Impression 3D

L’impression 3D, c’est quoi ?

• Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP »

L’impression 3D, c’est quoi ?

• Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP »• C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO

(virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur

L’impression 3D, c’est quoi ?

• Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP »• C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO

(virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur

• Tous les processus « RP » utilisent une approche de fabrication additive

L’impression 3D, c’est quoi ?

• Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP »• C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO

(virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur

• Tous les processus « RP » utilisent une approche de fabrication additive

• C’est quoi la fabrication « additive » ?

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:– Commence avec rien…

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:– Commence avec rien…– Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:– Commence avec rien…– Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants– La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique,

etc…

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:– Commence avec rien…– Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants– La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique,

etc…

• Exemple typique à l’échelle architecturale :

Fabrication additive

• Un processus de fabrication additif:– Commence avec rien…– Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants– La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique,

etc…

• Exemple typique à l’échelle architecturale :– Construire une structure en briques

Fabrication soustractive

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré– La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque

chimique etc…

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré– La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque

chimique etc…

• Exemple typique à l’échelle architecturale :

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré– La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque

chimique etc…

• Exemple typique à l’échelle architecturale :– Construire une base militaire suisse

à l'intérieur d'une montagne…

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré– La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque

chimique etc…

• Le prototypage peut également être fait par processus soustractif

Fabrication soustractive

• Un processus de fabrication soustractif :– Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final

(brut)– Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré– La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque

chimique etc…

• Le prototypage peut également être fait par processus soustractif

• Habituellement, cela se fait par fraisage commande numériqueou CNC):

(Computer Numerical Control)

Et puis…?

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…– Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change

simplement sa forme

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…– Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change

simplement sa forme

• La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique)

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…– Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change

simplement sa forme

• La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique)

• Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc.

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…– Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change

simplement sa forme

• La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique)

• Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc.

• Exemple typique à l’échelle architecturale :

Et puis…?

• Il existe aussi un troisième processus – la déformation…– Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change

simplement sa forme

• La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique)

• Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc.

• Exemple typique à l’échelle architecturale :– Les panneaux des façades des bâtiments EPFL originaux

Putting it all together…

Putting it all together…

• C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus

Putting it all together…

• C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus

• La plupart des choses sont construites en utilisant une combinaison de ces 3 processus d’addition, soustraction, et déformation de la matière

Putting it all together…

• C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus

• La plupart des choses sont construites en utilisant une combinaison de ces 3 processus d’addition, soustraction, et déformation de la matière

• … Mais ça, c'est une autre histoire.

Retour à la fabrication additive…

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

– Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à duvrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

– Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à duvrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

– En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes)

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

– Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à duvrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

– En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes)

• Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

– Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à duvrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

– En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes)

• Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches

• La finesse de tranches, la précision et la taille des objets possible varie selon le processus

Retour à la fabrication additive…

• Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives– Comme un plan topographique

• On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…• Mais plutôt un processus 2D en série

– Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à duvrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

– En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes)

• Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches

• La finesse de tranches, la précision et la taille des objets possible varie selon le processus

• Ainsi que les caractéristiques mécaniques et les matériaux possibles

Quelques-uns des processus les plus courants…

Quelques-uns des processus les plus courants…• Stereolithography (SLA)

– A laser beam hardens layers in a bath of liquid resin

• Materials: Various plastics• Characteristics: Highest precision, transparent possible• Machine cost: Very expensive Part cost: High

Quelques-uns des processus les plus courants…• Fused Deposition Modeling (FDM)

– Heats (softens) and extrudes a solid thermoplastic wire

• Materials: Various plastics (ABS, polycarbonate)• Characteristics: Low precision, strong parts, long print times• Machine cost: Moderate (size dependent) Part cost: Medium

Quelques-uns des processus les plus courants…• Fused Deposition Modeling (FDM)

– Heats (softens) and extrudes a solid thermoplastic wire

Quelques-uns des processus les plus courants…• Selective Laser Sintering (SLS)

– A laser beam fuses particles (powder) together to form solid layer

• Materials: Plastics, metals, composites• Characteristics: Medium to high precision• Machine cost: Very expensive Part cost: High

Quelques-uns des processus les plus courants…• Laminated Object Manufacturing (LOM)

– Laminates layers of sheet material and cuts them out (plastic, paper)

• Materials: Plastic (PVC), paper (no longer made)• Characteristics: Relatively low precision, semi-transparent parts• Machine cost: Very inexpensive (Solido) Part cost: Medium

Quelques-uns des processus les plus courants…• Polymer Inkjet printing (PolyJet)

– Prints a thick ink that hardens with UV light (plastic, rubber)

• Materials: Plastics, elastomer• Characteristics: High precision, semi-transparent parts, multi-

material possible• Machine cost: Expensive Part cost: Medium

Quelques-uns des processus les plus courants…• 3D Printing – inkjet binder – (Z Corp)

– Inkjet prints a glue (binder) onto a powder to solidify layer

• Materials: Plaster, starch, ceramic• Characteristics: Med-low precision, somewhat fragile parts, fast

print• Machine cost: Moderate Part cost: Low

Quelques-uns des processus les plus courants…• Wax printers – (Solidscape, Thermojet)

– Melts and deposits fine wax droplets to make layers

• Materials: Wax metal (lost wax castings for jewelry, medical, etc.)

• Characteristics: High to very high precision• Machine cost: High to moderate Part cost: Medium

Et puis, pour un changement d’échelle…

Bon, revenons à notre petite échelle…

Bon, revenons à notre petite échelle…

• Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

Bon, revenons à notre petite échelle…

• Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

• Un modèle 3D CAO…

Bon, revenons à notre petite échelle…

• Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

• Un modèle 3D CAO…• Modéliser vos objets dans le

logiciel que vous préférez…

Bon, revenons à notre petite échelle…

• Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

• Un modèle 3D CAO…• Modéliser vos objets dans le

logiciel que vous préférez…

Bon, revenons à notre petite échelle…

• Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

• Un modèle 3D CAO…• Modéliser vos objets dans le

logiciel que vous préférez…

Consignes pour le modèle 3D

• Le modèle doit être un ou plusieurs volumes fermés• Le fichier avec l’objet doit être en MM et à l’échelle 1:1

(pour le modèle)

• Nous avertir assez en avance si vous voulez imprimer une pièce

• Prendre rendez-vous avec Mitch pour des conseils

• Si c’est fait avec Rhino, amener le fichier en format Rhino (.3dm)

• Si c’est fait avec un autre logiciel :– Soit : exporter en format « volumique » ou « surfaces »

si possible (IGES, STEP, SolidWorks etc. – consulter Mitch pour plus d’info)

– Ou bien : exporter en format .STL (attention aux réglages)

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

• Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

• Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

• STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

• Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

• STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie

• STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

• Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

• STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie

• STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles

• Donc, le logiciel de modélisation doit avoir la capacité d’exporter un fichier en format .stl (les plupart en ont)

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?Eh, ben, NON…

• Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

• Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

• STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie

• STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles

• Donc, le logiciel de modélisation doit avoir la capacité d’exporter un fichier en format .stl (les plupart en ont)

• Notre pilote d'imprimante 3D peut alors importer ce fichier et ensuite imprimer l'objet

Que dois-je savoir encore ?

• Nos machines sont des Stratasys FDM (Fused Deposition Modeling)

• Volumes de travail (en mm):– Petite machine 200 x 200 x 300– Moyen (nouvelle !) 250 x 250 x 300– Grande machine 400 x 350 x 400

• Contraintes :– Épaisseur de paroi – minimum 1.5mm– Des colonnes verticales de petit taille peuvent échouer ou

casser– Résolution - épaisseur de tranche 0.25/0.33mm (0.18 avec 1

petite machine)

• Plus que c'est grand, plus qu’il faut de temps et plus ça coûtera cher…

Donc, combien de temps prendra-t-il?

Donc, combien de temps prendra-t-il?

• FDM est un processus loooongue…

Donc, combien de temps prendra-t-il?

• FDM est un processus loooongue… • Le temps d'impression moyen est de 12 heures

Donc, combien de temps prendra-t-il?

• FDM est un processus loooongue… • Le temps d'impression moyen est de 12 heures• Il peut varier entre une heure ou deux (petites pièces)

jusqu’à…

Donc, combien de temps prendra-t-il?

• FDM est un processus loooongue… • Le temps d'impression moyen est de 12 heures• Il peut varier entre une heure ou deux (petites pièces)

jusqu’à…• …PLUSIEURS JOURS… (plus gros objets, beaucoup de

détails)

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

• En un mot, NON…

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

• En un mot, NON…• La quantité de matière «support» requise peut varier

considérablement

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

• En un mot, NON…• La quantité de matière «support» requise peut varier

considérablement• La forme et les détails ont un grand effet sur le temps

d'impression

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

• En un mot, NON…• La quantité de matière «support» requise peut varier

considérablement• La forme et les détails ont un grand effet sur le temps

d'impression• Les résolutions plus fines prendront plus de temps

Combien ça va me coûter ?

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…– Et donc, combien cela va coûter…

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…– Et donc, combien cela va coûter…

• La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement »

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…– Et donc, combien cela va coûter…

• La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement »

• Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer »

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…– Et donc, combien cela va coûter…

• La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement »

• Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer »• Le coût est directement lié à la quantité de matière

consommée

Combien ça va me coûter ?

• Encore une fois... sans voir le modèle fini…• Il est impossible à déterminer :

– La quantité de matériel que sera nécessaire…– Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…– Et donc, combien cela va coûter…

• La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement »

• Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer »• Le coût est directement lié à la quantité de matière

consommée• Le temps d'impression est lié à la quantité de matière et à

la complexité de l’objet

Structure des prix EPFL ENAC

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière– Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière– Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)– Vous payez ~ 25ct par cm3

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière– Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)– Vous payez ~ 25ct par cm3

– L'ENAC paie le reste

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière– Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)– Vous payez ~ 25ct par cm3

– L'ENAC paie le reste– Vous ne payez pas les heures machine

Structure des prix EPFL ENAC

• Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière– Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)– Vous payez ~ 25ct par cm3

– L'ENAC paie le reste– Vous ne payez pas les heures machine

• Alors, vous avez de la chance…

Exemples et démo suivra…