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Bien débuter dans l’impression 3D

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Table des matières

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Introduction

Nous contacter

Technologie : Quelles sont les prochaines étapes ?

Processus de conception

Post-traitement

Conclusions

Nous assistons actuellement à l’avènement de l’impression 3D, puisque les investissements en imprimantes 3D dans le monde devraient passer de 1,6 milliards de dollars en 2015 à environ 13,4 milliards en 2018. 1

Dans de nombreux secteurs, notamment l’industrie manufacturière, l’ingénierie et l’architecture, c’est le début d’une véritable révolution. L’impression 3D a le pouvoir d’accélérer le développement de produits grâce à des itérations de conception plus rapides et plus productives. Cela permet de mettre en place un flux de production plus flexible et de nourrir la créativité des concepteurs en encourageant l’expérimentation. L’impression 3D aide également les entreprises à transformer leur modèle de gestion, acquérir un avantage concurrentiel et générer de nouvelles sources de revenu.

Notre guide s’adresse aux novices en matière d’impression 3D ou à ceux qui envisagent d’investir dans la 3D, afin de leur offrir des informations précieuses pour débuter dans leur utilisation de l’impression 3D. Ce guide présente les principes de base de l’impression 3D et explique le lien capital entre les applications et le choix de la technologie 3D, avant de décrire les processus de conception et de post-traitement. Ainsi, il vous indique comment exploiter de manière optimale les technologies d’impression 3D dans votre entreprise.


Impression 3D

Introduction

Quelle solution d’impression 3D est faite pour moi ?

Technologies d’impression 3D

Post- traitement

Le choix d’une technologie d’impression 3D doit être motivé par l’usage que vous prévoyez d’en faire. Le chapitre qui suit passe rapidement en revue quelques unes des applications industrielles les plus fréquentes en matière d’impression 3D. C’est en établissant clairement le type d’application auquel vous destinez votre imprimante 3D que vous serez à même de choisir la technologie d’impression 3D qui vous convient le mieux.

1 | Gartner : Prévisions concernant les ventes mondiales d’imprimantes 3D entre 2014 et 2018

La lecture de ce guide est une étape importante avant de vous lancer dans l’impression 3D. En vous suggérant les principales questions à vous poser concernant l’introduction de l’impression 3D dans votre entreprise, notre objectif est de vous aider à investir dans la technologie la plus adaptée à vos besoins.

1Bien débuter dans l’impression 3D

Modélisation de conceptsLa modélisation de concepts est la création d’une représentation physique d’un concept, qui permet de l’évaluer par le toucher et de mieux communiquer autour de ce concept.

Le gain de temps réalisé grâce à la modélisation 3D permet de tester différentes idées au cours du processus de mise au point d’un produit, le tout à un coût relativement bas. Par conséquent, l’impression de modèles peut contribuer à la réalisation d’importantes économies et améliorer considérablement la communication au cours du processus de mise au point, menant à la conception de meilleurs produits. Les modèles 3D permettent de présenter plus clairement une idée ou un concept à des clients et donc de tirer davantage de bénéfices du processus de création. Les modèles 3D sont déjà largement utilisés dans les secteurs de l’AEC (architecture, ingénierie et construction), de l’éducation et de l’industrie manufacturière.

Prototypage fonctionnelLa réalisation de prototypes fonctionnels à l’aide d’une imprimante 3D permet de mettre des produits à l’essai et de les perfectionner via un processus de test à la fois flexible et précis.

Grâce aux prototypes fonctionnels imprimés en 3D, les entreprises peuvent tester leurs idées plus facilement et à moindre coût, avant d’investir lourdement dans des outils spécialisés. À mesure que le produit commence à prendre forme, ses concepteurs doivent tester les différents éléments qui le composent pour s’assurer que le produit fonctionne bien comme prévu. Grâce à l’impression 3D, la vérification du design devient un processus récurrent permettant aux concepteurs de repérer et supprimer les défauts de conception par le biais d’innovations, ou encore d’identifier rapidement les éléments du design qui sont à revoir. L’utilisation de prototypes réalisés à l’aide d’imprimantes 3D est déjà largement répandue dans les secteurs de l’industrie manufacturière et de l’ingénierie.

Applications 3D

Introduction

2 Bien débuter dans l’impression 3D

Outillage rapide Dans le cadre des processus de fabrication, l’impression 3D permet de mettre au point et de déployer rapidement des outils personnalisés, afin de gagner en efficacité et en vitesse.

L’impression 3D contribue à révolutionner la fabrication d’outillages. Elle permet en effet aux fabricants et aux sociétés d’ingénierie de produire des gabarits et des maquettes en petites quantités, ainsi que de créer des outillages utilisés en pré-production pour la validation finale du nouveau produit. La possibilité de fabriquer rapidement leurs propres outils permet aux entreprises de bénéficier d’un flux de production plus efficace et plus rentable qu’avec les méthodes de production classiques. L’impression 3D permet également de réduire le délai de commercialisation de tous types d’outillages.

Fabrication de pièces finalesL’impression 3D peut être utilisée pour produire des pièces finales plus rapidement et de manière plus flexible.

La production de pièces finales à l’aide des technologies classiques telles que le moulage par injection implique l’arrêt des processus de conception avant la production du moule, ce qui signifie que le design du moule ne peut plus être amélioré, car un changement de moule représente un coût très élevé.

La fabrication directe de pièces finales et d’assemblages en plastique et en métal à l’aide d’une imprimante 3D permet la mise en œuvre immédiate des modifications apportées au design, même au cours de la phase de production. Cela permet aux entreprises de rester flexibles, puisqu’elles peuvent créer de nouvelles versions du même design même après le lancement de la production, afin de répondre rapidement à l’évolution des besoins du marché.

Introduction



Les matériauxÀ l’éventail des technologies disponibles correspond toute une gamme de matériaux avec lesquels vous pouvez choisir d’imprimer. Souvent, le choix d’une technologie est lié à l’application à laquelle elle est destinée ainsi qu’aux exigences associées avec le matériau utilisé. Vous souhaitez peut-être que votre pièce imprimée en 3D possède certaines propriétés, comme celles d’être rigide, souple ou résistante à la chaleur. Le choix d’un matériau adapté à vos besoins est simple mais constitue une étape essentielle.


Impression à jet couleurL’impression à jet couleur (CJP) permet d’imprimer des modèles très détaillés, en couleur.

Une poudre libre est étalée en couches fines. Sur chaque couche, un liant coloré contenant de l’encre (cyan, magenta, jaune et noire) est projeté de manière sélective par les têtes d’impression jet d’encre, ce qui provoque la solidification de la poudre. Le support d’impression 3D s’abaisse au fur et à mesure que les couches sont étalées et imprimées, donnant naissance à un modèle couleur en trois dimensions. Que les pièces soient imprimées en cou-leur ou en blanc, il est également possible de leur appliquer un vernis transparent pour un aspect dur et lisse ou encore de les enrober de cire pour créer une finition lisse et brillante. Les pièces obtenues peuvent comporter des détails très fins, néanmoins elles sont moins résistantes que celles produites à l’aide d’imprimantes à jets multiples ou par stéréolithographie.


Impression à jets multiplesL’impression à jets multiples (MJP) est utilisée pour la fabrication de pièces, modèles et moules en plastique durable et de bonne qualité, comportant un certain nombre de caractéristiques fines et destinées à un vaste éventail d’applications. Ces imprimantes haute résolution sont peu coûteuses à entretenir et leur fonctionnement est simple et propre. L’un des grands avantages de l’impression à jets multiples est qu’elle ne requiert pratiquement aucune intervention lors de la phase de post-traitement, ce qui représente un gain de temps pour l’opérateur. Les éléments très fins ainsi que les cavités internes complexes sont parfaitement nettoyés, sans dommages. Les pièces ainsi produites offrent une finition lisse et un haut degré de résistance.

Stéréolithographie La stéréolithographie (SLA) est une technique d’impression qui consiste à durcir un plastique liquide au laser afin de former des objets solides. Elle prend en charge un vaste éventail de matériaux, de vitesses d’impression et de finitions de surface, ce qui fait de la stéréolithographie une technique très adaptable pour la production de prototypes fonctionnels et de pièces finales très détaillées. Bien que le coût d’achat initial d’une imprimante SLA soit supérieur à celui d’une imprimante à jets multiples, le coût de production à l’unité est faible, ce qui en fait le choix idéal pour les volumes de production élevés.

Une fois que vous avez décidé d’une application, vous devez choisir la technologie la plus adaptée. Le marché propose actuellement plusieurs méthodes d’impression 3D. Nous nous intéresserons ici aux 3 principales méthodes d’impression 3D que sont l’impression à jets multiples, l’impression à jet couleur et la stéréolithographie.


Technologie idéale pour : les outillages personnalisés, les tests d’interfaces mécaniques (forme et ajustement), les outils de pré-production (création des pièces qui vous permettent de lancer la

production en série) Technologie idéale pour : les

modèles de concepts en couleur, les maquettes d’architecture et les

maquettes de démonstration

Technologie idéale pour : les prototypes fonctionnels, les

pièces finales et les applications impliquant un volume de

production élevé.


Préparation du fichier

Si vous souhaitez vous lancer dans l’impression 3D et en tirer le meilleur parti, il est important de réfléchir à votre processus de conception. Les étapes de base du processus de conception sont les suivantes :



Compatibilités logicielles à prendre en compte La préparation du fichier et de la fabrication 3D sont les processus les plus importants dans le flux d’impression 3D. Bien que certaines de ces fonctions puissent être prises en charge par des logiciels de CAO, il est habituellement beaucoup plus judicieux d’utiliser un logiciel de préparation de fichier 3D spécialisé pour effectuer ces tâches. Divers logiciels sont disponibles pour améliorer ces processus. Le choix du logiciel le plus adapté à votre application est essentiel si vous souhaitez optimiser la productivité de vos processus 3D.

Fichier de CAO natif

Préparation de la fabrication 3D

Impression 3D


La dernière étape consiste à préparer la fabrication 3D. C’est à ce moment-là que vous décidez de l’orientation de l’impression, ainsi que du nombre de pièces et de leur positionnement au sein de la structure de fabrication.

Vous devrez vous poser des questions du type :

• Les pièces peuvent-elles être orientées de façon à réduire la durée de l’impression ?

• Les pièces peuvent-elles être empilées afin d’économiser de la matière ?

• Les pièces peuvent-elles être agencées de manière à simplifier le post-traitement ?

Quelle que soit l’application, la mise en œuvre d’un processus de conception efficace permet d’améliorer considérablement la productivité du procédé d’impression 3D et d’optimiser la qualité de l’impression 3D obtenue.

Le processus débute avec le fichier de CAO en 3D qui doit être reproduit. Il peut être issu de sources diverses, dont des données de numérisation 3D et de nouveaux dessins en 3D réalisés à l’aide d’un logiciel de CAO. La plupart des logiciels de modélisation 3D modernes offrent des interfaces et des formats de sortie compatibles avec un logiciel d’impression 3D.

L’étape suivante consiste à préparer le fichier. Le modèle doit-il être redimensionné avant impression ? Par exemple, une maquette d’architecture devra être considérablement réduite, ce qui peut avoir un impact sur la reproduction des petits détails. Le modèle est-il solide et peut-il être creux ? Souvent, une version creuse du modèle sera parfaitement adaptée aux besoins et permettra d’économiser du temps et des matériaux lors de l’impression du modèle. Bien que cela puisse être pris en charge par un logiciel de CAO, il est habituellement beaucoup plus judicieux d’utiliser un logiciel de préparation de fichier 3D spécialisé pour effectuer cette tâche (voir le chapitre sur les compatibilités logicielles).


Redimensionnement et fractionnement

Quelle que soit la technologie d’impression employée, la taille de l’objet à imprimer doit être calculée de façon à ce qu’elle soit contenue dans le volume de fabrication 3D. La durée d’une impression 3D varie toujours en fonction de la hauteur de la pièce, qui dicte le nombre de couches requises. Par exemple, une impression de la taille d’un ballon de football prendra toujours plus de temps que l’impression de 12 balles de golf, même si la quantité de matériau requise est identique. Qui plus est, il est important de tenir compte des dimensions maximales du volume de fabrication de l’imprimante 3D. Il peut être nécessaire de redimensionner ou de fractionner la pièce de façon à l’imprimer en plusieurs parties qui seront assemblées lors de la phase de post-traitement. Non seulement le redimensionnement et le fractionnement permettent d’imprimer des objets dont la taille dépasse le volume maximal de fabrication de l’imprimante, mais en plus, avec un peu de créativité, ce type d’opération permet également de réduire la durée de l’impression. Ceci est facile à réaliser à l’aide d’un logiciel spécialisé de préparation de fichier.


Post-traitement

Élimination du support et nettoyage. Tous les processus d’impression 3D utilisent un matériau support. Cela présente de nombreux avantages, notamment la possibilité d’imprimer plusieurs pièces amovibles reliées entre elles en une seule fabrication, ou encore d’empiler et d’orienter les objets de manière flexible. La méthode d’élimination du support et de nettoyage varie en fonction de la technologie d’impression. Les imprimantes MJP utilisent de la cire ; l’élimination du support implique donc un processus de fusion. Les imprimantes CJP font appel à un processus de nettoyage plus classique pour éliminer les restes de poudre. À l’issue de ce premier nettoyage, d’autres opérations peuvent être requises en fonction du processus de finition prévu.

Finition Les options de finition disponibles varient en fonction de la technologie d’impression utilisée. Les modèles produits à l’aide d’une imprimante CJP peuvent être plongés dans des bains d’infiltrant afin de renforcer leur résistance et la vivacité des couleurs. Les modèles produits sur des imprimantes MJP et SLA peuvent faire l’objet de toutes sortes de finitions : peinture, vernissage, polissage afin de rendre les pièces transparentes ou placage. Dans de nombreuses applications d’impression de prototypes, aucune finition n’est requise puisque le modèle imprimé, une fois débarrassé de son support, est directement utilisable.

Comme dans tout processus de production, il est important de tout planifier en fonction du résultat voulu. C’est pourquoi le type de finition que vous souhaitez appliquer à l’objet imprimé peut vous orienter vers une technologie d’impression plutôt qu’une autre.

Post-traitement

Une fois qu’une pièce a été imprimée en 3D, plusieurs opérations sont nécessaires pour rendre la pièce prête à l’emploi. Cette phase de post-traitement se décompose en deux étapes : l’élimination du support et la finition, qui décidera de l’aspect et des propriétés mécaniques de l’objet imprimé.

Élimination du support et nettoyage Finition


Post-traitement


Conclusions

Conclusions


Dans ce guide, nous avons évoqué les principaux éléments dont il faut tenir compte lorsque l’on débute dans l’impression 3D. Il est vital de commencer par réfléchir à ce à quoi vous destinez votre imprimante 3D, afin d’identifier la technologie d’impression 3D la plus adaptée à vos besoins. D’autres facteurs entrent en ligne de compte, dont le processus de conception et les étapes de post-traitement. En effet, les processus qui précèdent et suivent l’impression sont aussi importants que la phase d’impression elle-même.

Conclusions

L’impression 3D permet aux entreprises du monde entier d’innover, grâce à des processus d’élaboration et de production des produits plus rapides et plus efficaces. Réfléchissez à votre flux de production de bout en bout afin de le rendre plus efficace et de bénéficier pleinement des avantages de l’impression 3D. Pour obtenir de plus amples informations ou des conseils, veuillez contacter votre interlocuteur Canon 3D qui se fera un plaisir de discuter avec vous de la manière dont Canon peut vous aider à bien débuter dans l’impression 3D.


Nous contacterPour de plus amples informations, consultez : www.canon.fr/for_work/business-products/3d-printers

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