Le prototypage rapide en mécanique

Le secteur de l'impression 3D touche un large éventail de filières, telles que la mode, le monde culinaire, le médical, l'architecture, l'ameublement, l'automobile, l'aéronautique, la joaillerie, etc.

Les applications les plus courantes sont :

• la visualisation et la validation expérimentale de la conception de produits (prototypage),
• la fabrication d'outillage industriel sur mesure,
• la création de produits hautement personnalisés selon les besoins,
• la réalisation de géomètries complexes impossibles à réaliser autrement,
• la fabrication de systèmes polyarticulés ne nécessitant pas de montage,
• la production de composants en petites séries selon les besoins de la production pour optimiser les stocks.

Certaines applications actuellement en développement concernent la création d'organes et de tissus humains, la construction d'édifices architecturaux, la confection de vêtements et la préparation de produits alimentaires.

Si beaucoup de personnes optent pour l'impression 3D au lieu des techniques artisanales, c'est qu'au fil des années, l'impression 3D propose de plus en plus d'avantages.

Voici les points positifs de l'impression 3D :

• Un temps de fabrication réduit au minimum grâce au nombre de machines et de moules existant qui permettent de réaliser plusieurs impressions en même temps
• La possibilité de faire des designs détaillés et complexes à un prix abordable car il suffit juste de réaliser une seule fois la modélisation
• La possibilité de réaliser des personnalisations sur chaque produit en modifiant le modèle en très peu de temps
• L'autonomie de fabrication car il n'y a pas besoin de superviser l'impression
• Des temps de fabrication réduits au minium (pas de préparation préalable de la machine, peu de pré-traitement requis, pas de moule, …)
• La suppression des contraintes liées à la fabrication par usinage
• L'autonomie de fabrication : des machines qui fonctionnent sans intervention humaine et qui ne nécessitent que peu de connaissance pour être utilisées
• Le recyclages des matières en utilisant des machines spécifiques qui reprennent des matériaux déjà utilisés en impression pour les transformer en filament, poudre ou liquide
• La fabrication à base de nouveaux matériaux comme des mélanges de matériaux (polymère + poudre de bois, ou + céramique, ou + poudre métallique, etc.)
• La possibilité de faire une impression 3D à distance sans intervention humaine (ex : sur d’autres planètes !)
• Toujours plus de nouvelles opportunités de conception : constructions cinématiques complexes pré-assemblées, matériaux allégés par le biais d’un maillage complexe 3D, fabrication de pièces non usinables (ex : moules d’injections plastique avec circuit de refroidissement complexe intégré dans la masse), conception de carters en plastique plus fonctionnels, par exemple en apporter des additifs les rendant plus isolant thermiquement ou d’un point de vue électro-magnétique.

Exemple d'objet poly-articulé réalisé sans assemblage :

Exemple d'objet très résistant et très léger : la micro-lattice, très utile pour créer des ailes d'avions :

Malgré cette énumération de points positifs, il existe des points négatifs à l'impression 3D.

Voici les points négatifs à l'impression 3D :

• Ce n'est pas adapté à la production en série d'un grand nombre de pièces,
• La précision géométrique et dimensionnelle des pièces obtenues (de l'ordre du dixième de mm) est nettement inférieure à celle de la fabrication soustractive (de l'ordre du micron : soit 100 fois plus petit),
• L'état de la surface des pièces est généralement rugueux,
• Les propriétés mécaniques sont souvent non isotropes et non homogènes,
• Les pièces produites à base de polymères ont une moindre grande résistance mécanique que leurs équivalents réalisés par des process de plasturgie conventionnels en raison notamment de la fragilité inter-filaire et inter-couche qui sont des sources d'amorce de rupture,
• Pour certains procédés, il est nécessaire de s'appuyer sur un support d'impression pour les géométries en porte à faux qui sont généralement à l'origine de défauts de surface

Exemple de pièces réalisées avec support :

Pour celle ci, il s'agit d'un support soluble, qui plus coûteux que le matière traditionnelle et qui génère aussi des défauts du fait du manque d'adhérence entre cette matière et la matière de la pièce. A droite, le support soluble est uniquement déposé à proximité de la pièce, pour faire des économies.

Pour celle-ci, il s'agit de la même matière que la pièce, celle-ci génère des imperfections de surface et peut être parfois très difficile à retirer.