Fabrication additive et impression 3D (ou impression tridimensionnelle) sont deux termes synonymes désignant l’ensemble des procédés permettant de fabriquer un objet par superposition de couches de matières le plus souvent métalliques ou plastiques, à partir d’un modèle numérique 3D. L’expression « impression 3D » est une dénomination grand public et marketing propagée par les médias, apparue avec les premières imprimantes 3D personnelles et services en ligne dédiés.
L’appellation est donc le plus souvent employée pour les applications grand public. A l’inverse le terme de fabrication additive (FA) est plutôt utilisé par les industriels et pour les applications professionnelles.
Souvent présentée comme la prochaine révolution industrielle, le processus de fabrication additive s’oppose clairement aux techniques de fabrication traditionnelles d’usinage, qui consistent à l’inverse à soustraire la matière (fraisage) la mouler (injection) ou la plier.
La technique par addition de couches permet de créer des formes beaucoup plus complexes (creux, courbes, entrelacement) en intégrant même des fonctionnalités à l’intérieur d’une même pièce. L’impression 3D facilite également l’optimisation topologique qui consiste à optimiser le poids total d’une pièce en fonction de ses applications.
Fabrication additive : 7 familles normalisées de procédés
X-Line1000 R : une machine de fabrication additive métal développée par Concept Laser
La fabrication additive regroupe aujourd’hui sept familles normalisées de procédés par addition de couche.
S’appuyant sur un principe de fonctionnement commun d’addition de matière, voici les 7 principes physiques permettant la fabrication d’un objet en 3D établis par la norme ISO 17296-2 :
1. La fusion de fil à travers une buse chauffante
Popularisé par la technologie FDM (Fused Deposition Modelling) dont le principe de fonctionnement se retrouve dans la majorité des imprimantes 3D de bureau grand public, ce procédé d’impression 3D consiste à chauffer une matière plastique (le plus souvent du fil, mais aussi granulés) au moyen d’une buse d’extrusion.
La matière en fusion est ainsi superposée, se durcissant par refroidissement lorsqu’elle entre en contact avec la couche précédente, créant la liaison entre les deux.
2. La polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser
Le procédé phare de cette famille est la stéréolithographie, une technique basée sur l’utilisation de résines photopolymères dont le durcissement peut-être déclenchée par plusieurs types de rayonnement (rayons UV, rayons X, lumière visible et faisceau d’électrons)
3. La projection de gouttes de matériau
Inspirée de nos imprimantes papier à jet d’encre, celle-ci consiste à déposer de minuscules gouttelettes de matière pour former des couches. La solidification s’opère par refroidissement ou photopolymérisation.
4. La projection d’un liant sur un substrat de type poudre
Procédé hybride reprenant le principe de fonctionnement de la projection de gouttes de matériau, combiné et la solidification d’un poudre sous l’action d’une source d’énergie, celui-ci consiste à utiliser une tête d’impression à jet d’encre pour déposer de fines gouttelettes de liant sur un lit de poudre.
5. La solidification de poudre sous l’action d’une source d’énergie
Popularisé par le procédé de frittage sélectif (SLS), cette famille de procédés consiste à déposer des couches successives de poudre (généralement métallique ou polymère) qui sont ensuite solidifiées par une source d’énergie, comme un laser ou un faisceau d’électrons.
6. Le dépôt de matière sous énergie concentrée
Classifiée dans les procédés DED (Directed Energy Deposition ) selon la norme ISO/ASTM 52900, cette famille repose sur une technique consistant à déposer de manière sélective une matière métallique (sous forme de fil ou de poudre) qui est fondue progressivement via un apport d’énergie thermique comme le faisceau laser ou le faisceau d’électrons.
7. Assemblage de couches à partir de feuilles ou plaques découpées
Probablement la moins connue, cette catégorie fonctionne selon un principe de stratification en couches. Elle consiste à empiler et assembler des feuilles ou plaques (par vissage, collage, brassage, soudage… préalablement découpées, selon un ordre variant selon le procédé. Il permet de traiter des matériaux aussi différents que du papier, du plastique, du carton, du bois ou du métal.
La fabrication additive pour le prototypage et l’outillage rapide
MetalFAB1 : une imprimante 3D métal à capacité industrielle développée par Additive Industries
Parmi les autres expressions synonymes, on parle aussi parfois de prototypage rapide (PR, Rapid Prototyping ou R P), terme désignant la fabrication rapide de modèles ou de prototypes à partir de modèles CAO. Une appellation dont la genèse remonte aux débuts de l’impression 3D dans les années 80, du fait qu’à cette époque le prototypage était la seule application vraiment opérationnelle avec l’impression 3D.
Encore aujourd’hui, le prototypage rapide reste l’une des principales applications avec plus de 70% du marché de l’impression 3D. En 1996 est également apparu le concept d’outillage rapide. Il consiste à utiliser les techniques de fabrication additive pour fabriquer des outillages utilisés dans l’industrie tels que des moules, des noyaux ou encore des gabarits de montage.
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