Dossier de veille technologique La couleur dans l ...cerig. · PDF fileDossier de veille...

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  • Dossier de veille technologiqueLa couleur dans limpression 3D

    04/2017Lam Anthony et Cassandra Laranjeira

  • RDACTION :Anthony LamCassandra Larenjeira

    CONCEPTION & RALISATION :Anthony LamCassandra Larenjeira

    Grenoble INP-Pagora461 rue de la PapeterieDomaine universitaire de Grenoble38 610 Gires

    Dossier de veille technologique rdig par deux tudiants de Licence Professionnelle de Grenoble INP Pagora dans le cadre de lenseignement de veille technologique et intelligence conomique (VTIE).

    Avant de vous prsenter ce dossier, nous tenions remercier Florian BERTHELOT (de F3DF), Vincent CHAREL et Stphanie GALLAND (de CAD Vision) qui nous ont apports les informations cls servant rdiger ce dossier.

    Nous remerions galement MmeRouis (professeur lINP-Pagora)pour son appuis et ses conseilsjudicieux qui nous ont permis daider la ralisation de ce projet.

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    Introduction p.5I- Impression 3D - Les technologies p.6 - Les matriaux p.14 - La couleur dans limpression 3D p.22II- Les outils de la cration limpression -Leslogicielsslicers(dcoupedefichier)p.36 - Les formats dexportations utiliss p.38 - Les logiciels de modlisation 3D p.41 - Les scanners p.44III- Le march p.48IV- Les volutions venir p.59V- Les scnarios p.56Conclusion

    SOMMAIRE

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    Limpression 3D est une technique de fabrication dite additive qui procde donc par ajout de matire (comme limpression offset), contrairement aux techniques de fabri-cation soustractive procdant au retrait de matire (comme lbnisterie).

    Limpression 3D permet de raliser des objets usuels, des pices dtaches ou en-core des prototypes destins aux essais.

    Le point de dpart est un fichier informatique reprsentant lobjet en trois dimensions, dcompos en tranches. Ces informations sont envoyes une imprimante 3D qui va raliser la fabrication par ajout de couches successives.

    Ce nouveau procd ressemble beaucoup limpression traditionnelle sur papier qui est galement une technique de fabrication additive.Mais une caractristique essentielle de limpression plat manque lappel dans ce nouvel environnement : LA COULEUR ! Cette science pourtant si chre aux imprimeurs traditionnels tait jusque l aux abonns absents.

    Pourtant, depuis quelques annes, plusieurs constructeurs se sont attels la tche pour intgrer un peu de pigments cet univers.

    Quelles sont les rponses apportes par les constructeurs quant lintgration de la couleur dans limpression 3D ? Quelles sont les diffrences entre ces deux mthodes dimpression et existe-t-il des similitudes ?

    INTRODUCTION :

    Fig.1 : Exemple dimpression couleur sur une imprimante

    Polyjet J750 de Stratasys

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    Ces trois procds fonctionnent selon le mme principe de base, cest dire superposer des couches de matires selon les coordonnes dun fichier 3D.

    La diffrence se situe sur la manire dont sont dposes et traites ses couches, ainsi que le type de matriau utilis.

    Pour la plupart des procds employs lutilisateur a besoin :- dune imprimante 3D- de consommable (filament, poudre)- dun fichier 3D (au format STL ou OBJ)- dun logiciel de slicing pour trancher le fichier et transmettre les indications limprimante- dun ordinateur

    Fig.2 : Schma du procd de

    StrolythographieSource : materialgeeza

    via Wikipedia

    A. Les technologies dimpression 3D 1- PAR SOLIDIFICATION PAR LA LUMIRE : STEREOLITHOGRAPHY APPARATUS (SLA) LE PROCD DE STROLITHOGRAPHY A T INVENT EN 1986 PAR LE FONDATEUR DE LA SOCIT 3D SYSTEMS CHARLES HULL.Une des formes de la Stereolythographie la plus rpandue est la Photopolymrisation (SLA) : on concentre un rayon ultraviolet dans une cuve remplie de photopolymre (un matriau synthtique dont les molcules se modifient sous leffet de la lumire la plupart du temps ultraviolette). Le Laser ultraviolet travaille le modle 3D souhait couche aprs couche. Quand le rayon frappe la matire, cette dernire se durct sous son impact tout en se liant aux couches adjacentes. Au sortir de la cuve, on obtient une forme la rsolution remarquable et, cerise sur le gteau, la matire non frappe par le laser peut tre utilise pour le prochain objet.

    Mais on doit la Stereolithography autre chose : cest le fameux format .stl qui est actuellement le format numrique en passe de devenir le standard dans le monde de limpression 3D

    Limprimante 3D grand public la plus connue utilisant ce procd est FormLabs.

    I- IMPRESSION 3D

    LIMPRESSION 3D FONCTIONNE DONC SELON PLUSIEURS PROCDS, QUI DIFFRENT SELON LE TYPE DIMPRIMANTE 3D UTILISE. ON PEUT CLASSER CES PROCDS DANS TROIS GRANDS GROUPES :LA SOLIDIFICATION PAR LA LUMIRE, PAR DPT DE MATIRE, PAR AGGLOMRATION PAR COLLAGE.

    La manire dexporter les fichiers vers limprimante diffre selon les marques et les modles(cble USB, Wi-Fi ou carte SD).

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    2- PAR DPT DE MATIRE - FUSED DEPOSITION MODELING(FDM) : CE PROCD A T INVENT PAR SCOTT CRUMP LA FIN DES ANNES 80 POUR VOIR LA PREMIRE SORTIE COMMERCIALE DU PROCD EN 1991.

    Le FDM consiste porter la fusion de petites gouttes de matire plastique (Souvent le plastique de type ABS) qui crent la forme couche aprs couche. Une fois que la goutte quitte lapplicateur, elle durct de manire quasi-immdiate tout en se fondant avec les couches infrieures.

    Cest le procd de loin le moins coteux et cest sur lui que se reposent aujourdhui la grande majorit des imprimantes 3D grands publics. Outre le plastique ABS, les plastiques PLA (Polylactic Acid) et dautres polymres biodgradables peuvent tre travaills depuis ce procd.

    La plupart des imprimantes 3D abordables parmi les plus connues utilisent ce procd notamment celles linitiative de RepRap, Solidoodle, LeapFrog, MakerBot ou limprimanteCubeX.

    Fig.3 : Schma dune imprimante FDMSource : Anthony W. COLEMAN et Laurent MOLLET via article du CNRS

    Fig.4 : Schma zoom dune txte extrudeuse dune

    imprimante FDMSource : www.AuxMerveilles.be

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    3- PAR SOLIDIFICATION PAR LA LUMIRE : FRITTAGE SLECTIF PAR LASER OU SELECTIVE LASER SINTERING (SLS): LINVENTION DE CE PROCD EST ATTRIBU CARL DECKARD ET JOE BEAMANAND, CHERCHEURS LUNIVERSIT DAUSTIN, AU MILIEU DES ANNES 80.

    Cette technologie est proche de la Strolithographie mais sans la cuve remplie de polymre. Des matires dures (sous forme de poudre) comme le polystyrne, le verre, le nylon, certains mtaux (dont le titane, lacier ou largent) ou de la cramique sont frappes par un laser. L o le laser frappe, la poudre sassemble pour crer la forme. Toute la poudre non frappe peut tre rutilise pour les prochains objets imprimer.

    Limprimante la plus connue utilisant ce procd est la SinterStation Pro SLS 3D printer (Imprimante 3D professionnelle)

    Fig.5 : Schma dune imprimante SLSsource : MaterialGeeza via Wikipedia

    Fig.6 : Photo du nettoyage de la poudre non durcie par le laser aprs impression.source : Fluid Forms via Flickr

    Fig.7 : Photo de la rcupration de la poudre non durcie pour

    rutilisationsource : Shapeways via Flickr

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    Cette technologie brevet est dcouverte en 1995 par linstitut de recherche allemand Fraunhofer Institute ITL. Le principal construc-teur de machine utilisant cette technologie est la socit allemande SLM solution GmbH. Ce procd est principalement utilis pour limpression des pices mtalliques. La fusion slective par laser, utilise un laser qui va faire fondre la poudre mtallique de faon succes-

    sive couche par couche.Sur un lit de poudre mtallique, le laser va chauffer jusqu fu-sion total des grains aux endroits dfini par le fichier 3D, issu de la CAO. Puis, la machine va rajouter un lit de poudre au-dessus de la couche fusionn, successivement jusqu la ralisation complte de lobjet.

    Fig.8 : Shma du systme SLMsource : http://www.3af.fr/

    4- LAGGLOMRATION PAR COLLAGE : FUSION SLECTIVE PAR LASER OU SELECTIVE LASER MELTING (SLM)

    Les applications les plus frquentes pour cette technologie sont dans lindustrie arospatiale, car lutilisation de fabrication additive permet de faire des pices complexes, en saffranchissant des contraintes de la fabrication traditionnelle. Elle peut galement amener une rduction du nombre de pices utilises, ainsi qu des allgements de pices. On observe galement des applications dans le domaine mdical ou certaines prothses sont ralises laide de cette technologie, permettant la personnalisation du modle lanatomie du patient.

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    Base dans la Silicon Valley, Carbon3D a t fonde en 2013 par le Pr. Joseph DeSimone, le Pr. Edward Samulski, et le Dr. Alex Ermoshkin, tous les trois chimistes de formation. Aprs avoir secrtement dvelopp la technologie CLIP, cest le Pr. Joseph DeSimone qui sest charg de dvoiler les rsultats de leurs travaux au cours dune confrence TEDx La technologie CLIP mise au point par Carbon3D, pour Continuous Liquid Interface Production, sinspire en grande partie de la strolithographie

    Ce procd utilise un projecteur en dessous dun bain de rsine avec des particules sensibles la lumire. Ce projecteur va projeter des images reprsentant les diffrentes couches de lobjet imprimer.

    En contrlant loxygne prsent lors de la raction chimique, lquipe de Carbon3D a russi grandement acclrer la solidification de la rsine, faisant ainsi passer de plusieurs heures quelques minutes la dure dune impression 3D.

    Fig.9 : Shma du systme CLIPsource : http://www.sculpteo.com/

    5 - PAR SOLIDIFICATION PAR LA LUMIRE : CONTINUOUS LIQUID INTERFACE PRODUCTION (CLIP)

    ALORS QUE LES TEMPS DE FABRICATION RESTENT UN FREIN MAJEUR AU DVELOPPEMENT DE LIM-PRESSION 3D, LA SOCIT AMRICAINE CARBON3D A DVELOPP UNE TECHNOLOGIE RVOLUTION-NAIRE CAPABLE DIMPRIMER DES OBJETS DE 25 100 FOIS PLUS RAPIDEMENT QUE NIMPORTE QUEL PROCD ACTUEL.

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    6- LAGGLOMRATION PAR COLLAGE : TECHNOLOGIE 3DP (COLOR