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L'impression 3D

Il existe plusieurs méthodes:

1. la déposition linéaire, permettant les formes creuses fermées. Faibles pertes de matière. http://www.youtube.com/watch?v=G14LTPFFAWo
2. le fraisage de matériaux, à formes pleines uniquement. Pertes assez importantes de matière. http://www.youtube.com/watch?v=Xkcsm0WG7v8#t=390
3. la solidification de substrat liquide/poudreux par rayonnement convergent, généralement laser pour la précision. Formes creuses à priori possibles mais très dures à obtenir d'une traite. Pertes de matière très variable selon le recyclage. http://www.youtube.com/watch?v=LWpVCSyErgM#t=34

Il existe plusieurs systèmes de déplacement:

1. XYZ perpendiculaires pour la buse et/ou le plateau, très classique. http://www.youtube.com/watch?v=ioDAkS6wGhk#t=31
2. n axes NON perpendiculaires, offrant notamment pour le fraisage plus de possibilités. http://www.youtube.com/watch?v=ivcVLfffZhE#t=35
3. le fraisage-tournage de précision pour des pièces ayant une relative symétrie. http://www.youtube.com/watch?v=Cl_fClpgP7s#t=46

Note: l'electroérosion rentre dans la catégorie fraisage mais est d'utilité limité du fait formes complexes quasi impossibles à produire en 3D. On limite souvent son usage à la découpe de précision 'à plat'.

Lors de l'opération VosgesLibres j'ai pu me renseigner auprès de l'équipe du site openedge.eu proposant la 1ere imprimante 3D libre (+ la 1ere portable) française (http://openedge.eu/product/foldarap-2-kit/)

Elle repose sur la méthode simple de déposition linéaire et progressive d'un filament de plastique chaud en lui donnant une forme, en empilant couche sur couche dans certaines limites physiques (des plans horizontaux sans supports tombent).

• Le modèle portable (foldarap-2) utilise une tête se déplaçant uniquement verticalement via une arche et un plateau mobile XY.
  Consommation MAX 160W, 110W typique. 554€ HT.

• La version XL, cube de 60cm de côté, bientôt finalisé, non portable et modulable en taille (1m de côté max sans changement spécifique, pour supérieur nécessite un autre type de tubulure pour limiter sa courbure) tout comme en type de buse (diamètre, matière du consommable, etc), est plus performante et fonctionne à l'opposé avec un plateau se déplaçant verticalement et un chariot porte-buse(s) en XY uniquement.
  Consommation MAX 200W, 150W typique (de mémoire, pas sûr). 800€ à vérifier une fois le modèle annoncé (08 juin 2014 toujours rien).

La modélisation

Pour créer le modèle il faut impérativement passer par un programme de CAO, type Blender, Catia, 3DSmax, Google Sketchup et sauvegarder le modèle au format STL. Le fichier est ensuite traité par un programme spécifique à l'imprimante, dénommé “slicer”, qui va découper le modèle en tranches horizontales et l'optimisant (ou avertissant des problèmes). A noter que la version utilisée par l'équipe du site OpenEdge n'est pas optimisée au point de produire des tranches suivant la forme de l'objet afin d'améliorer sa résistance. Elle crée cependant automatiquement des tranches de manière à croiser perpendiculairement le sens des fils d'impression d'une couche à l'autre, avec possibilité de débrayer ce mécanisme si besoin (augmentation de la flexibilité sur un axe ou modèle sécable). A noter que l'on peut créer des modèles *CREUX* ou utilisant des structures internes de type nid d'abeilles ou autres afin de limiter le poids/la consommation/le temps d'impression pour une résistance approximativement équivalente. Il est possible d'obtenir des fils DEPOSES de matière plus fins que la buse en jouant sur la pression de sortie, l'altitude et la vitesse de déplacement de ladite buse mais cela impose la prise en compte de la vitesse de solidification de la matière employée (théoriquement fait par le processeur embarqué).

Les buses

Elles chauffent le filament et le liquéfie afin qu'il soit déposable. Lorsqu'elle repasse au contact d'une zone déjà imprimée elle fait partiellement fondre par rayonnement le substrat, permettant une fusion complète avec le filament en cours de déposition (et non un vague collage par contact). La température est autour de 175°C, selon le matériau, pouvant descendre à 120°C pour les plus sensibles. Ne pas toucher directement, même si pour ce faire il faut vraiment le vouloir. Plusieurs diamètres existent, certains modèles d'imprimantes permettent de changer les buses simplement en les dévissant.

Les consommables

La difficulté principale est que la qualité et l'homogénéité du produit varie grandement, non seulement d'un fabricant à l'autre mais aussi d'une bobine à l'autre. Alors bien sûr la qualité se paie mais le 'très haut de gamme' reste quelque peu variable et il ne faut pas espérer obtenir un modèle de bonne qualité en utilisant plus d'un fil unique (en plus de l'exercice périlleux consistant à raccorder deux fils ensemble). Aussi les premiers prix peuvent varier en diamètre ce qui peut bloquer le fil dans la buse.
Plusieurs matières sont utilisables, les plus originales sont le nylon [coefficient de frottement faible, utile pour les pièces en mouvements], un plastique “dissolvable dans l'eau” (PLA? J'en doute) [pouvant être utilisé comme support structurel se retirant aisément], la céramique [pas plus de détails, je suis dubitatif, aurai-je mal compris?] et enfin certaines substances biodégradables (PLA) formées à partir de rejets de fermentation d'amidon par des bactéries spécifiques. A noter que cette dernière substance était déjà évoquée par l'exposition Consomm'attitude au sujet de T-shirt biodégradables (sur fumier, pas de risque de finir à poil à la première averse ou de ne pas retrouver son vêtement après lavage). Aussi certaines substances émettent des vapeurs toxiques durant l'impression, nécessitant une ventilation et un filtrage importants, mais aussi par la suite, sur une durée plus ou moins longue pouvant se compter en mois. C'est un point sur lequel il est nécessaire d'être particulièrement vigilant. Le support sur lequel est déposé le substrat est généralement une dalle en verre trempé, car lisse et plan, auquel il colle. Ce qui semble à priori être un point négatif est en fait vital sinon le modèle bougerait durant l'impression (comme un papier calque qu'on n'aurait pas fixé). On peut renforcer la dalle par un revêtement plastique spécifique (infos à compléter). Le filament est poussé par un petit moteur placé généralement sur le cadre de l'imprimante, qui commande précisément non seulement le débit mais la pression.

La motorisation

Les moteurs sont en fait des servomoteurs permettant un positionnement précis du filament. Le volume sonore produit par les modèles exposés à VosgesLibre est assez discrêt et le timbre plutôt dans les mediums donc supportable, même si probablement moins tolérable une fois placé dans une pièce calme au lieu d'une foule en discussion.

Opinion perso

Autant j'ai pu apprécier l’amabilité et le professionnalisme des 2 créateurs sur ces 2 jours, autant j'ai été quelque peu déçu par la technologie elle-même.

1. A savoir que la solidité des pièces produites n'est pas extraordinaire quelques fois. Par exemple j'ai cassé par mégarde un exemplaire de présentation de bouchon de scalpel en pressant légèrement sur ses pattes (d'une épaisseur double d'un modèle moulé classique du commerce). A imputer à la technologie, au choix de l'évidement interne, à la forme ou à la matière, nous ne le sauront pas avec certitude, cependant je pencherais pour ces deux derniers points, principalement. Globalement les pièces de moins de 6-7 couches AU MINIMUM sont à réserver aux prototypes et non à l'usage final, j'opterai pour le double par sécurité.
2. Mais surtout l'état de surface est assez mauvais. Même à la finesse maximum (0,2mm ?) on peut observer et encore plus sentir les lignes déposées parallèles à l'aspect relativement grossier faisant penser au sable des jardins zen japonais. Selon la matière employée on peut remédier à cela en utilisant des vapeurs d'acétones (gommant du coup les détails fins de la pièce) ou en utilisant des limes fines/du papier de verre de carrossier ou une recuisson de surface au fer à décaper mais c'est assez risqué. On est donc très loin de ce que l'on peut trouver sur internet chez d'autres (même si la retouche d'images est certaine) notamment ce que semble proposer l'ULTIMAKER, cf 1ere vidéo. Bien entendu la face en contact avec la dalle en verre est quasi parfaite pour ce qui est de son état de surface.

Bientôt

Le binôme d'OpenEdge pensent proposer d'ici moins de 6 mois un moyen d'impression 3D MÉTALLIQUE concurrençant (CàD écrasant) d'après eux les méthodes classiques, 3D ou non. Malgré les quelques infos extraites je reste dubitatif (méthode précisée “sans recuite, sans frittage”, supposément potentiellement par pulvérisation de particules métalliques en fusion (buse avec arc en sortie? Agglomérage par ionisation, mais cela nécessiterait un passage au four pour au moins une fusion de surface…?)). Le modèle d'imprimante en question n'est PAS compatible avec l'imprimante 'XL'.

Article de LesNumériques sur les tendances d'usage des imprimantes 3D: http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/3dhubs-offre-tendances-impression-3d-a-travers-monde-n37003.html

Impression metal:
http://www.generation-nt.com/impression-3d-grand-public-metal-progresse-actualite-1908878.html En gros un poste de soudure à l'arc (nu donc hautement dangereux pour la VUE!) au lieu de la buse. Niveau solidité on est très loin du fraisage. On est aussi limité par la température de fusion des matériaux employés.

Expérience acquise

• Penser à ordonner au moteur contrôlant le débit de faire machine arrière un instant à la fin de l'impression afin de rétracter le filament, qu'il ne se solidifie pas dans la buse ou bave sur le modèle.
  
• Du fait, avant toute impression placer une ligne d'essai dans le fichier du modèle afin que le fil chauffe et sorte de manière continue AVANT d'entamer l'impression de l'objet même afin d'éviter un faux départ où la buse ne déposerait pas de produit sur les premiers mm du modèle. C'est d'autant plus important pour l'ABS avec sa température de chauffe de 220°C ce qui le rendant plus susceptible d'une certaine dégradation dans la qualité de l'impression à cause des variations de température locale (plaque, pièce imprimée, environnement proche et local où est placée l'imprimante). Il est nécessaire le plus souvent d'avoir un plateau chauffant pour éviter tout déformation dû à la différence de température.

Références

http://openedge.eu/

http://reprap.org/wiki/RepRap

Les numériques ont fait un ensemble de tests des imprimantes disponibles sur le marché en date du 12 octobre 2014:

makerbotreplicator mini (1585€)
http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/makerbot-replicator-mini-p18784/test.html ultimaker2 (2299€)
http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/ultimaker-ultimaker-2-p21872/test.html

flashforge creator pro (1290€)
http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/flashforge-creator-pro-p21898/test.html

PLA (APL en Français) - Acide polylactique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_polylactique
Remarques: le PLA, formé à partir d'amidon de maïs est biodégradable et utilisé dans des emballage de type boite d’œufs, est à priori 'digestible' comme des fibres alimentaires et ne produit pas d'émanations mais brûle facilement et se dégrade plus ou moins vite au contact de l'eau et/ou de la chaleur. Feedrate (mm/s) : 40
Travel Feedrate : 55
Print temperature : 170
Plateforme : 70°C.
De part sa (relativement) faible température de fusion le temps de préchauffage est court et il est moins sujet aux variations de qualité d'impression du fait des changements de température de l'environnement) mais du coup le ponçage et la découpe tendent à le faire fondre. Il existe des versions flexibles (à priori inponçables) assez élastiques mais qui nécessitent une vitesse d'impression lente pour éviter qu'ils ne s'étirent durant le dépôt..

ABS - Acrylonitrile Butadiène Styrène
http://fr.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadi%C3%A8ne_styr%C3%A8ne
Exemple commun: LEGO.
Feedrate (mm/s) : 30
Travel Feedrate : 45
Print Temperature : 220
Plateforme : 120°C.
Usage normal jusqu'à 70°C, -40°C approx → usage intérieur uniquement.
Résistance passable aux UV, acides, bases et solvants. Jaunissement possible lorsqu'exposé aux UV mais peut être peint facilement.
Ayant une température de fusion élevée le temps de préchauffage est d'autant plus long et l'ABS est dès lors plus sensible aux variations locales de température, pouvant provoquer un retrait (contraction) des pièces mais l'état de surface devrait être meilleur.

PLA vs. ABS http://www.frimco3d.com/?page_id=212

Nylon - polyamides (PA)
Grande résistance à la friction.
Faible température de fusion (variable selon le type de polymère, 235 à 260°C), pas besoin de plateau chauffant.
Faible résistance aux acides, bases et solvants mais généralement adapté au contact alimentaire.

PET - polytéréphtalate d'éthylène
La température nécessaire à son impression est de l'ordre de 220°C, matériaux final solide et souple, potentiellement translucide, type bouteille d'eau mais non adapté au contact alimentaire.

RESINES
Caractéristiques très variables, comme les polyamides, sauf l'état de surface qui est généralement très bon. Réservé à certains types d'impression (pas en bobine).

Temporaires:

PVA - Alcool Polyvinylique
Matériau à haute biodégradabilité, sert de support pour les structures complexes. Un bain d'eau court suffit à le dissoudre. Éventuellement utile pour un prototype à usage unique.

HIPS - High Impact PolyStyrene
Semblable à l'ABS mais se dissout au contact de… L'écorce d'orange (D-limonène, take that lesnumériques!).

Exemple de la variété de types de bobines et matériaux trouvables:
http://www.imprimante3dfrance.com/filaments.html

La lubrification des axes

http://reprap.org/wiki/Lubrication Je conseillerais le téflon sous forme de graisse (si possible NLGI 0 ou 1, le niveau 2 risque d'être un peu trop visqueux) ou, bien mieux et étrangement non abordé dans leur wiki malgré ses grandes qualités, la paraffine.

https://www.youtube.com/channel/UCfSAX4DQjY0m2JxhjWzjDbA/featured

Tuto SketchUp - Processus d'impression 3D avec une MakerBot
http://www.youtube.com/watch?v=tX5-ZaxDCnE

Vidéo d'interview du PDG de Sculpteo
http://www.youtube.com/watch?v=CWkVFn2SixQ

Lissage par vapeur d'acétone d'une impression 3D en ABS
http://www.youtube.com/watch?v=T58lOHvSFu0

Impression 3D metallique
http://www.youtube.com/watch?v=VCH5bNa4il4

Impression 3D titane, les déformations visuelles sont dues à la fonction de stabilisation d'image.
http://www.youtube.com/watch?v=mZxLko4XrJM#t=89

The Top 10 Personal 3D Printers (2013), 5 & 7 abordables, ultimaker en 3.
http://www.youtube.com/watch?v=RrOt4R-kR2g

Geeetech Mini G2S Pro Delta 3D Printer DIY Kit - EU PLUG BLACK 217.07€
http://www.gearbest.com/m-goods-id-368052.htm (190 x 190 x 220mm build volume, 0.3mm nozzle, PLA, ABS, nylon, bois) FoldaRap 2 445€
http://openedge.eu/product/foldarap-2-kit/ OUT

Ultimaker 2 1895€
https://www.ultimaker.com/ Ultimaker 2+ 1.895€ HT, 2+ Extended: 2.495€ HT (22 mars 2016) https://ultimaker.com/en/products/ultimaker-2-plus
BUILD VOLUME Ultimaker 2+ : 223 × 223 × 205 mm Ultimaker 2 Extended+ : 223 × 223 × 305 mm MATERIALS Filament system:Open filament system Optimized for:PLA, ABS, CPE LAYER RESOLUTION From:600 microns Up to:20 microns Build speed Up to 24 mm3/s Travel speed Up to 300 mm/s

MakerBot Replicator Mini 1375$ (idem le 22 mars 2016)
http://store.makerbot.com/replicator-mini

3D cube 989€ DEAD
http://cubify.com/en/Cube Impression 70µm

eMotion Tech µDelta 400-458€ 400€ (le 22 mars 2016)
http://www.reprap-france.com/home/113-%CE%BCdelta.html OUT
http://www.reprap-france.com/produit/1234568322-imprimante-3d-micro-delta-revision-1-1]\\ [[http://www.erenumerique.fr/_emotion_tech_delta_l_impression_3d_monter_soi_meme-article-9625-1.html

3D Dagoma Discovery200 (à monter)
http://www.dagoma.fr/produit/le-kit-discovery200/ 299€ (le 22 mars 2016)
http://www.journaldugeek.com/2016/03/12/on-a-teste-limprimante-3d-dagoma-discovery200-a-299e