Impression 3D: ce que vous devez savoir

Ce ne sont pas les imprimantes à marguerite de votre grand-père, ni la matrice de points de votre mère. En fait, elles ont peu de ressemblance avec les imprimantes de documents ou de photos d’aujourd’hui, qui ne peuvent imprimer que dans de vieilles dimensions ennuyeuses. Comme leur nom l'indique, les imprimantes 3D peuvent créer des objets en trois dimensions à partir de matériaux variés. Ils se généralisent et se présentent chez des détaillants tels que Staples, Best Buy et Home Depot, et vous pouvez acheter de nombreuses imprimantes 3D et leurs fournitures sur Amazon.com et par l'intermédiaire d'autres points de vente en ligne. Bien que l’on trouve encore la plupart du temps dans les ateliers ou les studios de design, dans les écoles et les centres communautaires, ainsi que chez les amateurs, les imprimantes 3D se retrouvent de plus en plus sur les établis, les salles de jeu et les cuisines - et peut-être même dans une maison proche de vous, si possible. pas le vôtre.

Qu'est-ce que l'impression 3D?

À la base, l’impression 3D est un processus de fabrication dans lequel un matériau est déposé, couche par couche, pour former un objet en trois dimensions. (Ceci est considéré comme un processus additif car l'objet est construit à partir de zéro, par opposition aux processus soustractifs dans lesquels le matériau est coupé, percé, fraisé ou usiné.) Bien que les imprimantes 3D utilisent une variété de matériaux (tels que le plastique ou le métal) et techniques (voir "Comment fonctionne l'impression 3D?" ci-dessous), ils partagent la possibilité de transformer des fichiers numériques contenant des données en trois dimensions, qu'ils soient créés à l'aide d'un programme de conception assistée par ordinateur (CAO) ou de fabrication assistée par ordinateur (FAO), ou à partir d'un scanner 3D, en objets physiques.

L'impression 3D est-elle même l'impression?

Oui, l'impression 3D peut être considérée comme une impression, mais pas comme elle a été définie traditionnellement. Les définitions pertinentes de l’impression par Webster portent sur la production d’imprimés, de publications ou de photographies, et sur la production au moyen de l’impression (l’application de pressions). Aucune de ces définitions ne correspond vraiment à l'impression 3D. Mais d’un point de vue technologique, l’impression 3D est une extension de l’impression traditionnelle, dans laquelle une couche de matériau (généralement de l’encre) est appliquée. Habituellement, il est si fin qu'il n'y a pas de hauteur visible (bien qu'avec les imprimantes à encre solide, il soit un peu plus épais). L’impression 3D prolonge considérablement cette hauteur grâce à l’application de plusieurs couches. Il serait donc logique d'élargir la définition de l'impression pour inclure la fabrication d'objets tridimensionnels de cette manière.

Comment fonctionne l'impression 3D?

Tout comme les imprimantes traditionnelles, les imprimantes 3D utilisent diverses technologies. Le plus connu est la modélisation par dépôt fondu (FDM), également connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF). Dans celui-ci, un filament - composé d’acrylonitrile butadiène styrène (ABS), d’acide polylactique (PLA) ou d’un autre thermoplastique - est fondu et déposé en couches à travers une buse d’extrusion chauffée. Les premières imprimantes 3D sur le marché, fabriquées au milieu des années 90 par Stratasys avec l'aide d'IBM, utilisaient FDM (une marque déposée de Stratasys), comme le font la plupart des imprimantes 3D destinées aux consommateurs, aux amateurs et aux écoles.

Une autre technologie utilisée dans l'impression 3D est la stéréolithographie. Dans celui-ci, un laser UV est introduit dans une cuve de photopolymère sensible aux ultraviolets, en traçant l'objet à créer à sa surface. Le polymère se solidifie partout où le faisceau le touche, et le faisceau "imprime" l'objet couche par couche conformément aux instructions du fichier CAD ou CAM à partir duquel il travaille.

En variante, vous avez également l'impression 3D par projecteur de lumière numérique (DLP). Cette méthode expose un polymère liquide à la lumière d'un projecteur de traitement de lumière numérique. Cela durcit le polymère couche par couche jusqu'à ce que l'objet soit construit et que le polymère liquide restant soit drainé.

La modélisation multi-jets est un système d'impression 3D du type jet d'encre qui pulvérise un liant coloré ressemblant à de la colle sur des couches successives de poudre à l'endroit où l'objet doit être formé. C'est l'une des méthodes les plus rapides et l'une des rares qui supporte l'impression multicolore.

Il est possible de modifier un jet d'encre standard pour imprimer avec des matériaux autres que l'encre. Les bricoleurs entreprenants ont construit ou modifié des têtes d'impression, généralement des têtes piézoélectriques, pour travailler avec différents matériaux, dans certains cas, imprimer les têtes elles-mêmes sur d'autres imprimantes 3D! Des sociétés comme MicroFab Technologies vendent des têtes d'impression compatibles 3D (ainsi que des systèmes d'impression complets).

Le frittage laser sélectif (SLS) utilise un laser de grande puissance pour fondre des particules de plastique, de métal, de céramique ou de verre. À la fin du travail, le matériau restant est recyclé. La fusion par faisceau d'électrons (EBM) utilise - vous l'avez deviné - un faisceau d'électrons pour fondre la poudre de métal, couche par couche. Le titane est souvent utilisé avec EBM pour synthétiser des implants médicaux ainsi que des pièces d'aéronefs.

En fonction de la technique, les imprimantes 3D peuvent utiliser divers matériaux, notamment les métaux (acier inoxydable, brasure, aluminium et titane, par exemple); plastiques et polymères (y compris les composites combinant plastiques et métaux, bois et autres matériaux); céramique; plâtre; verre; et même des aliments comme le fromage, le glaçage et le chocolat! (Voir notre introduction aux types de filaments d’imprimante 3D.)

Qui a inventé l'impression 3D?

La première imprimante 3D, utilisant la technique de stéréolithographie, a été créée par Charles W. Hull au milieu des années 1980. La stéréolithographie est en grande partie une technique commerciale coûteuse, les machines coûtant souvent 100 000 dollars ou plus.

En 1986, Hull a fondé 3D Systems, une société qui vend aujourd'hui des imprimantes 3D utilisant diverses technologies. Ils vont des kits de base aux systèmes commerciaux avancés. 3D Systems fournit également des services de pièces à la demande, principalement aux utilisateurs professionnels.

Quels sont les avantages de l'impression 3D?

Grâce à l'impression 3D, les concepteurs ont la possibilité de transformer rapidement des concepts en modèles ou prototypes 3D (ou "prototypage rapide") et de mettre en œuvre des modifications rapides de la conception. Il permet aux fabricants de fabriquer des produits à la demande plutôt qu'en grandes séries, améliorant ainsi la gestion des stocks et réduisant l'espace disponible dans les entrepôts. Les personnes situées dans des régions éloignées peuvent fabriquer des objets qui leur seraient autrement inaccessibles.

D'un point de vue pratique, l'impression 3D peut économiser de l'argent et des matériaux plutôt que des techniques soustractives, car très peu de matière première est gaspillée. Et cela promet de changer la nature de la fabrication, permettant finalement aux consommateurs de télécharger des fichiers pour imprimer même des objets 3D complexes - y compris, par exemple, des appareils électroniques - chez eux.

Que peuvent faire les imprimantes 3D?

Les concepteurs utilisent des imprimantes 3D pour créer rapidement des modèles et des prototypes de produits, mais ils sont également de plus en plus utilisés pour la fabrication de produits finis. Parmi les articles fabriqués avec des imprimantes 3D figurent des chaussures, des meubles, des moulages à la cire pour la fabrication de bijoux, des outils, des trépieds, des articles-cadeaux et de fantaisie et des jouets. Les industries automobile et aéronautique utilisent des imprimantes 3D pour fabriquer des pièces. Les artistes peuvent créer des sculptures et les architectes peuvent fabriquer des modèles de leurs projets. Les archéologues utilisent des imprimantes 3D pour reconstruire des modèles d'objets fragiles, y compris certaines des antiquités détruites par ISIS ces dernières années. De même, les paléontologues et leurs étudiants peuvent dupliquer des squelettes de dinosaures et d'autres fossiles. Découvrez notre galerie d'objets imprimante 3D simples et pratiques.

Les médecins et les techniciens médicaux peuvent utiliser l’impression 3D pour confectionner des prothèses, des prothèses auditives, des dents artificielles et des greffes osseuses, ainsi que pour reproduire des modèles d’organes, de tumeurs et d’autres structures corporelles internes à partir de tomodensitogrammes en vue de la chirurgie. Le projet Daniel, qui imprime en 3D des bras et des mains prothétiques pour les victimes de la violence au Soudan, en est un bon exemple. De plus, les imprimantes 3D en cours de développement, capables de déposer des couches de cellules pour créer des organes artificiels (tels que les reins et les vaisseaux sanguins), sont déjà en phase de recherche et développement. La criminalistique trouve même sa place dans l’impression 3D, par exemple pour reproduire une balle logée à l’intérieur d’une victime.

L'électronique imprimée est un ensemble de méthodes d'impression permettant d'imprimer des dispositifs électroniques ou des circuits sur un matériau flexible tel que des étiquettes, des tissus et du carton, par application d'encres électroniques ou optiques. Il fournit une fabrication à très faible coût de dispositifs peu performants. L'électronique imprimée commence à être combinée à l'impression 3D, permettant l'impression de circuits ou de périphériques en couches. Une conséquence naturelle de cette puissante combinaison est qu'un jour vous pourrez peut-être imprimer des gadgets à partir de plans 3D plutôt que de les acheter.

La préparation des aliments est un autre moyen d'utiliser les imprimantes 3D. L’Institut culinaire français utilise une imprimante 3D à source ouverte mise au point à l’Université Cornell pour préparer des mets délicats, et le MIT a créé une imprimante alimentaire 3D appelée Cornucopia. Un petit nombre de restaurants testent des prototypes d'imprimantes pour aliments. La recherche en impression 3D de la NASA a inclus l’impression alimentaire, telle que la pizza imprimée en 3D.

Une poignée d'imprimantes 3D pour aliments sont maintenant disponibles dans le commerce. Ils ont tendance à se concentrer sur des aliments particuliers, tels que le chocolat, les crêpes ou les biscuits.

Que sont les services d'impression 3D?

Il n'est pas nécessaire de posséder une imprimante 3D pour en bénéficier. De nombreux services d'impression 3D, tels que Shapeways et Sculpteo, permettent d'imprimer des cadeaux et d'autres petits articles à la commande sur leurs propres imprimantes 3D, puis de les expédier au client. Les clients peuvent soit soumettre leurs propres fichiers d'objets 3D, soit choisir des éléments, la plupart d'entre eux conçus par d'autres utilisateurs du service, à partir d'un catalogue en ligne.

Mais les services d'impression 3D ne sont plus uniquement le domaine des spécialistes. Les grandes entreprises telles que Staples et UPS ont introduit les services d’impression 3D et certains magasins d’imprimerie traditionnels ont ajouté l’impression 3D à leur répertoire.

Où puis-je me procurer une imprimante 3D?

La plupart des fabricants d’imprimantes 3D vendent leurs produits directement en ligne. De nombreux détaillants en ligne les stockent maintenant, y compris des entreprises en ligne telles que Amazon.com et d'autres qui possèdent également des magasins physiques. Certains de ces derniers, tels que Walmart, Best Buy et Staples, les proposent en magasin ou en ligne, mais assurez-vous de vérifier la disponibilité en magasin sur leur site Web, car tous les points de vente ne les proposent pas. Plusieurs magasins d'imprimantes 3D ont ouvert leurs portes dans les grandes villes. Par exemple, iMakr a des vitrines à Londres et à New York.

Quelques détaillants en ligne sont spécialisés dans les imprimantes 3D, telles que Dynamism, qui vend une gamme d'imprimantes 3D de différentes marques et fournit également une assistance à la clientèle.

De quel logiciel ai-je besoin pour l'impression 3D?

Presque toutes les imprimantes 3D acceptent les fichiers au format STL (nommé pour stéréolithographie). Ces types de fichiers peuvent être produits par la plupart des logiciels de CAO, des logiciels commerciaux coûteux tels qu'AutoCAD aux produits libres ou open source tels que Google SketchUp et Blender. Pour ceux qui ne sont pas enclins à créer leurs propres fichiers 3D, les bases de données d'objets 3D telles que Thingiverse de MakerBot proposent de nombreux fichiers d'objets 3D pouvant être téléchargés et imprimés.

La plupart des imprimantes 3D sont livrées avec une suite logicielle, fournie sur disque ou téléchargeable, qui inclut tout ce dont vous avez besoin pour imprimer. Les suites fournissent généralement un programme de contrôle de l’imprimante et un segment qui, en vue de l’impression, formate le fichier objet en couches en fonction de la résolution sélectionnée et d’autres facteurs. Certaines suites incluent un programme permettant de "soigner" le fichier objet en corrigeant les problèmes pouvant gêner le bon déroulement de l'impression. Les programmes sont issus du mouvement open-source RepRap, à partir duquel l'impression 3D amateur a été développée. Avec certaines imprimantes, vous pouvez choisir les programmes de composants individuels à télécharger plutôt que d’utiliser ce qui est fourni dans la suite.

Que réserve l'avenir pour l'impression 3D?

Une variété d’imprimantes 3D pour la maison et les petites entreprises est facilement disponible - PCMag en a examiné un grand nombre - mais elles sont toujours considérées comme des produits exotiques et plutôt coûteux. Attendez-vous à ce que cela change dans les prochaines années, lorsque les imprimantes 3D deviendront de plus en plus courantes dans les maisons, que l'on en trouve sur les établis, les studios, les bureaux à domicile et même dans les cuisines. Vous ne les trouverez peut-être pas dans tous les foyers, mais ils deviendront indispensables pour ceux qui les possèdent. Dans la plupart des cas, les éléments fabriqués avec des imprimantes 3D ont un intérieur homogène, mais nous allons commencer à voir des créations plus complexes associant plusieurs matériaux et composites, ainsi que des composants électroniques imprimables. Avec les imprimantes 3D actuelles, si vous perdez le cache de la batterie de votre télécommande, vous pouvez imprimer un cache de remplacement. Avec demain, si vous perdez votre télécommande, vous pourrez imprimer une nouvelle télécommande.

En outre, l’impression 3D gagne du terrain dans l’espace. La NASA expérimente des imprimantes 3D à bord de la Station spatiale internationale. À terme, les imprimantes 3D pourraient être utilisées pour créer des habitats sur Mars et d’autres mondes. Pour éviter aux astronautes d'Apollo 13 de mourir d'asphyxie au monoxyde de carbone, la NASA devait en effet trouver le moyen d'insérer une cheville carrée dans un trou rond. S'il y avait eu une imprimante 3D à bord, ils auraient pu facilement résoudre le problème en concevant et en imprimant un connecteur.

Les astronautes ne peuvent pas utiliser Home Depot s'ils ont besoin de remplacer une vanne ou un widget, mais une imprimante 3D peut en fabriquer une au besoin. De même, nous verrons des imprimantes 3D installées dans des bases antarctiques et d'autres lieux terrestres éloignés, où les gens ne peuvent pas attendre six mois avant le prochain réapprovisionnement pour remplacer des pièces ou des outils essentiels.

Les applications médicales de l'impression 3D ne se limitent pas aux prothèses, aux appareils auditifs et aux couronnes dentaires. (Voir "Que peuvent faire les imprimantes 3D?" Ci-dessus pour un aperçu de ce qui est à l'œuvre.) Les pièces de rechange ne doivent pas nécessairement être limitées à la mécanique.

Ces dernières années, nous avons assisté à une explosion de la variété et de l’utilisation des imprimantes 3D. C’est un peu comme lorsque l’informatique personnelle existait vers 1980. Bien qu’il soit assez facile de voir certains domaines dans lesquels le domaine de l’impression 3D se développera, d’autres sont au-delà de notre capacité à prédire, tout comme personne en 1980 n’aurait pu imaginer l'ordinateur personnel deviendrait. Il est possible que l’impression 3D n’ait pas le même impact que le PC, mais elle a le potentiel de révolutionner la fabrication et, peut-être plus important encore, de la mettre entre les mains des consommateurs ordinaires. Une chose est sûre cependant: l’impression 3D est là pour rester.

Pour en savoir plus, consultez notre guide sur les 10 meilleures imprimantes 3D et quelques informations d'un débutant.