Le progrès technologique s'exprime également dans la fabrication additive. L'impression 3D, comme ce procédé est également connu, offre de nombreux avantages dans différents domaines et industries : de la médecine à la mode en passant par l'industrie automobile ou l'aérospatiale. Découvrez dans cet article de blog ce qu'est la fabrication additive, comment elle fonctionne, dans quels domaines d'application elle est utilisée, quels sont ses avantages et bien plus encore.
Signification de la Fabrication Additive
La Fabrication Additive (AM), également connue sous le nom familier d'impression 3D, est un terme principalement utilisé dans l'industrie. Elle comprend une série de procédés de fabrication additive permettant de créer des objets tridimensionnels construits couche par couche (principe de construction par couche).
De la conception à l'objet fini, plusieurs étapes de travail sont nécessaires, qui sont divisées en trois processus principaux. Ceux-ci sont étroitement coordonnés les uns avec les autres afin de pouvoir répondre aux exigences spécifiques de la fabrication. C'est pourquoi le post-traitement n'est supprimé que dans des cas exceptionnels.
- Pre-process : Avant de pouvoir fabriquer l'objet, il faut d'abord préparer les données et le système.
- In-process : Après les préparatifs, le processus d'impression 3D proprement dit est mis en œuvre et l'objet est créé.
- Post-process : Enfin, la surface de l'objet est retravaillée, notamment en éliminant les structures de soutien. Plus l'application de production ultérieure sera exigeante, plus le temps et les étapes de post-traitement seront importants.
Fonctionnalité de la Fabrication Additive
Bien qu'il existe des processus additifs permettant de créer des objets directement dans les 3 directions de construction, ils sont généralement réalisés couche par couche. Une fois la première couche créée, d’autres niveaux sont empilés dans une troisième direction spatiale, créant ainsi une tridimensionnalité. La connexion matérielle est obtenue par fusion ou durcissement par des processus chimiques.
La base de ce processus réside dans les données de conception numériques 3D (fichiers CAO), qui sont converties et traitées à l'aide d'un logiciel spécial pour imprimantes 3D, afin de permettre une production extrêmement précise. De plus, les données et donc le terrain projeté peuvent être adaptés aux besoins, de sorte qu'une grande flexibilité est possible.
Applications de la Fabrication Additive
Les procédés de fabrication additive se sont déjà imposés dans certaines industries en raison de leurs avantages par rapport aux procédés conventionnels et sont utilisés avec succès. Les matériaux peuvent être des métaux, des plastiques, des résines synthétiques, de la céramique, du verre, du sable, du bois ou encore du béton.
Le choix du procédé et de l'imprimante 3D dépend des objectifs et des exigences de la production. Exemples : différentes épaisseurs de paroi, formes de petite taille, structures internes, contre-dépouilles ou modélisation de surfaces à trois formes.
Les domaines d'application de la fabrication additive se trouvent en particulier dans les domaines dans lesquels l'attention aux détails, les géométries complexes et un degré élevé d'individualisation sont au premier plan. C'est notamment le cas dans la technologie médicale et dentaire (prothèses), mais aussi dans le monde de la mode, dans la construction d'outils et de machines (construction de prototypes), dans l'industrie automobile ou aérospatiale.
Avantages de la Fabrication Additive
Par rapport aux méthodes traditionnelles, il existe des avantages de la fabrication additive en termes de :
- Haute précision et individualisation
La production de structures complexes avec une grande stabilité, légèreté et qualité est assurée, ainsi qu'une flexibilité en termes d'individualisation.
- Rentabilité et gain de temps
Une meilleure rentabilité est obtenue car les pièces peuvent être créées en une seule pièce qui devait auparavant être assemblée à partir de plusieurs pièces individuelles. Cela réduit le travail manuel, ce qui minimise également les coûts de fabrication.
- Taille du site de production
L'utilisation d'imprimantes 3D nécessite moins d'espace, par exemple parce qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de grandes machines lourdes ou des outils pour couler des moules.
- Flexibilité
Les processus de fabrication additive fonctionnent également via une interface numérique, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés de manière décentralisée et géographiquement indépendante du lieu de production (production cloud).
- Respect de l'environnement
Une solution plus durable avec l’impression 3D comprend une meilleure efficacité énergétique, moins d’itinéraires de transport et moins de déchets ou de besoins en matériaux.
Procédés de Fabrication Additive
Il existe un certain nombre de procédés de fabrication additive différents qui traitent différents matériaux et peuvent être utilisés selon les besoins individuels. Les deux groupes de processus les plus importants sont l’impression sur métal et impression sur matières plastiques, qui comprennent à leur tour certains sous-groupes destinés à des applications spécialisées. Vous trouverez ensuite un aperçu des procédures les plus importantes avec une brève explication :
Powder Bed Fusion
Le procédé sur lit de poudre fusionne la poudre à l'aide d'un laser (SLM) ou d'un faisceau d'électrons (EBM). Nous utilisons la fusion par faisceau laser dans nos imprimantes 3D métal 2Create et 2Create Plus.
Binder Jetting
Avec le Binder Jetting, un matériau de base pulvérulent est lié par endroits avec un liant liquide, créant ainsi des couches de l'objet. Les matières premières comprennent : le métal, le plastique, le plâtre ou le sable.
Material Jetting
Lors du Material Jetting, un matériau liquide (axe en résine ou thermoplastique) est appliqué goutte à goutte et sélectivement sur une plaque d'impression et solidifié avec de la lumière UV. Exemples : Poly-Jet Modeling (PJM), Multi-Jet Modeling (MJM).
Material Extrusion
Le matériau est chauffé et liquéfié lors de l’extrusion du matériau. Le matériau liquide est ensuite appliqué en couches à travers un presse-étoupe et sur la base. Une connexion permanente est alors créée grâce au refroidissement. Un procédé bien connu pour les filaments plastique/métal/composite est le Fused Layer Modeling (FLM).
Vat Photopolymerization
Dans le procédé VPP, les plastiques liquides sont durcis couche par couche à l'aide de la lumière UV. Contrairement au procédé de jet, le matériau n'est pas appliqué sur une plate-forme de construction, mais se trouve déjà dans un bassin. La plateforme est immergée dans le bassin en plastique. Exemples : Stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP).
Sheet Lamination
Dans le laminage de feuilles, de fines « couches de film » sont placées les unes sur les autres et reliées les unes aux autres. Des matériaux tels que le papier, le plastique ou les métaux sont collés ou soudés entre eux. Les vibrations ultrasoniques (Ultrasonic Additive Manufacturing ; abrégé UAM) sont également utilisées pour le métal.
Directed Energy Deposition (DED)
Le procédé DED est souvent utilisé en combinaison avec des métaux sous forme de poudre ou de fil pour affiner la surface ou pour réparer et modifier des composants existants. Selon la méthode, on utilise un laser, un faisceau électrique ou une source plasma.
Matériaux de Fabrication Additive
Le choix du procédé et de l'imprimante 3D est influencé par les exigences et les objectifs spécifiques ainsi que par les matériaux utilisés. L'industrie peut être classée en environ 4 groupes principaux, quelques exemples ci-dessous :
- 1. Métaux : titane, acier, aluminium, cuivre, nickel
- 2. Plastiques (polymères) : ABS, PETG, PET, PLA
- 3. Céramiques : oxyde d'aluminium, dioxyde de zirconium, silices
- 4. Biomatériaux : gélatine, collagène, cellulose
Les matériaux peuvent toujours être distingués les uns des autres en fonction de leurs propriétés matérielles. Ils sont donc utilisés sous forme de poudre, de granulés, de filaments, de fils ou sous forme de liquide.
Conclusion - Fabrication Additive
Fabrication additive (impression 3D) comprend les processus de fabrication additive qui sont basés sur le principe de la construction en couches et qui offrent des avantages significatifs par rapport aux méthodes conventionnelles.
Les méthodes de soustraction traditionnelles nécessitent plus de travail, de matériel et de temps car les processus sont moins automatisés. En outre, il existe un besoin accru de fabrication manuelle, de matériaux, d'outils et éventuellement de machines lourdes pour le moulage, ce qui nécessite des installations de production et un personnel plus importants. Ces exigences entraînent une augmentation des coûts de fabrication.
En comparaison, les avantages de la fabrication additive résident dans l’automatisation et les flux de processus plus légers. À cela s'ajoutent des besoins réduits en matériaux, en main d'œuvre, en temps et en coûts, ainsi que des possibilités qui ne peuvent pas être réalisées de cette manière avec les méthodes conventionnelles. Ceux-ci incluent : la création de géométries complexes, le haut niveau de précision et le haut niveau d'individualisation.
Grâce à ces avantages, la fabrication additive s’est déjà imposée dans de nombreux domaines. Les procédés de fabrication additive sont utilisés dans la médecine, la mode, l’industrie automobile, la construction et l’aérospatiale et offrent également un potentiel de développement et d’utilisation dans d’autres secteurs à l’avenir.
FAQ : Fabrication Additive
Qu'est-ce que la Fabrication Additive ?
La fabrication additive comprend des processus de fabrication additive qui construisent couche par couche des objets tridimensionnels à partir de certains matériaux. Le modèle est basé sur les informations du fichier CAO, qui fournit des informations sur un logiciel spécial pour l'imprimante 3D.
Dans quels domaines d’application la Fabrication Additive est-elle utilisée ?
Les domaines d'application des procédés de fabrication additive s'étendent à diverses industries, telles que la technologie médicale et dentaire (prothèses), la construction d'outils et de machines (prototypes), ainsi que l'industrie automobile et aérospatiale.
La technologie crée une valeur ajoutée significative, en particulier pour les domaines et les entreprises pour lesquels un haut degré d'individualisation, une conception complexe et une rentabilité élevée sont importants. Exemple : L'industrie dentaire avec le besoin d'individualisation des implants dentaires ou des couronnes.
Quels sont les avantages de la Fabrication Additive ?
Les avantages de la Fabrication additive par rapport aux procédés traditionnels : Une plus grande précision et une personnalisation de haute qualité, la production de géométries très complexes, des économies de coûts et de temps, ainsi qu'une réduction des émissions de CO2 et des déchets de matériaux. En raison de son interface numérique, il se caractérise également par la décentralisation, l'indépendance par rapport à l'installation de production et un site de production plus petit.
Quels sont les procédés de Fabrication Additive ?
Il existe au total 11 procédés de fabrication additive qui sont utilisés en fonction d'exigences et de matériaux spécifiques. Les 7 plus célèbres incluent : Binder Jetting, Material Jetting, Material Extrusion, Vat Photopolymerisation, Powder Bed Fusion, Sheet Lamination et Directed Energy Deposition (DED).
Autres liens :
Auteur : Markus Wolf
Passionné par l'impression 3D, tout en étant
directeur technique et cofondateur de l'entreprise 2oneLab.
