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L’impression 3D
L’impression 3D, ou fabrication additive, crée un objet couche par couche d’après un modèle numérique. Inventée au milieu des années 1980, elle sert du prototype à la pièce d’avion.
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La fabrication traditionnelle enlève de la matière (usinage, découpe) ou la met en forme dans un moule. L’impression 3D fait l’inverse : elle ajoute la matière seulement là où elle est nécessaire. Elle permet de produire des formes impossibles à usiner, des pièces uniques sans moule, et de passer en quelques heures d’un fichier à un objet.
Comment fonctionne l’impression 3D ?
- Modélisation : l’objet est dessiné avec un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), ou numérisé avec un scanner 3D.
- Tranchage : un logiciel découpe le modèle en couches très fines, de quelques centièmes à quelques dixièmes de millimètre, et calcule le trajet de la machine.
- Impression : la machine construit l’objet couche après couche, chacune solidaire de la précédente.
- Finition : retrait des supports, nettoyage, polissage, traitement thermique ou cuisson selon le procédé.
Les principales technologies
| Procédé | Principe | Matériaux | Usage |
|---|---|---|---|
| dépôt de fil fondu (FDM) | une buse chauffée dépose un filament de plastique fondu | PLA, ABS, PETG, nylon | imprimantes grand public, prototypes |
| stéréolithographie (SLA) | un laser ou une lumière UV durcit une résine liquide | résines photopolymères | dentisterie, bijouterie, pièces très détaillées |
| frittage laser (SLS) | un laser fusionne une poudre de plastique | nylon, polymères techniques | pièces fonctionnelles sans supports |
| fusion laser sur lit de poudre métallique | un laser ou un faisceau d’électrons fond une poudre métallique | titane, aluminium, aciers, alliages de nickel | aéronautique, implants médicaux |
| projection de liant ou de matière | des têtes d’impression déposent un liant ou des gouttelettes | sable, céramiques, plâtre, résines | moules de fonderie, maquettes en couleur |
| extrusion de béton | un bras robotisé dépose du béton | mortiers spéciaux | construction de bâtiments |
Le PLA, plastique d’origine végétale fabriqué à partir d’amidon, est le matériau le plus courant des imprimantes domestiques (voir polymères et plastiques).
Une histoire en dates
| Date | Étape |
|---|---|
| 1984 | trois chercheurs français, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte et Jean-Claude André, déposent un brevet sur la stéréolithographie ; il est abandonné faute de soutien industriel |
| 1984-1986 | l’Américain Charles Hull dépose quelques semaines plus tard son propre brevet, obtenu en 1986, et fonde 3D Systems |
| 1987-1989 | frittage laser (Carl Deckard) et dépôt de fil fondu (Scott Crump, Stratasys) |
| 2005 | projet RepRap : une imprimante libre capable d’imprimer une partie de ses propres pièces |
| 2009 | expiration de brevets clés du dépôt de fil fondu : les imprimantes grand public se multiplient |
| années 2010 | essor de l’impression métallique dans l’aéronautique et le médical |
L’impression 3D figure ainsi, par son brevet de 1984, parmi les inventions françaises méconnues.
Les applications
- Prototypage rapide : premier usage historique, pour tester une forme avant de lancer la production.
- Aéronautique et spatial : pièces métalliques allégées aux formes optimisées, injecteurs de moteurs de fusée, buses de carburant de réacteurs.
- Santé : prothèses et implants sur mesure (hanche, crâne), gouttières et couronnes dentaires, modèles d’organes pour préparer une opération. La bio-impression, qui dépose des cellules vivantes, reste au stade de la recherche.
- Industrie : outillages, gabarits, pièces de rechange à la demande, petites séries.
- Construction : maisons et éléments en béton imprimé.
- Particuliers et fab labs : réparation d’objets, maquettes, créations personnelles.
Les limites
- Lenteur : une pièce peut demander des heures, voire des jours ; pour les grandes séries, le moulage reste bien plus rapide et moins cher.
- Propriétés mécaniques : les pièces en plastique imprimé sont souvent moins résistantes entre les couches.
- Coût des machines et poudres métalliques professionnelles.
- Sécurité : l’impression de plastique fondu dégage des particules ultrafines et des composés organiques volatils ; il est conseillé d’aérer la pièce.
- Questions juridiques : propriété intellectuelle des fichiers, contrefaçon, et impression d’armes, interdite et poursuivie dans de nombreux pays.
Questions fréquentes
Qui a inventé l’impression 3D ?
Trois chercheurs français déposent le premier brevet de stéréolithographie en juillet 1984, mais l’abandonnent. L’Américain Charles Hull dépose le sien quelques semaines plus tard et commercialise la première imprimante 3D avec sa société 3D Systems.
Combien coûte une imprimante 3D ?
Les modèles grand public à fil fondu coûtent de quelques centaines à un ou deux milliers d’euros. Les machines professionnelles, notamment métalliques, coûtent de plusieurs dizaines de milliers à plus d’un million d’euros.
Peut-on imprimer en métal chez soi ?
Pas réellement : l’impression métallique exige des lasers puissants, une atmosphère contrôlée et des poudres dangereuses. Il existe des filaments chargés en métal pour imprimantes domestiques, mais les pièces doivent être frittées dans un four spécialisé.