aux cellules et aux tissus un cadre pour croître et régénérer les tissus. En outre, l’impression 3D personnalisée permet de reproduire des prothèses personnalisées et des appareils spécifiques au patient ; tel que; appareils auditifs et semelles orthopédiques. En plus de cela, les os, la peau, les tissus et les organes imprimés en 3D contribuent également aux soins du patient.
Technologie d'impression 3D pour la construction
Technologie d'impression 3D pour la construction
Les industries de la construction utilisent généralement des « imprimantes 3D de construction » pour la liaison électrique et les perspectives de pulvérisation. Ces imprimantes fonctionnent grâce à des extrudeurs à bras robotisés contrôlés et à des systèmes de portique pour créer en douceur des modèles de construction, de petites structures et des composants de construction. Au-delà de cela, l'impression 3D est une solution économique pour créer des modèles de construction plus complexes et améliorer l'intégration fonctionnelle en minimisant les déchets et les besoins en main d'œuvre.
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résumer
L'impression 3D offre plusieurs avantages dans la fabrication rapide de prototypes pour les composants médicaux, aéronautiques et automobiles. Cette technique de fabrication additive utilise plusieurs matériaux d'impression 3D, depuis les plastiques, les céramiques et les produits comestibles jusqu'aux métaux exotiques tels que : titane, tungstène et cuivre.
Ces imprimantes ont amélioré les possibilités de fabrication de divers composants et de satisfaction des demandes du marché secondaire qui étaient autrefois difficiles à réaliser avec les techniques conventionnelles telles que le moulage, l'usinage et le moulage par injection. De plus, ils ont raccourci les temps de cycle de production. Cet article contient une vision complète de la technologie d’impression 3D sous un aspect plus approfondi. Ainsi, vous pouvez obtenir des informations précieuses sur l’émergence de la technologie d’impression 3D et son utilité.
FAQ
T1. Quelles sont les limites de l’impression 3D ?
Outre ses avantages, l’impression 3D présente également quelques limites. Ceux-ci inclus; options de matériaux limitées, exigences de post-traitement et coûts accrus pour des volumes élevés.
Q2. Quelles matières plastiques sont flexibles pour l’impression 3D ?
Les matériaux thermoplastiques sont considérés comme des matériaux d'impression 3D compatibles et flexibles. Certains des plus courants incluent : le polyuréthane, le polycarbonate et les plastiques hautes performances comme le PEEK et les acides polylactiques (PLA). Parmi ces filaments PLA, la plupart sont extrudés dans des applications d'impression 3D. En savoir plus sur Maîtriser l'impression 3D : un guide des meilleurs matériaux PLA.
Q3. Y a-t-il des avancées en cours au-delà de l’impression 3D ?
Oui, l’avenir nous réserve de nouvelles avancées comme l’impression 4D et 5D dans la fabrication additive. Ces innovations sont susceptibles de contribuer à réduire le poids des composants et à optimiser les performances des imprimantes 3D pour livrer des produits dans un délai court.
Q4. Quels sont les avantages de l’impression 3D ?
Les imprimantes 3D offrent une personnalisation complète dans la fabrication des pièces. Ces imprimantes suivent des directives automatisées pour créer des produits parfaitement. Également idéal pour concevoir des prototypes pour divers produits finaux à usage industriel.
Q5. Quels sont les principaux problèmes posés lors du développement de produits d’impression 3D ?
Bien que les imprimantes 3D soient précises et produisent avec précision des formes complexes, les paramètres de processus tels que la température, la vitesse d'impression et l'enchevêtrement des filaments sont les principaux problèmes du processus d'impression 3D.
Pour en savoir plus
- Shahabudin, TC Lee, R. Ramlan, (2019): Un aperçu de la technologie d'impression 3D : technologique, matériaux et applications, Procedia Manufacturing ; Récupéré de : Science Direct.
Puis-je imprimer des conduits CVC personnalisés avec l'impression 3D ?
Oui, vous pouvez imprimer des conduits CVC avec l'impression 3D par stéréolithographie
Oui, vous pouvez imprimer des conduits CVC avec l'impression 3D par stéréolithographie