Fabrication additive : révolutionnez vos projets en ingénierie

La fabrication additive ou impression 3D industrielle est la production de divers types de pièces à partir d’un fichier numérique, par des technologies d'impression 3D. Le procédé est dit additif, car on construit un objet en additionnant de fines couches de matière les unes sur les autres. 

 Il existe de grandes disparités dans l’offre du service d’impression 3D. Cela varie entre les petits ateliers d’impression 3D improvisés à partir d’un garage jusqu’aux entreprises spécialisées dans la production de pièces avec des procédés robustes de fabrication additive à grande valeur ajoutée. Les applications vont du simple prototype jusqu’aux pièces de production à usage final. Découvrez tout ce que vous devez savoir sur la fabrication additive.

Les avantages de la fabrication additive

La fabrication additive est une véritable révolution, car elle permet de pallier les limites des méthodes traditionnelles (usinage, moulage, injection). Elle offre de nouvelles possibilités pour créer et produire des pièces plus facilement, offrant ainsi aux ingénieurs une grande perspective d’innovation.  
 
Voyant la facilité avec laquelle il est possible d’obtenir une pièce fabriquée par impression 3D, on comprend pourquoi les ingénieurs y ont de plus en plus recours dans leurs projets.  

• Utilisation qui va au-delà du prototypage : pièces robustes d’une qualité qui permet de les utiliser directement en production. 
• Optimisation de production par lots : pièces produites en petites quantités à un coût compétitif. 
• Aucun outillage requis : permet de passer outre le besoin d’investir dans un moule au préalable, et donc de diminuer coûts et temps. 
• Flexibilité de conception : technologie très efficace pour les pièces de géométrie complexe. 
• Consolidation de pièces et des assemblages : permet de combiner plusieurs pièces pour en former une seule. 
• Itération de design et validation rapide de la fonctionnalité du produit : expérimentation rapide de plusieurs possibilités de conception sans engager des frais de production exorbitants. 
• Diminution des délais de production : procédé simple et rapide, permettant d’obtenir des pièces en quelques jours. 

Les procédés de fabrication additive

Parmi les sept grandes familles de procédés de fabrication additive, Solaxis s’est spécialisé dans deux techniques de pointe du côté des thermoplastiques, pour produire des pièces de grande qualité, légères et à la fois robustes. Le service de fabrication additive avancée de Solaxis permet de fournir à de nombreuses industries des pièces variées et d’applications diverses. Cette offre récemment bonifiée nous permet d’offrir plusieurs avenues en termes de matériaux, de formats de pièces et de types de production. 

Démystifions les grandes familles de procédés qui sont offerts dans le marché de la fabrication additive.

Fusion sur lit de poudre (Powder Bed Fusion) 

La matière à fusionner est étendue dans un réservoir et une source laser se déplace au-dessus pour la fondre selon le dessin CAO. Une fois qu’une couche est fusionnée, la base est abaissée et une autre couche de matière est poussée par-dessus. Cette méthode permet de produire des pièces de formes complexes et très résistantes dont les propriétés sont plus isotropes.

Extrusion de matériau (Material Extrusion) 

La matière est fondue à l’intérieur d’une buse d'extrusion chauffée qui la dépose chaude, couche par couche. Ces couches se fusionnent ensuite en refroidissant. Ce procédé bien connu, est celui employé par les petites imprimantes de « bureau », mais aussi sur des imprimantes de calibre industriel avec chambre chauffée. Ainsi, cette méthode permet de produire une grande variété de pièces, standards à haute performance. Très bien adapté pour la production industrielle, ce procédé offre aussi une qualité de produit recherchée dans diverses industries. 

Autres procédés :

• Dépot de matière sous énergie concentrée (Directed Energy Deposition) 

De fines couches de matière sont fusionnées via une source d'énergie focalisée, telle qu'un arc plasma, un laser ou un faisceau d'électrons pour faire fondre un matériau qui est simultanément déposé par une buse. Le procédé DED peut être utilisés pour ajouter de la matière à des composantes existantes, pour des réparations ou occasionnellement pour produire de nouvelles pièces.

• Liage de poudre (Binder Jetting) 

De fines couches de poudre et d’agents liants sont pulvérisées en alternance. Lorsqu’une couche est terminée, la base s’abaisse et la tête de pulvérisation débute la couche suivante. Les matériaux couramment utilisés dans le Binder Jetting sont les métaux, le sable et la céramique, qui se présentent sous forme granulaire. Ce procédé est plus pratique pour la fabrication d’objets décoratifs, jouets ou maquettes, car le produit fini est trop fragile pour des pièces fonctionnelles. 

• Jet de matière (Material Jetting) 

Ce procédé est similaire à celui du Binder Jetting. Avec le Material Jetting, une tête d'impression (similaire aux têtes d'impression utilisées pour l'impression à jet d'encre standard) distribue des gouttelettes d'un matériau photosensible qui se solidifie sous la lumière ultraviolette (UV), construisant une pièce couche par couche. Les matériaux utilisés dans le Material Jetting sont des photopolymères thermodurcissables (acryliques) qui se présentent sous forme liquide.

• Photopolymérisation en cuve (Vat Photopolymerization) 

Une résine de photopolymère liquide est placée dans une cuve qui est ensuite solidifiée à l’aide de rayons UV ou d’un laser. Ce procédé nécessite d’avoir des supports lors de la fabrication. Les composantes produites sont généralement fragiles et le nombre de matériaux compatibles dans ce procédé est limité. 

• Stratification de matériau en feuille (Sheet Lamination) 

De minces feuilles de matière sont amalgamées les unes aux autres par un procédé de soudage par ondes ultrasonores ou faisceau laser. Une fois la pièce terminée, l’excédent de matière doit être retiré par coupage ou sablage pour lui donner sa forme finale, ce qui demande plus de temps pour la production. C'est donc un peu moins pratique pour les activités de prototypage. 

Les technologies de la fabrication additive

Chaque grande catégorie de procédé d’impression 3D est associée avec différentes technologies spécifiques. Sous le fonctionnement de fusion sur lit de poudre, Solaxis utilise la technologie de frittage par laser (SLS) et sous le principe d’extrusion de matière, nous employons le dépôt de matière fondue (FDM ou FFF). 

Frittage par laser sélectif (SLS) 

Le frittage par laser sélectif est en fait une réaction physique qui fusionne les particules d’une poudre pour former une pièce solide. Elle permet de produire des pièces complexes et de haute précision. Elle est particulièrement efficace pour la production de petites séries.  

Dépôt de matière fondue (FDM / FFF) 

« Fused Deposition Modeling » (FDM) est un terme breveté par la société Stratasys. La technique d'impression 3D fait référence au dépôt de matière fondue, que l'on nomme également « Fused Filament Fabrication » (FFF)­. Cette technologie, tout dépendant du type d'équipement, est particulièrement adaptée à la production de pièces destinées à des applications fonctionnelles. Sa rapidité d’exécution est toute aussi désignée pour effectuer des vérifications rapides de conception. De plus, elle offre un grand choix de matériaux et de couleurs.  

Autres technologies disponibles sur le marché 

• Fusion multi-jet (MJF - Multi-Jet Fusion) 

À l'aide d'un réseau à jet d'encre, le MJF fonctionne sous le principe de fusion sur lit de poudre, en déposant des agents de fusion et d'esthétisme dans un lit de matériau en poudre, puis en les fusionnant en une couche solide. L'imprimante distribue plus de poudre sur le lit et le processus se répète couche par couche. Avec cette technologie, il est plus difficile de produire des pièces qui ont de grandes surfaces planes et le choix de matériaux est limité. 

• Stéréolithographie (SLA ­- Stereolithographie ) 

Fonctionnant selon le principe de photopolymérisation en cuve, le SLA emploie un réservoir rempli de photopolymères liquides, qui sont solidifiés à l'aide d'une lumière UV. L’impression est assez rapide, mais nécessite un temps de durcissement aux rayons UV après l’impression. Les pièces sont de haute résolution, mais généralement plus fragiles que celles en FDM ou SLS.

• Stéréolithographie numérique (DLP ­ -  Digital Light Processing) 

Fonctionnant sous le principe de photopolymérisation en cuve comme le SLA, il est cependant plus rapide, car il utilise une source de lumière projetée pour durcir la couche entière à la fois. Les caractéristiques générales sont toutefois similaires au SLA. La nécessité du temps de durcissement en fait une technologie moins adaptée lorsque la rapidité de production est un facteur important.  

• Stéréolithographie numérique en continu (CDLP - ­ Continous Digital Light Processing et CLIP ­- Continuous Liquid Interface Production) 

CDLP et CLIP fonctionnent sous la technique de photopolymérisation qui forment la pièce en continu plutôt que couche par couche. Elles n’ont pas été retenues par Solaxis pour les mêmes lacunes que l'ensemble des technologies reliées à la photopolymérisation en cuve. 

Les matériaux thermoplastiques de la fabrication additive

Les matériaux les plus utilisés par les technologies de fabrication additive thermoplastique se classent dans trois grandes catégories : 

Thermoplastiques standards 

Ces matières sont principalement utilisées pour la fabrication de pièces ou de prototypes n’étant pas soumis à un environnement critique. Ils sont peu coûteux à produire. 

Cette catégorie de thermoplastique comprend entre autres : l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et le polypropylène (PP). 

Thermoplastiques techniques 

Ces matières sont utilisées dans la fabrication de pièces qui doivent résister à des températures élevées et à du travail mécanique intense.  

Cette catégorie de thermoplastique comprend entre autres : le polycarbonate (PC) et les polyamides (PA). 

Thermoplastiques à haute performance 

Ces matières sont utilisées dans la fabrication de pièces où la résistance et la prévisibilité sont critiques. Ces matières offrent une très grande stabilité mécanique à court et à long terme. Par exemple, elles combinent propriétés mécaniques élevées, résistance thermique et résistance chimique pouvant satisfaire les plus grandes exigences. 

Cette catégorie de thermoplastique comprend entre autres : le PEEK (polyether ether ketone), le PEKK (polyéthercétonecétone) et les PEI (polyétherimides), comme l'ULTEM. 

Les applications et les industries qui bénéficient de la fabrication additive

De façon générale, il est possible de classer les applications sous trois grandes catégories :  

• Production unique ou de petites séries de pièces à usage finale
• Prototypes esthétiques ou fonctionnels
• Outillages spécialisés / sur-mesure

Plusieurs secteurs d’activité trouvent leur compte dans l’utilisation d’un service de fabrication additive à valeur ajoutée.  

Aéronautique 

Les polymères et les techniques utilisés permettent désormais de fabriquer des pièces certifiées pour le vol, rapidement et entièrement conformes aux normes aérospatiales. 

Biens de consommation

La majorité des biens de consommation étant faits de plastique, l’impression 3D se révèle être une excellente solution pour le prototypage grâce à des révisions éclair, et la production de petites séries. 

Défense et sécurité 

Les équipements de fabrication additive de Solaxis, le niveau élevé de cybersécurité et la compétence de son personnel font de ce service un incontournable dans ce domaine, que ce soit pour les prototypes fonctionnels ou des pièces à usage final.  

Électronique

Les matériaux sophistiqués avec propriétés antistatiques chez Solaxis sont très intéressants pour les applications de ce secteur, par exemple où les décharges électrostatiques sont importantes. 

Santé 

La possibilité de produire des pièces uniques et personnalisées à faible coût est sans doute un des grands avantages de l’impression 3D pour cette industrie, que ce soit pour des orthèses ou pour des pièces d’équipements médicaux.  

Secteurs industriels 

Tous les avantages de la fabrication additive peuvent être un grand catalyseur d’adaptation en produisant des pièces tout à fait innovantes dans un court délai et dans une gamme de matériaux spécifiquement choisis, voire développés selon le contexte d’utilisation. 

Transport terrestre et spécialisé

La fabrication additive offre une flexibilité considérable quant à la taille des pièces et la variété des matériaux.  Elle permet aussi de simplifier la fabrication, du prototypage et de l’outillage, à la production de pièces de rechange et de pièces finales, grâce à des pièces thermoplastiques techniques et de qualité supérieure.

Vous souhaitez incorporer la fabrication additive à votre chaîne de valeur ? Contactez-nous, un de nos experts se fera un plaisir de vous aider.