l’impression 3d pour l’ ti tl’artisanat - ifram · barcelone, 2011. architecture, ingénierie...

L’impression 3D pour l’ ti tl’artisanat

Oct. 2014

Les technologies d’impression 3D Les domaines d’application Et en tant qu’artisan ? Focus sur le « Manche Lab » Focus sur le « Manche Lab » Démonstration

Les technologies d’impression 3D

Bien que le brevet date de 1984, de nombreuses techniques de « fabrication additive » ont vu le jour au cours de la dernière décennie : Le dépôt de matière fondue Le frittage sélectif par laser La stéréolithographie Le frittage laser direct de métal

Les technologies d’impression 3D

Quel que soit le procédé, le principe de base est leQuel que soit le procédé, le principe de base est le même :  L’objet est créé via un logiciel 3D (ou numérisé via unL objet est créé via un logiciel 3D (ou numérisé via un scanner 3D)

Le fichier obtenu (.STL : Standard Tessellation) est ( )découpé en plusieurs couches (« slicing ») avant d’être envoyé à la machine.

Les technologies d’impression 3D

Les avantages :  Fabriquer « rapidement » tous types d’objets, y compris objets difficiles à fabriquer dans l’industrie traditionnelle

Un coût de fabrication faible pour les prototypes ou tit é ipetites séries

Pouvoir calibrer tous les paramètres de fabrication P id d l’ bj t Poids de l’objet,

Type de remplissage…

LE DÉPÔT DE MATIÈRE FONDUE

Le dépôt de matière fondue

« Fused Deposition Modeling » (FDM)  Existe depuis les années 80, commercialisé depuis lescommercialisé depuis les années 90 et démocratisé depuis les années 2000.depuis les années 2000. 

Le procédé :  Un fil de matière de 0 1 mm de Un fil de matière de 0,1 mm de diamètre est chauffé et  extrudé à travers une buse se déplaçant p çsur 3 axes : x, y, z.

La plateforme descend d’un niveau à chaque nouvelle couche jusqu’à impression de l’objet.

Le dépôt de matière fondue

Cette technologie est compatible avec un largeCette technologie est compatible avec un large choix de polymères thermoplastiques : ABS ( l it il b t di t ) ABS (acrylonitrile butadiene styrene)

HIP (High Impact Polyester), soluble dans le D‐Limonène

PLA (P l l ti A id) PLA (Polylactic Acid) PVA (polyvinyl alcohol plastic) (soluble dans l’eau), Filament bois (« LayWood ») Filament bois (« LayWood »)  Filament pierre (« LayBrick ») mélange de Craie blanche associée à des 

co‐polyestèresp y

Céramique Flex Matières alimentaires…

Exemples de matériaux

HIP ou PVA, pour supports

Exemples de matériaux

Le « Flex » peut être remodelé dans de l’eau à 60° Le « Flex » peut être remodelé dans de l eau à 60

Exemples de matériaux

Filament bois : 40 à 80 % de sciure de bois + PLA ou élastomères

Exemples de matériaux

Filament bronze : enrichi en particules de bronze ilFilament bronze : enrichi en particules de bronze, il est 3 à 4 fois plus lourd que du PLA.

Le dépôt de matière fondue

Cette technique permet de fabriquer des objetsCette technique permet de fabriquer des objets difficilement réalisables voire impossibles avec des moyens conventionnelsmoyens conventionnels.

Elle garantit d’excellentes propriétés mécaniques.é l Résolution : 100 microns

La grande gamme de matériaux se traduit aussi par une grande gamme de couleurs.

Le dépôt de matière fondue

Des contraintes :Des contraintes :  Rétractation des matériaux :

PLA : 0,2 %, ABS : 2 %

Nécessité d’un support pour certains objets (porte à faux) 

Temps de fabrication : 30 min / cmS f bt i Surfaces obtenues moins lisses que celles issues d’un moule Imprimer un objetmoule. Imprimer un objet prend une demi‐heure par centimètre.

Le dépôt de matière fondue

Ce procédé est utilisé dans de nombreux domaines :  aérospatiale,  automobile,  architecture, médical,  décoration, art…

autant pour le prototypage rapide que pour la fabrication de pièces fonctionnelles.p

LE FRITTAGE SÉLECTIF PAR LASER

Frittage Sélectif par Laser

SLS (selective laser sintering) ou DMLS (Direct MetalSLS (selective laser sintering) ou DMLS (Direct MetalLaser Sintering)

Là aussi l’impression se fait couche par couche à Là aussi, l’impression se fait couche par couche, à partir de poudres fusionnées, grâce à la température générée par un laser CO2température générée par un laser CO2

Frittage sélectif par laser

Le procédé :  un bras métallique coulissant étale de la poudre sur la plateforme d’impression. 

un laser vient taper la poudre aux endroits qui doivent êt lidifié L l l t l d lêtre solidifiés. Lorsque le laser tape la poudre la température de cette dernière augmente fortement, et fusionne les particules de poudre entres elles pour lesfusionne les particules de poudre entres elles pour les transformer en matière solide.

Comme pour le dépôt de couches la plateformeComme pour le dépôt de couches, la plateforme d’impression baisse au fur et à mesure de la fabrication de l’objetfabrication de l objet. 

Frittage sélectif par laser

Les matériaux :  métaux (titane, acier, nickel et alliages) pour le DMLS  polymères pour le SLS

Frittage sélectif par laser

Excellente résistance mécanique et résistanceExcellente résistance mécanique et résistance chimique à la température

Ce procédé permet de générer des pièces Ce procédé permet de générer des pièces coloriables et sans contrainte de forme 

La résolution des pièces varie de 50 à 150 microns, en fonction de la précision de la machine utilisée.

Frittage sélectif par laser

Les domaines d’application :  design  automobile,  aéronautique  génie biomédical dentaire industrie de l'outillage.

LA STÉRÉOLITHOGRAPHIE

La stéréolithographie

SLA (stereolithograph apparatus)SLA (stereolithograph apparatus) Procédé breveté en 1986, la première machine commerciale a été développée en 1988commerciale a été développée en 1988. 

La stéréolithographie

Le procédé : principe de photo‐polymérisation  La pièce est fabriquée dans un bassin de résine Un rayon de lumière ultra‐violette contrôlé à l’aide de déflecteurs. Le faisceau laser balaie la surface de résine li id t l lidifiliquide et la solidifie. 

Post‐traitement :  Passage au four pour finir la polymérisation et accroître au maximum la résistance du matériau.

Il faut ensuite nettoyer la pièce avec un solvant.

La stéréolithographie

Matériaux :  résines acrylates ou époxys ABS

Ce procédé :p permet de fabriquer des pièces de toute taille et de géométrie complexe avec une grande précision : couches de 0.015 mm

est 10 fois plus rapide que le dépôt de fil

Domaines d’application :  tous domaines, y compris industriels

Contraintes générales

Quel que soit le procédé utilisé :  Les matériaux coûtent 50 à 100 fois plus cher que ceux utilisés pour le moulage par injection plastique. 

On ne peut pour l’instant imprimer qu’environ 200 té i diffé t200 matériaux différents.

Selon les procédés, le coût de la machine.

Contexte général

Le « crowdfunding », élément de développement des outils d’impression 3D :

3D Doodler Foldarap Form 1

DOMAINES D’APPLICATION

Mécanique, industrie

Fabrication de pièces en petitepièces en petite série

P t tPrototypage pour valider un concept

Design industriel, packaging

Validation d’une forme ou d’une couleurcou eu

Design, mode

Fabrication de robes, accessoires… avec des formes complexes

Joaillerie, orfèvrerie

Prototypage, dèl dmodèles de 

présentation

Secteur médical

Prothèses

Des matériaux édimédicaux 

(collagène, cartilage…)

Evénementiel

« Be your ownsouvenir » ‐Barcelone, 2011,

Architecture, ingénierie

Maquettes deMaquettes de concours

Maquettes de présentationprésentation

Art

Le futur de la sculpture ? 

Les applications grand public

Bricolage

Modélisme

Fabrication de ab cat o demoules

Les applications « édu »

Pour illustrer une notion

Pour motiver à

Pour mettre en application 

Pour motiver à l’apprentissage de la 3D

des projets

ET EN TANT QU’ARTISAN ?

Des procédés de plus en plus accessibles

Les imprimantes 3D ouvrent des possibilitésnouvelles aux PME et aux activités artisanales, pourseulement quelques milliers d'euros.

Des champs d’applications multiples : De la réalisation rapide de prototypes à la fabrication depetites séries jusqu’à la réalisation de maquettesarchitecturales.

Une filière en pleine croissance

Des prestations qui couvrent aujourd’hui l’impression 3D : Sculpteo Shapeways

Et qui couvrent aussi la création des modèles 3D :  Novimage (Cherbourg)g ( g) Filière de la Réalité Virtuelle et de la 3D en Basse Normandie

R&D TechFrance (Rennes)

Pourquoi utiliser l’impression 3D ?

Pour réaliser un prototype :  Outil de communication interne ou pour un client :

Meilleur impact que celui d’un modèle virtuel Pouvoir toucher le produit avant de lancer la fabrication

Ré li iè t Réaliser une pièce « master » : Réduction des temps de conception Éviter des erreurs coûteuses en validant la fonction et le design Éviter des erreurs coûteuses, en validant la fonction et le design Amélioration de la qualité du produit

Créativité :  Faire émerger de nouvelles idées Cycle de conception et d’amélioration d’un objet avec peu de gâchis de matière

Pourquoi utiliser l’impression 3D ?

Pour réaliser une pièce unique ou en très petite série :  Si les caractéristiques de la pièce sont suffisantes pour l’application à laquelle est destinée.

Pour certaines pièces complexes difficilement réalisables autrement.

FOCUS : LE MANCHE LAB

Le projet

le MancheLab, c’est un FAB LAB Un atelier de fabrication numérique, disposant de divers machines et matériels, ouvert à tous les Manchois

le MancheLab, c’est un FAB LAB mobile Transposition du modèle urbain (« un lieu, des équipements ») à un modèle rural (« un véhicule, des équipements »)

Une caravane, qui est à la fois le moyen de transport et de stockage des matériels, et lieu d’accueil du public

Le projet

le MancheLab, c’est un FAB LAB mobile et mutualisé Le matériel sera mis à disposition des collectivités de la Manche (notamment via le réseau des EPN),

Il pourra être loué par les professionnels

le MancheLab, c’est un FAB LAB mobile et mutualisé à destination de différentes cibles Grand public Professionnels (entreprises, artisans…) Artistes  Scolaires et étudiants…

La caravane

À la fois moyen de stockage du matériel et lieu À la fois moyen de stockage du matériel et lieu d’accueil du public

Les matériels

DéDécoupeuse laser : découpe de pièces dans des matériaux platsmatériaux plats (bois, textiles, papier…)

Imprimante 3D: permet de fabriquer des objets en plastique, en trois dimensions

Les matériels

Fraiseuse à commande numérique: 

Matériel électronique : pour l’initiation, q

sculpte des objets complexes dans du bois, du métal…

des ateliers électronique et robotique

Découpeuse vinyle : découpe de papierde papier, cartonnettes, banderoles… usage très grand public