Dossier de veille technologique La couleur dans l...

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Dossier de veille technologique La couleur dans l’impression 3D 04/2017 Lam Anthony et Cassandra Laranjeira

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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 (COLORJET PRINTING) CETTE TECHNOLOGIE A T DVELOPPE INITIALEMENT PAR Z CORPORATION QUI SE FAIT RA-CHETER EN 2012 PAR 3D SYSTEMS. PLUS TARD, 3D SYSTEMS Y INCORPORE DE LA COULEUR ET RENOMME LE PROCD COLORJET PRINTING.

    7 - PAR SOLIDIFICATION PAR LA LUMIRE : TECHNOLOGIE POLYJET SUITE LA FUSION DE OBJET AVEC STRATASYS EN 2012, CES DERNIERS LANCENT SUR LE MARCH LA GAMME OBJET PUIS OBJET CONNEX QUI PERMET LIMPRESSION DE PLUSIEURS MATRIAUX SIMULTANMENT AVEC INCORPORATION DE COULEUR.

    CES DEUX DERNIRES TECHNOLOGIES INTGRENT LES COULEURS. ELLES SERONT DTAILLES DANS UN SECOND TEMPS.

    La technologie Polyjet se rapproche de la strolithographie car elle utilise elle aussi du liquide de photopolymres qui durcissent au passage dun laser ultra-violet.

    Les imprimantes Polyjet ont deux ttes dimpression: une qui dpose du liquide de photopolymre et une qui active le laser juste derrire le dpt de liquide pour le durcir et ainsi raliser une couche de matire.

    Ce procd est plus simple dutilisation que la strolitographie dans la mesure

    o le modle ne se construit pas dans un bac de liquide, grce aux deux ttes de limprimante 3D. Par consquent, les imprimantes 3D Polyjet ressemblent beaucoup plus aux imprimantes jets dencre que les machines SLA.

    Le principal fabricant dimprimantes utilisant cette technologie est Stratasys. Sa gamme la plus connue utilisant le Polyjet et la couleur est la gamme Objet Connex. Toutefois, Stratasys lance en 2016 une nouvelle imprimante rvolutionnaire galement capable dincorporer une multitude de couleur : la Stratasys J750.

    Tout commence sur une plate-forme dimpression o de la poudre de plastique est rpartie uniformment par limprimante 3D. De la mme faon que les imprimantes jet dencre dposent de lencre sur du papier, la tte de limprimante 3DP va venir dposer un agent liant qui va avoir pour effet de lier les particules de plastiques entre elles et ainsi les solidifier. La tte dimpression respecte le modle numrique 3D qui lui a t transmis et ne dpose le liant quaux endroits ncessaires.

    Une fois la couche termine, la plate-forme

    dimpression sabaisse dune distance gale une couche de matire et le processus est rpt. La production finale est ensuite chauffe pour finaliser la solidification et la poudre entourant lobjet peut ensuite tre enleve durant le processus de nettoyage de la pice.

    Le principal fabricant dimprimantes utilisant cette technologie est 3D Systems. La gamme dimprimante la plus connus utilisant ce procd est la gamme ProJet X60 de 3D Systems.

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    Nom complet

    Abrviation Famille Rsolutionmaximum

    Finition Vitesse Applications

    Strolytho-graphie

    SLA Solidification par la lumire

    0,01 mm Lisse Moyenne Prototypage rapide, moules par injection, impression dobjets utilitaires, et autre utilisations spcifiques lin-dustrie (test de matriaux...)

    Dpot de matire fondue

    FDM Dpot de matire

    0,10 mm Rugueux Lent Prototypage, Maquettes de prsentations, outils...

    Frittage slectif par laser

    SLS Solidification par la lumire

    0.06 mm Lisse Rapide Prototypes fonctionnels, packaging lectronique, composants rsistants la chaleur, charnires...

    Fusion slective par laser

    SLM Agglomration par collage

    0,15 mm Rugueux Pices mtalliques pleine-ment fonctionnelles pour larospatial, laronautique et lautomobile.

    Cintinuous Liquid Interface Production

    CLIP Solidification par la lumire

    0,01 mm Lisse Rapide limpression des pices mtalliques en arospatial, aronautique et impression de petites sries de pices en industrie

    ColorJet Printing ou 3DP

    CJP Agglomration par collage

    0.1 mm Rugueux Trs Ra-pide

    Prototypes colors, objets de prsentation, ma-quettes...

    PolyJet PolyJet Solidification par la lumire

    0.016 mm Lisse Rapide Les composants lectro-niques et les connecteurs, les emballages lectroniques, les modles de prsentation, les appareils mdicaux, loutillage, prototypes simulant lesthtique, la fonction et le toucher de lobjetfinal

    CE SONT LES 7 GRANDES FAMILLES DE PROCDS DIMPRESSION 3D. DAUTRES TECHNOLOGIES SINSPIRENT DE CES PROCDS DIMPRESSION ET APPORTENT CHACUNES DE PETITES NUANCES ET MODIFICATIONS.

    TOUTEFOIS, DE NOUVEAUX PROCDS INNOVANTS ET NE FAISANT PARTI DAUCUNE DE CES 7 FAMILLES VOIENT LE JOUR CHAQUE ANNES TRAVERS LE GLOBE.

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    Fig.10 : Schma comparatif des temps dimpression de 4 des familles de procds. Rsultats dcoulant des tests coammissions par 3D

    Carbon afin de comparer son procd CLIP.source : http://www.3dnatives.com/

    Lune des contraintes de limpression 3D, la cantonnant depuis ses dbuts au prototypage, est son long temps dimpression. Il faut plusieurs heures toutes les technologies pour imprimer de grosses pices. Pour la production de masse, lusage de limpresison 3D nest pas lidal actuellement. Toutefois, on peut noter que 3D Carbon a fait de ce problme sa spcialite.

    On observe dans le schma ci dessous que la technologie CLIP de ces derniers, comble parfaitement ce problme.

    On espre voir dici quelques annes une forte augmentation des vitesses dimpression pour les autres technologies.

    Il existe trois grands groupes de technologies qui vont chacun utiliser un type de matriau diffrent : - Le dpot de matires > Des filaments - Solidification par la lumire > Des rsines - Lagglomration par collage > De la poudre et des liants

    Au sein de ces trois grands groupes on distingue 7 grandes familles de technologies : - La strolythographie (SLA) - Rsines - Le dpot de matire fondue (FDM) - Filaments - Le frittage slectif par laser (SLS) - Poudres - La fusion slective par laser (SLM) - Poudres - Le Continus Liquid Interface Production (CLIP) - Rsines - La technologie 3DP ou ColorJet Printing (CJP) - Poudres - La technologie Polyjet - RsinesCONC

    LUSI

    ON

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    B. MATIRES PREMIRES

    Les filaments, rsines, poudres et liants peuvent tre dclins en matriaux divers et varis. Les fabricants de limprimante travaillent en gnral avec les laboratoires afin de dvelopper ces matriaux selon la technologie.

    Ces matriaux sont de ce fait gnralement adapts aux machines dun constructeur en particulier. Les constructeurs sont donc souvent galement fournisseur des matires premires lexception du dpot de matire fondue (FDM) dont le procd est moins complexe que les autres grandes familles.

    Dans ce cas, il est possible dutiliser des filaments de nimporte quelle marque sur nimporte quelle imprimante utilisant la technologie FDM.

    Toutefois, les filaments proposs par chaque constructeur sont bien souvent mieux adapts aux imprimantes construites par ces derniers.

    Les pages suivantes traiteront des diffrentes possibilites de matriaux utilisables par les imprimantes.

    Fig.11 : Photo de filaments utiliss en FDM

    Fig.12 : Photo de poudre utilise en CJP

    Fig.13 : Photo de poudre mtalique utilise en SLS

    Fig.14 : Photo dune impression sortant de la rsine dans laquelle elle a t imprime

    LES FILAMENTS, RSINES, POUDRES ET LIANTS PEUVENT TRE DCLINS EN MATRIAUX DIVERS ET VARIS. LES FABRICANTS DE LIMPRIMANTE TRAVAILLENT EN GNRAL AVEC LES LABORATOIRES AFIN DE DVELOPPER CES MATRIAUX SELON LA TECHNOLOGIE.

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    1 - LES PLASTIQUES

    > LES POLYTHILNES (LDPE et HDPE)[55] Ce sont des matires plastiques haute rsistance mcanique, atoxiques et non-contaminantes. Ce sont les seules matires plastiques plus lgres que leau et supportent trs bien lexposition la plupart des substances chimiques. On peut facilement les colorer et les modifier pour la cration dalliages particuliers selon la ncessit du produit. Le polythylne (PE) est chimiquement inerte. Le PE basse densit (LDPE) a une structure qui donne origine un produit moins compact. Le PE haute densit (HDPE) a une structure qui rend le produit plus rigide et moins permable.

    > LE POLYPROPYLENE (PP)[55] Le polypropylne (PP) est un produit semblable au PE. Cest un matriau lger, translucide, rsistant la strilisation en autoclave, rsistant aux produits chimiques et aux agents atmosphriques.

    > ABS[55] Les polymres ABS sont une famille unique de techno-polymres. Leur nom est reprsent par les initiales des trois monomres qui le constituent : lAcrylonitrile qui apporte la rsistance thermique au vieillissement; le Butadine qui contribue la conservation desproprits aux basses tempratures, la tnacit et la rsistance aux coups ; le Styrnedonne la luminosit, la rigidit et la facilit au travail. En gnral, les ABS ne rsistent pas aux agents atmosphriques. Si les meubles en ABS sont exposs lextrieur, leurcouleur peut varier et sattnuer.

    > ACIDE POLYLACTIQUE (PLA)[55] Lacide polylactique est un produit intermdiaire rsultant de la fermentation du sucre ou de lamidon (par exemple de betterave ou de mas) : les bactries de lacide lactique font fermenter le produit de base. Ensuite, lacide lactique est polymris par un nouveau procd de fermentation, pour devenir de lacide polylactique /polylactide (PLA). Ce matriau transparent ressemble aux produits synthtiques thermoplastiques de grande consommation, non seulement par ses proprits, mais il peut en outre tre travaill sur les installations existantes pour donner des films, des pices moules, des gobelets etc. Le PLA est dj utilis depuis des annes dans le domaine pharmaceutique. Les vis, clous et implants en PLA sont employs pour stabiliser les fractures osseuses.Ce qui plaide en faveur des produits PLA :- Diversit des possibilits demploi- Premire alternative naturelle au polythylne- Hautement transparent, insipide- Rsistant la chaleur jusqu 60 environ

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    > LE POLYCHLORURE DE VINYLE (PVC)[55] Le polychlorure de vinyle ou chlorure de polyvinyle est un polymre thermoplastique de grande consommation, amorphe ou faiblement cristallin, connu gnralement sous le sigle PVC (de langlais polyvinyle chloride). Le PVC est le plus souvent mis en forme par des procds en continu (extrusion, enduction). Lextrusion est utilise notamment pour la fabrication des profils des fentres et des tubes en PVC. Le PVC est un matriau thermoplastique. Les matriaux thermoplastiques sont de nature tre fondus lors dun chauffage une certaine temprature et qui durcissent ensuite aprs refroidissement.Il est utilis pour fabriquer des produits durables, souvent avec une esprance de vie dpassant 60 ans. En plus de sa longvit, le PVC est un matriau parfaitement convenable tre recycl aprs son utilisation. Les composs de PVC sont 100% recyclables physiquement, chimiquement ou nergtiquement. Aprs une sparation mcanique, broyage, lavage et un traitement pour liminer les impurets, il est prpar par divers moyenstechniques (granul ou en poudre) et rutilis en production.

    Il sagit dune liste non exhaustive. Le march des matires premires de limpression 3D est en mutation permanente par linnovation.

    2 -LES METAUX

    > LES POUDRES METALLIQUES[55] Aprs les plastiques, les mtaux sont les matriaux les plus employs en impression 3D et essentiellement par les industriels. En tte des utilisations on retrouve le titane et lacier inoxydable (inox), viennent ensuite laluminium, le cobalt, le fer et les mtaux prcieux tels que le bronze, largent et lor. La fabrication additive cette capacit pouvoir produire des pices mtalliques aux gomtries plus complexes quavec les techniques de fabrication soustractives telles que le fraisage ou par moulage.

    > LACIER INOXYDABLE[55] Ce matriau plus connu sous lappellation dinox a t le premier mtal tre commercialis pour la fabrication additive. Comme son nom le suggre il possde des proprits mcaniques de haute rsistance la corrosion. Parmi les plus connus on peut citer le MS1, le PH1 ou le StainlessSteel GP1 du constructeur EOS, une poudre fine dacier inoxydable rpute pour sa grande rsistance la corrosion et son excellente ductilit (capacit se dformer sans rompre) sans aucun traitement ultrieur.Le plus souvent les objets en mtal sont imprimes partir de poudres mtalliques fusionnes avec un laser (procd DMLS). Ces pices ont aussi lavantage dtre plus lgres que des pices traditionnelles, en tant tout aussi rsistantes voir mme plus. Des proprits physiques trs intressantes donc pour les constructeurs aronautiques ou de lautomobile par exemple, la recherche de matriaux toujours plus lgers et rsistants.

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    > LACIER DOUTILLAGE MARAGING[55] Il sagit dun acier inoxydable martensitique, sous groupe des aciers inoxydables se caractrisant par une grande solidit et duret, obtenues aprs un traitement ultrieur thermique. Cet acier se destine avant tout la fabrication doutillage rapide (dcoupage, extrusion) et de moules dans les domaines de laronautique, lastronautique et lautomobile.L encore on peut citer le fabricant EOS et son acier martensitique MS1, capable de produire des pices dune rsolution suprieure celui de lacier doutillage SLS A6.

    > LE TITANE[55] Les pices imprimes partir de titane ou de ses alliages sont rputes pour leur lgret, leur solidit et leur rsistance la corrosion trs leve. Les techniques traditionnelles appliques ce matriau ont linconvnient dtre coteuses et moins fiable que la fabrication additive. En effet lorsque lon soude une pice en titane par exemple, des impurets ont tendance venir sy dposer, fragilisant ainsi celle-ci. Le titane est par ailleurs un mtal qui refroidit trs rapidement, il ncessite donc lutilisation doutils particulirement chers.La fabrication additive est donc de plus en plus employ lorsquil sagit de travailler ce matriau, les plus gros utilisateurs tant les secteurs de lautomobile, laronautique et de la mdecine. Les alliages de titane tels que le Ti6Al4V sont plus solides que matriau original pur. Cet alliage biocompatible trouve notamment des applications dans la mdecine. Il est utilis par exemple pour fabriquer dimplants en titane sur mesure, sa porosit naturelle permettant aux cellules osseuses de le coloniser efficacement.

    > LALUMINIUM[55] Dans cette catgorie on retrouve lAlSi10Mg dEOS, un alliage qui par de sa composition (magnsium et de silicium) est la fois trs lger et trs solide. Il est le plus souvent utilis pour la fabrication de moules parois fines et aux gomtries complexe. Il existe aussi lalumide, une poudre base de polyamide et daluminium. Il offre lavantage de pouvoir raliser des pices la fois trs solides et trs flexibles avec une importante rsistance la chaleur. Dun aspect proche du mtal, son impression se fait par frittage laser avec des particules dalumine de 60 m (micromtres). Les objets imprims avec ce genre de matires ncessitent ensuite divers finitions telles que le polissage ou le meulage.

    > LE COBALT CHROME[55] Grce au procd EBM (Electron Beam Melting), une technique voisine du SLS consistant fusionner une poudre avec un faisceau lectron, lalliage Cobalt Chrome peut dsormais tre imprim en 3D. Le sudois Arcam propose par exemple lASTM F75, un alliage trs solide rsistant lusure et la corrosion pour concevoir de loutillage ou des moules. Lisse et rsistant, le CoCrMo est un autre alliage employ

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    pour les prothses de genou ou de hanche par exemple ou des couronnes dentaires. Toujours dans ce domaine EOS a dvelopp Le Chrome Cobalt EOS SP2 un super-alliage pulvrulent destin aux restaurations dentaires.

    > LES MATERIAUX PRECIEUX[55] Si depuis peu, les matriaux prcieux tels que lor ou largent peuvent tre directement imprims en 3D via des poudres frittes par laser, le plus souvent ces mtaux sont couls dans des moules conus par impression 3D. Ce procd est surtout utilis en bijouterie, o lon pratique une technique de moulage appele le moulage la cire perdue. Concrtement on moule lobjet en cire afin de crer un moule en pltre dans lequel est ensuite coul le mtal fondu.Pour limpression 3D grand public, il existe galement des filaments composites imitant lapparence des mtaux prcieux. Un fabricant Hollandais du nom de ColorFabb sen est dailleurs fait une spcialit en dveloppant toute une srie de filaments composites mtalliques base de PLA et de certains mtaux prcieux : BrassFill imitant lor, CopperFill base de cuivre ou encore Bronzefill base de bronze.

    3 - CERAMIQUES, SABLES, BETONS

    > LA CERAMIQUE[55] La cramique fait appel trois types de procds dimpression 3D que sont le FDM (on utilise une buse spcifique), le frittage laser (SLS) et diverses techniques par pulvrisation de liant tels que la Binder Jetting (BJ). Une fois imprime, lobjet subit un traitement par maillage sch plus de 1000. Ce traitement permet de durcir lobjet et de lui donner un aspect lisse et brillant. La couleur sobtient durant la phase dmaillage. En plus dtre alimentaire, la cramique est un matriau tanche et recyclable. Idal pour la fabrication de tasses, soucoupes, assiettes et mme de figurines.

    > LE SABLE[55] Le sable est utilis principalement pour la fabrication des moules de fonderie mais il peut tre aussi trs utile dans le domaine de larchitecture quand il est combin avec dautres matriaux, comme on verra par la suite. Ce matriau a t imprim la premire fois en 1999 par lentreprise ExOne qui propose aujourdhui la plus grande imprimante de sable du march, la S-Max, capable dimprimer des pices dune taille maximum de 1800 x 1000 x 700 mm.Ils associent limpression 3D avec la fonderie dite classique.Soit des moules et noyaux dans lesquels nous coulons un alliage labor.Les atouts du systme dimpression sable La prcision dimensionnelle, les bureaux dtude recherchent de plus en plus souvent raliser des gains de poids. Limpression 3D permet daller dans ce sens. Les formes presque sans limites.

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    Le dlai qui est rduit denviron 3 semaines dans le cas de ralisations de prototypes turbos automobiles. La ralisation de pices sans raliser auparavant des outillages (cot et dlai). Les possibilits offertes aux bureaux dtude de nos clients qui peuvent aujourdhui dessiner des pices qui ntaient pas fabricable auparavant. Nous pouvons presque donner satisfaction toutes les demandes des bureaux dtude. Comme inconvnients, nous pouvons citer : Les cadences dimpression (impression couche par couche de 150 microns). Le montant de linvestissement. Le cot des consommables. Le cot de maintenance.

    > LE BETON[55] Le bton est utilis pour limpression 3D de batiment. Les fournisseurs de bton sont nombreux similaire aux marchs du BTP.

    4 - LES MATERIAUX ORGANIQUES

    > LES CIRES[55] Lide est d imprimer en 3D un modle en cire de lobjet dsir grce une imprimante 3D cire . En ajoutant ensuite un matriau rfractaire autour de ce modle, on obtient un moule. La fonte de la cire se trouvant lintrieur du moule cre alors un espace vide qui est rempli de mtal fondu. Il ne reste plus qu briser le moule pour obtenir lobjet final. De nombreuses options de finition sont alors disponibles. Les imprimantes 3D sont capables dimprimer simultanment avec deux types de cire: La principale, qui fond aux alentours de 70C (en fonction du type de cire employ) et qui en fait va crer lobjet.Et celle qui soutient lobjet durant sa cration. Cette dernire possde une temprature de fusion plus faible. Elle est ensuite retire la fin du processus en chauffant lintgralit de la pice. Cette cire de support permet la cration de presque toutes les formes, mmes les plus complexes. Ce procd entier permet datteindre une rsolution incroyable de 25 m (0.025mm) entre chaque couche, ce qui permet de crer des pices avec un niveau de dtails virtuellement illimit. La cire utilise dans le cadre de limpression 3D est constitue 100% de cire pure mais peut contenir diffrentes couleurs et proprits.Limpression 3D la cire est principalement utilise pour crer des moules dentaires et dans la joaillerie. Nous proposons cette dernire application chez Sculpteo avec nos matriaux en laiton et argent massifLimpression 3D la cire permet de crer des bijoux aux formes les plus complexes.

    > LE BOIS[55] Sous la forme de filament, le bois est utilis dans de nombreuses technologie

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    de limpression 3D. Il ne sagit pas de bois brut mais de bois composite, matriau compos de fibres de bois et de rsine de plastique. Trs utilis pour lhabillage et lisolation de btiment et de mobilier extrieur, ce matriau souple a aussi lavantage dtre en partie fabriqu en bois recycl.Le bois composite, ou WPC pour Wood-plastic composite en Anglais, rsiste aux intempries, au soleil et ne pourrit pas avec le temps. De plus, il ne ncessite pas dentretien particulier comme le demanderait du vrai bois. Ces avantages en font une matire premire intressante pour imprimer des objets laspect du bois mais sans ses inconvnients. La temprature dimpression, comprise entre 185 et 230C, permet dobtenir une couleur claire ou fonce partir dun bois standard. On peut donc nuancer et apporter une touche personnelle sans couche additive.

    > LE PAPIER[55] Bien que les dtails techniques dun tel engin soient gards secret jusqu sa sortie, la technologie utilise devrait rester proche du laminage de papier utilise par Mcor Technologies. Le procd combine ainsi fabrication additive et soustractive, en superposant diffrentes couches de papier laide dun liant puis en les dcoupant dans la masse laide dun plotter de dcoupe afin dobtenir la pice souhaite.Concrtement, un utilisateur charge limprimante avec une pile de papier. Chaque page est ensuite dcoupe laide dun plotter laser dans une forme spcifique. Les pages dcoupes forment ensuite une couche de lobjet final imprimer. partir du moment o la dernire feuille a t coupe et assemble, lobjet imprim peut tre alors retirer de la machine.

    > LES MATIRES CONDUCTRICES[55] Les matires condutrices sont de lencre conductrice base dargent. Selon le fabricant, cette encre aurait une conductivit 5 000 fois plus leve que les ptes conductrices et les filaments aujourdhui utiliss. Lorsquil faut ajouter certains lments lobjet, limprimante 3D stop alors limpression pour que lutilisateur puisse y intgrer sa puce, sa DEL ou tout autre composants lectroniques. Une fois

    lopration acheve la machine reprend son impression l ou elle lavait laisse. La Voxel 8 possde un volume dimpression de 10 x15 x 10cm pour une rsolution optimale de 200 microns et de 250 microns pour la largeur de lencre conductrice. Elle imprime sur filament de diamtre 1,75 mm dans un large panel de thermoplastiques.

  • 21

    Nom complet Abrviation Type de matriaux Matriaux disponibles

    Strolythographie SLA Rsines sensibles aux UV

    Rsines deplastiques ractifs la chaleur et aux UV.

    Dpot de matire fondue FDM Filaments Plastiques ractifs la chaleur : lABS, le PLA, des Polyamides...

    Frittage slectif par laser SLS Poudres Poudres plastiques ractifs la chaleur type Alumydes et Polyamydes

    Fusion slective par laser SLM Poudres Poudres mtaliques : titane, acier inoxydable, aluminium, cobalt, fer et mtaux prcieux.

    Cintinuous Liquid Inter-face Production

    CLIP Rsines Rsines mtaliques

    ColorJet Printing ou 3DP CJP Poudres et liants

    PolyJet PolyJet Rsines et encres

    CHAQUES TECHNOLOGIES UTILISE UN TYPE DE MATRIAUX PARTICULIER. CES MATRIAUX HORMIS LES BOBINES DE FILAMENTS DU PROCD FDM SONT UNIQUES CHAQUE MACHINES ET CHAQUES CONSTRUCTEURS.

    ON NE PEUT PAS INTERCHANGER LES POUDRES SURTOUT SI LES PROCDS DIFFRENT. CHAQUE TECHNOLOGIES EST AUSSI PLUS ADQUATE POUR TEL OU TEL DOMAINE.

    LES RSINES ET ENCRES DES PROCDS POLYJET ET COLORJET PRINTING TANT SPCIALES, ELLES SERONT DTAILLES DANS LA PARTIE SUR CES DEUX PROCDS DANS LES PAGES SUIVANTES.

    lopration acheve la machine reprend son impression l ou elle lavait laisse. La Voxel 8 possde un volume dimpression de 10 x15 x 10cm pour une rsolution optimale de 200 microns et de 250 microns pour la largeur de lencre conductrice. Elle imprime sur filament de diamtre 1,75 mm dans un large panel de thermoplastiques.

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    1 - HISTORIQUE - LIMPRESSION 3D AU FIL DES ANNESLIMPRESSION 3D OU FABRICATION ADDITIVE A FT EN 2014 SES 30 ANS. LES SPCIALISTES DANS CE DOMAINE ACCORDENT LA PATERNIT DE CE PROCD CHUCK HULL QUI A DPOS LES BREVETS DE LA STROLITHOGRAPHIE, ANCTRE, DE CETTE RVOLUTION RVOLUTION TECHNOLOGIQUE.

    Toutefois, les tout premiers brevets sont en ralit dposs quelques semaines plus tot par trois chercheurs franais mais le brevet ne rencontre pas le mme lengouement espr et nest pas renouvel.

    Mais lide de pouvoir crer des objets en trois dimensions couche par couche t soulev il y a plus de 50 ans dj. Plusieurs grands acteurs ont depuis dvelopp ce procd et tendu les possibilits.

    VOICI LES GRANDES DATES CLS :> 1982 : Chuck Hull mne des recherches sur la strolithographie.

    > 1984 : Le 1er brevet sur limpression 3D (dite fabrication additive ) est dpos. Les dpositaires sont franais : Jean-claude Andr, Olivier de Witte, et Alain le Mhaut pour le compte de lentreprise CILAS ALCATEL.

    > 1984 : Chuck Hull dpose le brevet 4575330 dutilisation de la strolithographie.

    > 1986 : Cration de 3D Systems. Dautres acteurs entrent en jeu.

    > 1987, le procd de frittage laser slectif (ou SLS pour Sintering Laser System) est invent par lentreprise DTM corp.

    > 1988 : Lancement par 3D Systems de la toute premire imprimante 3D, la SLA- 250

    > 1989 : Cration de Stratasys et des premires imprimantes FDM par ces derniers.

    > 1993 : Cration du procd 3DP (Three

    Dimensional Printing), mis au point au MIT (Massachussets Institute of Technology)

    > 1995 : Z Corporation lance les premires imprimantes 3DP et la technologie dimpression 3D mtallique ou DMLS (Direct Metal Laser Sintering) fait son apparition.

    > 1996 : Premires mentions des machines industrielles comme imprimantes 3D .

    > 1998 : Des entrepreneurs du secteur jet dencre dcouvrent lObjet Geometries

    > 2000 : La fabrication additive est utilise pour des pices de production.

    > 2005 la socit ZCorporation lance la premire imprimante couleur, fonctionnant sur le mme principe de quadrichromie que les imprimantes 2D couleurs que nous connaissons.

    > 2009 : Cration de MakerBot Industries et lancement de la MakerBot Cupcake CNC. Lancement de Sculpteo en France.Expiration du brevet sur le FDM dtenu

    par Stratasys.

    > 2012 : Rachat de Zcorp par 3D Systems qui renomme la gamme dimpression couleur Colorjet et rachat de la socit OBJET par Stratasys qui renomme la gamme couleur en Polyjet

    > 2012 : Rachat de Makerbot et de sa gamme Open source par Stratasys.

    > 2014 : La technologie SLS tombe dans le domaine du public.

    > 2014 : Stratasys lance la premire imprimante multimatriaux et multicolore au monde avec limprimante Objet 500 Connex 3 et sa gamme de 46 couleurs.

    > 2015 : la socit Carbon3D annonce une nouvelle technologie rvolutionnaire permettant de multiplier par 7 la rapidit en impression 3D. Baptise CLIP

    > 2016 : Stratasys lance la J750, premire imprimante 3D multi matriaux totalement en couleur, sa gamme Polyjet avec 360 000 couleurs possibles.

    Nous retrouvons dans cet historique les dates dlaboration des 5 procds dimpression principales dcrites les pages prcdentes. Lintgration de la couleur pendant limpression trois dimensions est dveloppe trs tardivement (2005) par Z corp qui reprend le systme dimpression 3DP quils avaient commercialiss 10 ans avant. Limpression couleur est de ce fait encore peu connue.De grands acteurs de limpression 3D tels que Stratasys proposent de nouvelles solutions dans ce domaine et lancent tout dernirement, une nouvelle imprimante totalement en couleur trs proche du procd jet dencre dj connu des industries graphiques.

    C. LA COULEUR DANS LIMPRESSION 3D

  • 23

    2 - DTAILS DES PROCDS COULEURS

    NOUS APPELONS IMPRIMANTE 3D COULEUR OU MULTICOLORE UNE IMPRIMANTE CAPABLE DE PRODUIRE EN UNE SEULE IMPRESSION 3D UN OBJET COLOR AVEC UNE PALETTE RICHE DE COULEURS.

    Cette distinction est importante car certaines imprimantes 3D, notament en FDM, sont parfois qualifies dimprimantes 3D multi-couleurs car elles sont composs de deux ttes dimpression et donc de deux filaments colors diffrents. Cette capacit extruder deux filaments de couleurs diffrentes et obtenir ainsi des objets bicolores nest pas pour nous suffisante, ce type de modle ne sera donc pas list ici (FDM). Serons donc prsents dans cette partie, uniquement les procds incorporant la couleur sans changement de matire premire.

    Des matriaux innovants, rsistants la chaleur, solubles, flexibles, conductibles sont disponibles. Elle combine la technologie jet dencre et lutilisation de matriaux qui durcissent au contact de la lumire ultraviolette.

    Le principe de limpression 3D PolyJet est similaire limpression jet dencre, mais au lieu de projetter des gouttes dencre sur du papier, les imprimantes PolyJet 3D projetent des couches de liquide photopolymre durcissable sur un plateau de fabrication.

    Les ttes dimpression (au nombre de 8 sur le schma ci-contre) possdent chacune plusieurs dizaines dembouts qui projettent des micro-gouttelettes de matire sur une plateforme. A chaque projection, une lumire ultraviolette est alors mise et vient durcir la matire. Ces tapes sont rptes, couche par couche, jusqu obtention de la pice, laquelle ne ncessite aucune tape de finition (cuisson, lissage, ou bien polissage). Pour des gomtries complexes, un matriau de support (un gel facile enlever la main ou leau) est ajout par une des ttes dimpression.

    POINTS POSITIFS - Excellent pour les matriaux souples - Ne ncessite pas de durcissement

    supplmentaire en four UV ni de post-traitements

    - Excellent pour les applications haute rsolution avec des gomtries complexes

    - Surface lisse avec une bonne rsistance au choc

    - Seule technologie pouvoir imprimer plusieurs matriaux en mme temps

    POINTS NGATIFS - Technologie rcente et peu connue - Prix des machines levs - Prix des levs des rsines

    A - POLYJET - LIMPRESSION 3D PAR JET DE MATIRELA TECHNOLOGIE DE JET DE MATIRE, OU POLYJET CHEZ STRATASYS, EST UN PROCD BREVET PAR LA SOCIT OBJET LTD. EN 1999, QUI DEPUIS A FUSIONN AVEC LE GANT STRATASYS. CETTE TECHNOLOGIE PERMET LIMPRESSION 3D EN COULEUR. CETTE TECHNIQUE EST CELLE QUI RESSEMBLE PEUT-TRE LE PLUS VOTRE IMPRIMANTE JET DENCRE.

  • 24

    LA GAMME OBJET 260/350/500 CONNEX3 DE STRATASYS BASE SUR LA TECHNOLOGIE POLYJET, LA GAMME CONNEX3 DE STRATASYS OFFRE DES SURFACES INCROYABLEMENT LISSES, DES DTAILS ULTRA-FINS ET UNE LARGE GAMME DE PROPRITS DE MATRIAUX.

    Elle est capable dimprimer jusqu 3 types de matriaux diffrents en mme temps afin de fabriquer des pices qui doivent tre dotes de diffrentes proprits mcaniques, optiques ou thermiques (comme les poignes antidrapantes, les fentres transparentes, les charnires flexibles ou les surfaces rsistantes la chaleur). Son grand plateau de fabrication et sa capacit changer totalement de matriaux au cours dune mme tche dimpression fait gagner beaucoup de temps et largie les possibilites. Il est possible dobtenir des dgrads harmonieux trois couleurs et des couleurs clatantes.

    Des choix de couleurs possibles parmi 10 palettes de couleur, de 45 couleurs chacune soit 450 au total, opaques ou translucides.

    Fig.15 : Nuanciers imprims par une ObJet 500 de StratasysSource : http://www.thestar.com.my/

    Fig.17 : Exemples dimpression

    multicolores imprims par une ObJet 500 de

    StratasysSource : http://www.

    thestar.com.my/

    Fig.16 : Une imprimante ObJet500

    de Stratasys

  • 25

    Fig.19 : Zoom dune tte dimpression dune

    imprimante ObJet de chez Stratasys

    Copyright Javel-Tech

    Fig.18 : Schma dune pice en impression avec dtails des axes mobiles de la tte dimpression dune ObJet 500 de StratasysSource : 3DSystems

  • 26

    LA J750 DE STRATASYS LA STRATASYS J750 EST LA NOUVELLE IMPRIMANTE SORTIE CHEZ CE CONSTRUCTEUR UTILISANT LA TECHNOLOGIE DIMPRESSION 3D POLYJET. ELLE IMPRIME DES TONS NEUTRES ET BRILLANTS, DES TEXTURES ET DES DGRADS DUNE QUALITE EXCEPTIONELLE. CETTE MACHINE HAUTE DFINITION EST CAPABLE DE PRODUIRE EN UNE SEULE FOIS ET SANS POST TRAITEMENT, DES OBJETS MULTICOLORES ET MULTIMATRIAUX TRS RALISTES.

    Fig.20 : Imprimante Stratasys J750

    Fig.22 : Impression en cours sur une

    Stratasys J750 par lentreprise Otterbox

    Source : http://www.3ders.org/

    La Stratasys J750 est capable dimprimer en 3D partir de 6 matriaux diffrents simultanment, et peut donc imprimer des objets multicolores (360 000 couleurs sont disponibles). Lutilissateur peut choisir de combiner des matriaux rigides, souples, transparents ou opaques et leurs composites sur un mme modle ou sur diffrentes pices produites simultanment sur un mme

    plateau.

    Grce son excellente finition pouvant atteindre les 0,014 mm dpaisseur de couche, la J750 permet dimprimer des surfaces trs lisses avec une grande qualit de dtail. Comme le suggre ses capacits, cette machine se destine la fabrication de prototypes, de modles, doutillages ou encore de moules.

    Fig.21 : Tests et chantillons imprims sur une Stratasys J750 par lentreprise OtterboxSource : http://www.3ders.org/

    Elle est vendue avec le logiciel PolyJet Studio de Stratasys, spcifiquement mis jour pour ses capacits uniques.

  • 27

    B - IMPRESSION 3DP OU COLORJET PRINTING (CJP) LIMPRESSION 3D COULEUR PAR LIAGE DE POUDRE

    LA TECHNOLOGIE DIMPRESSION PAR LIAGE DE POUDRE A T DVELOPPE EN 1993 AU MIT. DABORD COMMERCIALISE PAR LA MARQUE ZCORP, ELLE A ENSUITE T REBAPTISE COLOR JET PRINTING APRS LE RACHAT DE CETTE DERNIRE PAR 3DSYSTEMS.

    Fig.23 : Shma du ColorJet Printingsource : http://http://www.additive-3d.fr/

    Les imprimantes 3D par liage de poudre disposent de deux rservoirs, lun vide et lautre rempli dun matriau base de gypse (matriau minral proche du pltre).

    Aprs avoir repandu une premire couche de poudre sur le plateau, un liant est dpos de manire slective afin de solidifier la couche qui est dans le mme temps colore laide dune encre. Puis une deuxime couche de poudre est rpendue et la mme tape est rpte jusqu lobtention de lobjet final.

    Parmi les avantages de cette technologie, on note la possibilit de recourir des milliers de coloris (CMYK), labsence de supports pour la cration de formes complexes (la poudre sert de support) mais aussi la possibilit de rcuprer une partie de la poudre non-utilise. Le liage de poudre prsente nanmoins quelques inconvnients, une tape de post-traitement est ncessaire pour enlever la poudre non-colle alors quun liant doit tre utilis pour finir la solidification de lobjet et amliorer le contraste des couleurs.

    Cette technologie limite galement les objets imprims des modles visuels comme des maquettes darchitecture, des figurines ou des prototypes de packagings. 3DNatives

    POINTS POSITIFS : - Prototypes rellement multi-

    couleurs - Excellent pour des modles

    de dmonstration - Obtention dun prototype en

    heures, et non plus en jours - Matriau recyclable, poudre

    rutilisable - Matriau vert , avec peu

    de contraintes environnemen-tales, facile entreposer

    - Pas de supports de structure requis

    - Nombreux post-traitements possibles (usinage, ponage, forage, )

    - Utilisable dans une grande varit dapplications : moules, moules pour thermo-formage, modles dassem-blage, modles numriques de terrain (MNT), et bien plus

    POINTS NGATIFS - Prix des imprimantes lev - Utilisation de plusieurs

    matires premires (poudre, liant et colorants) donc cot de

    production plus lev - Prix des matires premires

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    LA SRIE PROJET X60 DE 3DSYSTEMLA SRIE DES X60 EST COMPOSE DE SIX MODLES LA FINESSE DIMPRESSION DE PLUS EN PLUS LEVE. LES PREMIRES IMPRIMANTES DE LA GAMME, LES PROJET 160 ET 260C, PERMETTENT DJ DOBTENIR DE BONS RSULTATS, AVEC UNE PAISSEUR DE COUCHE DE 0,1 MM ET UNE RSOLUTION DE 300 450 DPI.

    Fig.24 : Les 6 imprimantes de la gamme X60 CJP de 3DSystemssource : http://http://www.additive-3d.fr/

    Fig.25 : Exemples dimpressions ralises avec une imprimante ProJet 660 Pro de 3DSystemssource : http://www.3dprinterworld.com/

    Le modle le plus rcent de la srie, la ProJet 860Pro, offre quant lui jusqu 0,1 mm de dtail pour une rsolution de 600 540 dpi. Il est possible dimprimer sur ces dernires plus de 6 millions de couleurs.

    Les X60, qui font appel au procd dimpression 3DP, constituent la rfrence mondiale pour limpression 3D en couleurs. Plus de 390 000 couleurs sont disponibles pour les modles haut de gamme, savoir les ProJet 460Plus, 660Pro et 860Pro.

    La technologie 3DP, qui est la seule utiliser des glues prcolores, permet des impressions couleur directement dans la matire, ce

    qui rduit laffadissement des teintes et le posttraitement.

    Les poudres pour limpression 3D sur les ProJet X60 sont des matriaux haute performance pour raliser des pices trs solides, en haute dfinition. Les poudres utiliss sont le zp151 Eco-Drum, VisiJet PXL et zp151.

    Les liants sont utiliss par les imprimantes ProJet X60 (ProJet 360, ProJet 460, ProJet 660 et ProJet 860). Ils lient les particules de poudre pour raliser des impressions 3D en couleurs. Ils viennent en cartouches faciles utiliser et non-salissantes. La poudre non utilise aprs impression peut tre rutilise.

  • 29

    LA PROJET 4500 DE 3DSYSTEMLIMPRIMANTE PROJET 4500 PERMET DE RALISER DES PICES PRTES LEMPLOI, FLEXIBLES, ROBUSTES, COLORES PIXEL PAR PIXEL, AVEC UN TAT DE SURFACE DE QUALIT. CETTE IMPRIMANTE 3D EST RAPIDE ET EFFICACE, DOTE DE COMMANDES INTUITIVES, POUR UNE PRODUCTIVIT LEVE ET DES COTS DEXPLOITATION RDUITS.

    Fig.27 : Exemples dimpressions ralises avec une imprimante ProJet 4500 de 3DSystemssource : http://www.digicad.fr/

    Fig.26 : Une imprimante ProJet 4500 de 3DSystems

    source : http://www.digicad.fr/

    La ProJet 4500 est la premire imprimante 3D combiner impression couleur et matire plastique. Elle vient complmenter la gamme Projet X60 galement de 3D Systems.

    Cette dernire comme particularite compare la gamme X60 de pouvoir utiliser le VisiJet C4 Spectrum, un plastique flexible, rsistant et recyclable.

    Elle gnre trs peu de dchets, ne ncessite aucun support et dlivre des pices et des assemblages fonctionnels colors et prts lemploi sans post-traitement ni peinture. Comme ses homologues de la gamme ProJet X60, elle utilise le procd ColorJet Printing

    et utilise donc une base de poudre minrale. Le surplus de poudres non utilises par cette dernire peut galement tre rutilis.

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    > LA 3DPANDORAS DE GLOBAL TREND TECHNOLOGY CO

    Aprs avoir lanc leur projet en septembre 2014, lentreprise Global Trend Technology Co lance une campagne KIKCTARSTER afin de runir les fonds ncessaires leur projet. Cette campagne a t un franc succs et leur a permi de rcolter 156 885$ et de mettre au point leur imprimante et de la commercialiser en 2016.

    Cette dernire utilise les mmes procds que les imprimantes prcdentes : Une base de rsine minrale (de gypse) des agents durcissants et des liants qui seront colors.

    Lobjectif de lquipe derrire le projet de cette imprimante tait de crer une machine beaucoup moins chre que dautres technologies trs onreuses comme la strolythographie ainsi que ses autres conccurents utilisant le mme procd couleur.

    Fig.29 : Exemples dobjets imprims avec une imprimante 3DPandorassource : https://3dprint.com/

    Fig.28 : Une imprimante 3DPandorassource : https://3dprint.com/

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    LIMPRIMANTE X1 DE ADDWII

    Percevant galement le potentiel de limpression couleur pour les particuliers, lentreprise Addwii a galement mis sur ce march et a lanc sa premire imprimante couleur compacte bas prix.

    la diffrence de 3D Systems qui sest lanc dans la production dimprimantes professionnelles en couleur, grand format, Addwii prend un autre courant et envahis le march du particulier avec des machines compactes et offrant tout de mme une qualit de 1200Dpi et une rsolution (paisseur des couches) pouvant aller jusqu 0,08mm.

    Fig.30 : Une imprimante X1 de Addwiisource : http://3dprintingdatabase.org

    Fig.31 : Une sculpture imprime avec une imprimante X1 de Addwii.source : http://3dprintingdatabase.org

  • 32

    Fabriques par Mcor Technologies, ces imprimantes peuvent crer des objets 3D partir de simple feuilles de papier A4, ce procd est plus conomique et cologique que les autres techniques dimpression traditionnelles imprimant partir de plastique.

    Fonctionnement : Limprimante est tout dabord charge avec un bac de feuilles A4. Feuille aprs feuille, une encre de couleur est pulvrise afin de colorer et obtenir le contour de lobjet souhait. Un liant est galement ajout afin de coller les feuilles entre elles.

    laide dun plotter de dcoupe, les contours de lobjet sont dcoups feuille par feuille. Enfin, lobjet est sorti de limprimante et le surplus de papier non-utilis et dcoup peut tre retir pour obtenir lobjet final. Un vernis est finalement appliqu pour finaliser la solidification de lobjet.

    En plus doffrir des pices polychromes, la technologie de Mcor prsente 2 principaux avantages : Lutilisation dencre et de papier comme matriau dimpression rduit le cot global des pices mais aussi lempreinte cologique de limpression. Mme si le papier offre une solidit tonnement bonne, la technique reste limite des pices non-fonctionnelles dans un seul et unique matriau.

    C- SELECTIVE DEPOSITION LAMINATION (SDL) - LAMINAGE PAR DPT SLECTIF

    LE SDL; SELECTIVE DEPOSITION LAMINATION (OU AUSSI LAMINATED OBJECT MANUFACTURING), QUE LON POURRAIT TRADUIRE EN FRANAIS PAR LAMINAGE PAR DPT SLECTIF EST LE SEUL PROCD DIMPRESSION 3D PERMETTRE DE FABRIQUER DES OBJETS BASE DE PAPIER.

    POINTS POSITIFS - Le plus faible TCO (cot total

    de possession) du march de limpression 3D

    - La matire premire des im-primantes 3D MCOR tant le papier, une matire premire abordable et cologique

    - Impression totalement colo-rs (premire proposer plu-sieurs millions de couleurs)

    - Surplus reyclabe - Prix des machines abor-

    dables

    POINTS NGATIFS - Pas de proprits mca-

    niques (objets dcoratifs uniquement)

    - Pas de choix de matire - Post traitement (nettoyage

    du surplus de papier) pou-vant tre long

    - Surplus non imprim non rutilisable

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    MCOR IRIS HD

    Mcor Technologies Ltd est un fabricant innovant des imprimantes 3D les plus abordables, polychromes et cologiques au monde. Ce sont les seules imprimantes 3D utiliser du papier lettres de bureau ordinaire comme support de fabrication, un choix qui rend les modles durables, stables et agrables au toucher.

    Une longue phase de post-traitement afin denlever le surplus de papier est hlas ncessaire. De plus, cette tche est a effectuer manuellement et avec la plus grande dlicatesse afin de ne pas endommager la pice.

    Fig.32 : Une imprimante Mcor iris de la socit Mcor technologiessource : http://www.3dnatives.com/

    Fig.33 : Pices imprimes par une Mcor irissource : http://www.3ders.org/

  • 34

    MCOR ARKE

    Premire imprimante de bureau utilisant la technologie SDL au monde, ces imprimantes au cots rduits ont lapparence et la taille des imprimantes de bureau classiques.

    Fig.34 : Des imprimantes Mcor ARKe dclines en plusieurs colorissource : http://www.3ders.org/

    Fig.35 : Une imprimante Mcor ARKe avec les capots ouverts

    source : http://www.3ders.org/

  • 35

    Limpression 3D couleur est trs rcente et il nxiste quun petit nombre de technologie proposant cet atout. Les deux plus grands acteurs de limpression 3D que sont Stratasys et 3DSystems se sont lancs sur ce march en rachetant de plus petites entreprises.

    Il existe tout de mme dautres petits constructeurs qui proposent des alternatives, avec un procd totalement diffrent comme le SDL ou bien des imprimantes plus abordables base sur limpression 3DP.

    Si vous cherchez produire des pices colores, personnalisables et fonctionnelles destines une utilisation directe (un outil par exemple), les technologies CJP et Polyjet) feront votre bonheur.

    Pour des prototypes amovibles ou des maquettes en un seul matriau, vous pouvez vous diriger vers du CJP.

    Mais si vous avez besoin de plusieurs matriaux diffrents sur une mme pice, des matriaux transparents, diffrents degrs de souplesse sur une mme pice (comme un peigne dont le manche est solide et les dents souples), il faudra se tourner vers du Polyjet.

    En revanche si vous dsirez simplement des impressions multicolores dcoratives ou des maquettes statiques, et que votre budget nest pas trs lev, il vaudrait mieux sorienter vers du SDL.

    Pour choisir la technologie couleur adopter, il faut prter attention X facteurs :- Le ou les matriaux que vous voulez imprimer- Ce que vous voulez imprimer (taille, multi-matriaux...)- La qualit dimpression- Le budget investi- Le prix des matriaux ncessaires pour limpression- Le temps dimpression- Le post-traitement (temps, cots...)

    BILAN

  • 36

    LORS DE LA CRATION DUNE PICE DESTINE TRE IMPRIM EN FABRICATION ADDITIVE, IL EST ESSENTIEL DE PASSER PAR DIVERS LOGICIELS QUI PERMETTRONT DE MENER VOTRE PROJET DIMPRESSION 3D COULEURS.

    Vous trouverez sur la droite un schma du processus de fabrication, il reprsente la partie en amont de la conception dune pice 3D. Pour la cration dune pice, diffrents choix soffrent : soit avec le scan dune pice existante, soit en modlisant une nouvelle pice. Dans cette partie nous aborderons donc les logiciels de dcoupe slicers, les formats dexportations en .STL ou .OBJ, les logiciels de modlisation CAO et nous terminerons sur les scanners.

    16

    SYNTHSE DE LA MISE EN UVRE DE LA FABRICATION ADDITIVE

    Source : association franaise du prototypage rapide

    Fabriquer ne consiste donc plus soustraire de la matire, comme le font les techniques traditionnelles avec le laminage ou lusinage mais au contraire en ajouter couche par couche afin dobtenir lobjet final imagin par les designers.

    MTHODOLOGIE C.

    Une fois acte la coopration entre le Conseil gnral de larmement et la Chambre de commerce et dindustrie Paris Ile-de-France, a t mis en place un comit de pilotage que nous avons anim. Un groupe de travail a galement t constitu, prsid par Philippe Bouquet, prsident dAtos. Ce groupe a procd des auditions auxquelles se sont ajouts de nombreux entretiens avec 130 dirigeants et experts du sujet. Un second groupe de travail a t institu pour traiter de la proprit intellectuelle. Ce rapport dans le rapport figure en annexe 3, une partie plus concise tant directement incorpore dans le corps du texte.

    Cette tude comprend quatre parties. La premire porte sur la technologie et les procds, qui sont la source directe ou indirecte de cette profonde mutation. La seconde traite des marchs et des stratgies, tant au niveau des entreprises qu celui des Etats. La troisime partie sintresse aux modles conomiques et tous les enjeux qui conditionnent le dploiement de la fabrication additive, tels que la scurit ou la proprit intellectuelle. Enfin sont examines dans une quatrime partie les applications sectorielles, pour lesquelles il nest pas possible dtre exhaustif mais o sont nanmoins couverts des champs trs varis tels que laronautique, la sant, larchitecture, le luxe. Enfin, la cinquime partie est consacre aux recommandations destines aux acteurs privs et publics.

    Nuages de points

    Modle rfrence CAO

    Stratgie de scanning

    Modlisation CAO

    Fichier STL

    Pice fabrique

    par couches

    Interface

    Fabrication par couches

    Outillage fabriqu

    par couches

    Outillage

    Pice finale

    Contrle et comparison

    Sculpture numrique

    Parachvement

    .OBJ/ .

    SLICER

    A. LOGICIELS SLICER :

    II- LES OUTILS LA CRATION DE PICE 3D

    IL SAGIT DUN LOGICIEL QUI TRANCHE LOBJET PERMETTANT LIMPRESSION 3D. LE FICHIER EST GNR EN GCODE. (LE GCODE EST DDI LIMPRESSION 3D, IL GNRE DES CODES POUR LES MOUVEMENTS DE LA TTE DIMPRESSION 3D, OU LA BUSE.) LE LOGICIEL ET LES PARAMTRES UTILISS DPENDENT DE LIMPRIMANTE 3D UTILISS.

    1

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    4

    Technique : La pice est tranche en plusieurs couches pour ensuite tre imprime. La pice est dfinie par un ensemble de donnes telles que lpaisseur des couches, la quantit de matires, la vitesse dimpression. Grce au logiciel, il est possible de rgler la rsolution, donc lpaisseur de chaque couche dfinit en mm. Plus elle est fine, plus il y aura de tranches calculer, donc plus limpression sera prcise, mais aussi plus lente. La rsolution dpend de chaque imprimante 3D utilise. La densit se traduit par la quantit de matire lintrieur de lobjet. Elle sera dtermine en fonction de la forme de la pice et de son usage final.

    Par exemple pour un objet dcoratif, soumis aucune contrainte, on pourra appliquer une faible densit, lobjet sera quasiment creux, linverse une pice mcanique ncessitera un remplissage partiel ou total. Lors du paramtrage de la densit on dterminera galement lpaisseur de la surface extrieure de la pice. Par exemple une pice mcanique ncessitera une enveloppe plus paisse quune pice purement oriente design. Les logiciels de tranchage permettent galement de vrifier, doptimiser et dautomatiser des fichiers 3D.

    Fig.34 : Comment marche limpression 3D ? - source : http://www.ludeek.net/limprimante-3d-en-entreprise/

    Fig.34 : Processus impression 3D - source : http://www.cci-paris-idf.fr/sites/default/files/etudes/

    pdf/documents/impression-3d-etude-1509.pdf

  • 37

    16

    SYNTHSE DE LA MISE EN UVRE DE LA FABRICATION ADDITIVE

    Source : association franaise du prototypage rapide

    Fabriquer ne consiste donc plus soustraire de la matire, comme le font les techniques traditionnelles avec le laminage ou lusinage mais au contraire en ajouter couche par couche afin dobtenir lobjet final imagin par les designers.

    MTHODOLOGIE C.

    Une fois acte la coopration entre le Conseil gnral de larmement et la Chambre de commerce et dindustrie Paris Ile-de-France, a t mis en place un comit de pilotage que nous avons anim. Un groupe de travail a galement t constitu, prsid par Philippe Bouquet, prsident dAtos. Ce groupe a procd des auditions auxquelles se sont ajouts de nombreux entretiens avec 130 dirigeants et experts du sujet. Un second groupe de travail a t institu pour traiter de la proprit intellectuelle. Ce rapport dans le rapport figure en annexe 3, une partie plus concise tant directement incorpore dans le corps du texte.

    Cette tude comprend quatre parties. La premire porte sur la technologie et les procds, qui sont la source directe ou indirecte de cette profonde mutation. La seconde traite des marchs et des stratgies, tant au niveau des entreprises qu celui des Etats. La troisime partie sintresse aux modles conomiques et tous les enjeux qui conditionnent le dploiement de la fabrication additive, tels que la scurit ou la proprit intellectuelle. Enfin sont examines dans une quatrime partie les applications sectorielles, pour lesquelles il nest pas possible dtre exhaustif mais o sont nanmoins couverts des champs trs varis tels que laronautique, la sant, larchitecture, le luxe. Enfin, la cinquime partie est consacre aux recommandations destines aux acteurs privs et publics.

    Nuages de points

    Modle rfrence CAO

    Stratgie de scanning

    Modlisation CAO

    Fichier STL

    Pice fabrique

    par couches

    Interface

    Fabrication par couches

    Outillage fabriqu

    par couches

    Outillage

    Pice finale

    Contrle et comparison

    Sculpture numrique

    Parachvement

    Conclusion : Pour comparer la fabrication additive limpression traditionnelle, on peut dire que le Slicer correspond au RIP de limpression traditionnelle. Il est reli une imprimante 3D par un flux et crait des couches au lieu de crer des points de trames. VIDO : https://www.youtube.com/watch?v=USA29CuYOvk

    ON NOTERA QUE LE SLICER PERMET DE DFINIR LA COULEUR DE LOBJET EN FONCTION DES IMPRIMANTES 3D UTILIS. ON CHANGERA LES COULEURS UTILISES DANS LE LOGICIEL.

    Fig.34 : Tableau comparatif des principaux logiciels dimpression 3D source : Limpression 3D de Mathilde Berchon

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    B. LES FORMATS DE FICHIERS UTILISS POUR LEXPORTATION SUR UN SLICERLIMPRESSION 3D COMPREND PLUSIEURS FORMATS DE FICHIER COURAMENT UTILIS. NOUS ABORDERONS LE STL, LOBJ ET LE MLT AINSI QUE LE VRML.

    1- .STL

    CE FORMAT QUI EST AUJOURDHUI LE FORMAT DE FICHIER STANDARD DE LA CAO (CONCEPTION ASSISTE PAR ORDINATEUR) A T CRE PAR ALBERT CONSULTING GROUP POUR 3D SYSTEMS EN 1987 POUR LA STROLYTHOGRAPHIE DE 3D SYSTEMS QUI EST LE PREMIER MODLE DIMPRESSION 3D COMMERCIALIS.

    Exemple de programmation .STL en ASCII

    TECHNOLOGIE : Un fichier STL dcrit les surfaces de mailles telles des caractristiques gomtriques . Un solide est compos de faces triangulaires, qui sont elles-mmes composes dune normale et de 3 sommets dcrits par leurs coordonnes.

    La normale est optionnelle et peut tre utilise pour dterminer l intrieur de la maille. Dans le cas o les normales ne sont pas correctement configures,

    elles peuvent tre calcules en utilisant les sommets de face. Sil est impossible de dterminer lintrieur dune maille, la normale doit tre rpare. Les informations peuvent tre stockes sous texte ou forme binaire, cette dernire est plus souvent utilise car elle constitue une option de stockage plus efficace.

    Les positions Vertex sont sauvegardes sans aucune unit.

    Il existe sous Windows un plugin MLT qui permette dcrire un fichier en HTML (HyperText Markup Language, ce qui signifie en franais langage de balisage dhypertexte, ce langage permet de raliser de lhypertexte base dune structure de balisage ou en Qt Meta Language pour ensuite le traduire en STL.

    Avantages : - Format de fichier Compact et simple. Le format de fichier ne comporte que le minimum ncessaire la description du modle 3D, ce qui le rend trs simple dutilisation. Tout comme dautres formats (obj, wrl, ply, ...) il nest pas ncessaire de passer par une phase de tessellation (La tessellation constitue la phase utilise, dans laquelle la gomtrie est transforme en triangles afin de pouvoir tre sauvegarde) qui pourrait altrer le maillage originel afin dobtenir un fiche imprimable. Compatible avec de nombreux logiciels de modelage 3D et imprimantes 3D.

    Inconvnients : - Supprime les informations de connectivit, mais la plupart des logiciels 3D peuvent dsormais les intgrer, les outils Sculpteo notamment, les recalculeront lors du tlchargement du modle. Le support de couleur nest pas possible.

  • 39

    Exemple de programmation .OBJ

    2 - .OBJ

    UN FICHIER .OBJ EST UN TYPE DE FICHIER 3D TRS COMMUN. IL EST SOUVENT UTILIS COMME TYPE DE FORMAT DCHANGES PAR DE NOMBREUX LOGICIELS, COMME ALTERNATIVE AUX FICHIERS .STL.

    Exemple de programmation .MLT

    Le format de fichier .OBJ est bas sur un format ascii (texte brut) avec une syntaxe simple. Les principales sections des fichiers OBJ contiennent des lignes de type vertex (type v), coordonnes de textures (type vp), coordonnes de normales (type vn) et faces (type f).

    Le format de fichier OBJ a t dvelopp par Wavefront Technologies (les concepteurs du logiciel de modlisation 3D Maya). Depuis, il est utilis trs frquemment et sest impos comme lun des formats de fichier dchange entre diffrents logiciels de CAO.

    Pour colorer votre modle, il faut quil possde un matriau et une texture diffuse mappe selon des coordonnes UV. Souvent les plateformes dimpression ne supporte quune seule texture et un seul canal de coordonnes UVs [UVmap]. Si vous souhaitez exporter de la couleur, il vous faut cochez [Write Materials] et [Include UVs] lors de la cration du fichier.

    Les proprits du matriau seront stockes dans un fichier .MTL cr au mme endroit que l.OBJ. Le fichier MTL (Material Library) rfrence les matriaux, lindexation des couleurs et des textures. partir des couleurs RVB, chaque valeur va tre reprsente sous cette forme : 0.8 0.8 0.8. Un fichier au formats dimage .jpg, .png, .gif ou autres est souvent demand par les imprimeurs de la fabrication additive.

    Souvent utilis comme alternative aux fichiers STL, les fichiers OBJ diffrent par :

    - le fait quils permettent dencoder couleurs, textures et matriaux grce au MTL intgr.

    - la possibilit dutiliser des faces non triangulaires (quadrilatres, etc ...), avec la difficult que ces faces doivent rester planes

    - le fait quils encodent la topologie des maillages 3D, cest dire ladjacence des faces lune par rapport lautre.

    La structure simple et textuelle du fichier OBJ le rend facile traiter avec les langages de programmation. Par exemple, il est trs simple douvrir un fichier OBJ en language de programmation python.

  • 40

    3 - .VRML

    A LORIGINE DE CE FORMAT 3D ON RETROUVE LENTREPRISE LABYRINTH COMPOS DE MARK PESCE, TONY PARISI & PETER KENNARD. LA DMARCHE DE MARK PESCE ET SES COLLGUES TAIT DE PROPOSER UN LANGAGE WEB MULTI PLATES-FORMES DESTIN DCRIRE DES SCNES 3D.

    Exemple de programmation .VRML

    Le VRML 2.0 ou VRML97 apporte de nombreuses amliorations parmi lesquelles :- animation des objets: les mondes crs ne sont plus condamns demeurer statiques- interaction avec les objets : chaque objet du monde peut ragir des signaux, ces signaux pouvant tre gnrs par lutilisateur (clavier, souris...) ou par dautres objets du mme monde- cration de scripts danimation (en JavaScript/ecmascript) inclus aux fichiers .wrl- gestion des sons en 3D- extrusions dobjets- effets de brouillard- utilisation dun squence vido en tant que texture dun objet- cration de prototypes dobjets

    Avec le format VRML, les couleurs sont gr de faon diffrentes. partir des couleurs RVB, chaque valeur va de 0 1Ici, par exemple, on a du bleu fonc = Background { skyColor 0 0.1 0.4 }0 0 0 = noir1 1 1 = blanc

    Malgr le dclin de ce langage, le VRML est devenu au fur et mesure des annes un format de fichier 3D universel, dfaut dtre un format web ! La cible vise initialement a t manque, mais le VRML profite de son implantation dans les logiciels 3D.

    Dautres formats xistent mais sont utiliss dans dautres domaines comme lanimation, le jeu vido, ce sont lOBJ et le VRML dcris ci dessus qui sont prconiss pour limpression 3D.

    CONCLUSION SUR LES FORMATS DEXPORTATIONSLes formats dexportations ne contiennent pas les mmes caractristiques que les formats utiliss en limpression traditionnelle. Limpression 3D diverge dans les formats de fichiers. Etant donner la rcente dcouverte de cette technologie, la gestion de la couleur nest pas encore normalis car toutes les imprimantes 3D ne grent pas direc-tement la couleur. Beaucoup dimprimantes 3D dpendent du matriaux utiliss ainsi quune tape de finition ou la couleur est incorpore.Pour les imprimantes 3D professionnels permettant limpression de la couleur directement, la plupart du temps le fichier OBJ ou STL est trait la base en RVB pour ensuite tre imprim en CMJN. Dans le cas des imprimantes 3D permettant limpression CMJN (quadrichromie), la conversion se fait lors de lenvoie du fichier limprimante (slicers).

  • 41

    C- LES LOGICIELS DE CAOLES LOGICIELS DE CONCEPTION ASSIST PAR ORDINATEUR SONT NOMBREUX. TOUS NE SONT PAS DESTINS AU MME USAGE.

    Ils existent un grand nombre de type pour mener bien la modlisation et la visualisation des pices destines limpression 3D. Ces branches sont lies aux fichiers dexportations car un mme logiciel peu modliser un objet de diffrentes faons :- les modlisations polygonales : Le plus souvent, en 3D on construit partir de plan appel Polygone. On utilisera principalement des polygones 4 cots appels Quads et des polygones trois cots appels Tris. Un polygone est compos de Vertex (sommet), dEdges (artes), de Face (face). (blender, maya..)- les modlisations gomtriques : Cette technique de modlisation gomtrique concerne la reprsentation dun objet solide comme combinaison dobjets solides simples (exemple : cylindre, sphre, cne, tore, etc.) laide doprateurs gomtriques boolens (exemple : union, intersection, soustraction). > la CSG (dite aussi modlisation volumique) : combinaison boolenne de solides plus simples, est un phnomne dintersection de soustraction dun solide. Il consiste stocker une information colorimtrique avec ses coordonnes spatiales, voire temporelles, de positionnement ainsi que, facultativement, une taille relative lunit utilise ou dautres informations telles quune matire pour des dobjets primitifs. (Solidworks, Fusion 360..) > la B-Rep (Boundary Representation dite aussi modlisation surfacique). Il permet de dfinir les frontires de lobjet et les relations

    topologiques entre les lments des frontires. (liens entre les volumes, les faces, les artes, les sommets..) Il existe galement diffrentes surfaces possible, (planes, NURBS ...) Ce type de logiciel permet la cration de formes complexes de haute prcision.. (exemple : rhino 3d, ALIAS SURFACE, ICEM Surf)- les modlisations paramtriques : Il sagit de dfinir une entit par des paramtres qui peuvent tre modifis facilement. De cette faon, on change aisment la dfinition de la pice. Ces fonctionnalits sont limites aux logiciels destins aux professionnels. (Fusion 360, Revit Sketchup, Solid Edge, Solidworks...)

    Limpression 3D utilise diffrent logiciels en fonction de la pice, de la prcision, de lutilisation... Certains sont destins aux professionnels, dautres au amateurs, gratuit ou payants avec des modlisations divergeantes... Le type de modlisation sera ensuite envoy au slicer pour une dcoupe de la forme en couche.

    Conclusion : Limpression 3D regroupe beaucoup de logiciel qui diverge en fonction de lutilisation et du projet. Tous peuvent intgrer la couleur.

  • 42

    QUELQUES LOGICIELS DE CAO UTILIS POUR LIMPRESSION 3D

    LOGICIELS TYPE DE MO-DLISATION CARACTRISTIQUECONFIGURATION

    REQUISESUTILISATION PRIX

    SOLIDWORKS modlisation volumique modlisation paramtrique

    SolidWorks est un modeleur 3D utilisant la conception paramtrique. Il gnre 3 types de fichiers relatifs trois concepts de base : la pice, lassemblage et la mise en plan. Ces fichiers sont en relation. Le logiciel est donc ddi la modlisation de pice 3D. Il y a de nombreux produits associs dit par SolidWorks, notament Flow Simulation, Montion, ANimator...

    Windows, configuration puissante 16 go de RAM

    Pour les profes-sionnels

    500 7 000 en fonction des plug-in.

    AUTODESK FUSION 360

    modlisation volumique modlisation paramtrique

    nficiez dun ensemble complet de fonctionnalits de conception industrielle et mcanique au sein dun seul module, accdez vos conceptions tout moment et o que vous soyez, partagez des donnes de conception et travaillez en collaboration par le biais de notre tableau de bord scuris, prparez vos conceptions en vue de leur usinage laide dun outil de FAO intgr proposant un usinage 2,5 et 3 axes ou utilisez les fonctionnalits dimpression 3D pour bnficier dun processus de fa-brication optimal, assemblez des composants. Etablissez des relations, animez et simulez des mouvements, et testez la forme et la fonction de votre conception. La modlisation avec le logiciel permet galement limpres-sion de composant lctronique.

    Windows, MAC configura-tion puissante 16 go de RAM

    Pour les profes-sionnels

    3 216

    MAYA modlisation polygoniales

    il permet lexportation sous mudbox le logiciel autodesk de retouche texture , substance et relief qui pourra donner une grande touche de ralisme vos scne. Il permet galement le passage sous UNITY 3D GANE ENGENIER le moteur 3D qui changera vos objet maya en un jeux trs complet. Il permet limportation de plan Autocad facilitent ainsi la conception des cration de type architecturale. Il travail aussi avec motion builder le logiciel AUtodesk de cration de mouvement fluide et raliste. Il est recommand pour lanimation.

    Windows, et mac configu-ration puissante 16 go de RAM

    utilisation pour les profession-nels, puissant pour les rendus et les options.

    4 998

    RHINOCEROS modlisation surfacique

    Rhino peut crer, diter, analyser, documenter, rendre, animer et traduire des courbes et des surfaces NURBS* ainsi que des solides, des nuages de points et des maillages. Aucune limite en termes de complexit, de degr ou de taille, en dehors de celles de votre matriel. Le logiciel permet la gestion du flux.

    sous Mac et Windows. configuration puissante 16 go de RAM

    Utilisation pour les profession-nels, puissant pour les rendus

    1 074

    BLENDER modlisation polygoniales

    Il dispose de fonctions avances de modlisation, de sculpture 3D, de dpliage UV, de texturage, de rigging, darmaturage, danimation 3D, et de rendu. Il gre aussi le montage vido non linaire, la composition, la cra-tion nodale de matriaux, la cration dapplications 3D interactives ou de jeux vido grce son moteur de jeu intgr, ainsi que diverses simulations physiques telles que les particules, les corps rigides, les corps souples et les fluides. Possible dcrire des scripts en Python.

    Utilisation Mac, Linux, Windows. Configuration puissante pour certains plug-in

    utilisation semi professionnels, amateurs

    GRATUIT

    AUTODESK 123 D DESIGN

    modlisateur en ligne

    Autodesk propose 123D Design. Ce logiciel gratuit nest pas aussi complet quAutoCAD, mais il permet de raliser des pices assez complexes, relativement facilement. , o vous pouvez galement stocker vos projets ou et accder des services dimpression 3D la demande.

    Mac OS, Windows et iOS, pas de configuration particulire car en ligne

    utilisation pour les consomma-teurs dimpres-sion 3D

    GRATUIT

    AUTO-DESK3DS MAX

    modlisation volumique modlisation polygoniales et surfacique

    3ds Max est ainsi conu sur une architecture modulaire, compatible avec de multiples plug-ins (extensions) et les scripts crits dans un langage propritaire appel Maxscript. Le logiciel 3ds Max sest dvelopp rapide-ment, en tant utilis principalement dans les industries vidoludique, cinmatographique et automobile.

    Windows. configuration puissante 16 go de RAM

    utilisation profes-sionnelle

    1600

  • 43

    TABLEAU DE TOUT LES FORMATS POUVANTTRE UTILISS SUR LES LOGICIELS DE CAO

    Fig.34 : Surlpteo, transferer un fichier 3D source : https://www.sculpteo.com/fr/outils/transferer-un-fichier-3d/

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    D- LES SCANNERS 3DUN SCANNER 3D VA PRODUIRE NI PLUS NI MOINS QUUN NUAGE DE POINTS, CHAQUE POINT PEUT ALORS TRE IDENTIFI PAR DES COORDONNES (R, , ) ET SONT LES ANGLES FORMS ENTRE LA LIGNE ALLANT DE LORIGINE AU POINT ANALYS DEUX PLANS PASSANT PAR LORIGINE, LUN HORIZONTAL ET LAUTRE VERTICAL. Ces coordonnes sphriques permettent de situer dans lespace chacun des points par rapport au scanner, travail pralable et ncessaire la modlisation numrique de limage en trois dimensions. Ces informations peuvent tre interprts par une imprimante 3D. Cependant, Cest un logiciel, souvent propritaire, qui va permettre de transformer ce nuage de points en un maillage polygonal qui permettra limpression 3D. Au final, les informations concernant la gomtrie de lobjet sont stockes dans un fichier au format STL. Les logiciels permettent galement lexportation dans dautres formats, notamment OBJ, pour tre ensuite manipuls dans des logiciels de CAO.Selon la qualit du matriel et du logiciel, cette tape, que lon appelle le post-processing, peut tre relativement longue. Elle consiste notamment supprimer les lments parasites de lensemble des prises de vue 3D, boucher les trous, mailler lobjet bien videmment, et effectuer quelques rparations du modle 3D si ncessaire.

    Les technologies de scan 3D peuvent tre classifies en cinq grandes categories qui reposent sur des principes physiques diffrents.

    1- LA TRIANGULATION LASER :

    LE PROCD CONSISTE PROJETER UN RAYON LASER ET TUDIER SA TRAJECTOIRE. EN FONCTION DE SA DVIATION IL EST POSSIBLE DEN DDUIRE LES PROPRITS DE LA SURFACE SCANNE EN 3D.

    TECHNIQUE : [56] La triangulation laser repose sur un calcul trigonomtrique. Dans le cas de la triangulation laser, les scanners utiliss comportent trois lments principaux (qui formeront les trois sommets dun triangle) : un metteur laser, une camra, ainsi que lobjet numriser. Un plateau rotatif est galement utilis afin de poser lobjet et obtenir ses diffrentes faces. Les scanners 3D triangulation laser utilisent gnralement des lasers semi-conducteurs, notamment cause de leur faible cot et de leur taille rduite. Ils sont caractriss par un faisceau de couleur rouge. Avec ce procd, la numrisation dbute par lmission dun faisceau laser rectiligne qui vient se dformer au contact de lobjet. Par le biais de la camra, le scanner 3D analyse la

    dformation de la ligne mise par le laser sur les reliefs de lobjet afin de dterminer, laide de calculs trigonomtriques, sa position dans lespace. Langle form entre la camra et le faisceau du laser, la distance de la camra lobjet ainsi que celle de la source du laser lobjet (connu en calculant la dure mise par le laser faire un aller-retour), sont autant de paramtres qui permettent de dterminer les coordonnes spatiales de lobjet.AVANTAGES : Le principal atout de la triangulation laser est son faible prix, avec des premiers modles DIY disponibles pour

    Fig.34 : Triangulation laser source : http://www.3dnatives.com

    /3d-triangulation-laser-29042016/

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    Parmi les scanners 3D triangulation laser les plus connus, on retrouve le Digitizer de MakerBot, le Ciclop de BQ, le MatterForm de la compagnie ponyme ou encore les scanners 3D professionnels Focus3D de chez Faro.

    2 - LA LUMIRE STRUCTURE

    UNE LUMIRE DONT LES CARACTRISTIQUES SONT CONNUES (COMME UNE GRILLE RGULIRE PAR EXEMPLE) EST PROJETE SUR LA SURFACE SCANNER EN 3D. UN CAPTEUR ENREGISTRE LES DFORMATIONS DE LA LUMIRE ET EN DDUIT LA FORME DE LA SURFACE SCANNE EN 3D.

    [56] TECHNIQUE :Les scanners sans contact mettent un laser, une frange lumineuse, un rayonnement et dtectent sa rflexion afin de sonder un objet ou un environnement. Diffrents types de source de rayonnement sont utiliss : laser, lumire, ultrason ou rayon X. Le scanner 3D lumire blanche ou a frange est un scan actif qui utilise la lumire blanche (projecteur type rtro-projecteur) pour sonder son environnement. Il pointe sur le sujet une srie de motifs lumineux (traits, carrs, ronds,...) avec le projecteur crant des images dformes sur lobjet et utilise un appareil photo ou une camera dcale pour situer les motifs. En fonction de la distance jusqu la surface, les motifs prennent des formes diffrentes (dformations) en raison du positionnement dcal du laser et de la camra. Ensuite un logiciel vient en dduire la forme de lobjet en fonction de lensemble des surfaces dformes dont il dispose.AVANTAGES :Les principaux avantages de la technologie de lumire structure pour le scan 3D sont sa vitesse, la rsolution et la capacit scanner des personnes. INCONVNIENTS : Un des principaux inconvnients est sa sensibilit aux conditions dclairage. Cela rend par exemple complexe le travail en extrieur.

    VIDO COMMERCIALE DE LA TECHNOLOGIE : Scan in a Box - Structured Light 3D Scanner, https://www.youtube.com/watch?v=mSLIEZ_Yg4s

    quelques centaines deuros. Sa vitesse dacquisition (moins de 10 minutes en moyenne pour un objet) ainsi que son niveau de prcision (de lordre de 0,01 mm), en font galement une technologie populaire.INCONVNIENTS : Du ct des inconvnients, il est noter que la numrisation de surfaces

    transparentes ou rflchissantes peut savrer difficile, un problme qui peut tre contourn en recourant une poudre blanche. Sa porte limite (seulement quelques mtres) rduit galement le nombre dapplications possibles.

    Fig.34 : Scan lumire structure. source : http://www.primante3d.

    com/numerisation/

  • 46

    3 - LA PHOTOGRAMMTRIE

    LA PHOTOGRAMMTRIE EST UNE TECHNOLOGIE BASE SUR LA PHOTOGRAPHIE STANDARD ET LA GOMTRIE PROJECTIVE ET A T LORIGINE UTILISE POUR NUMRISER DE GRANDS OBJETS COMME DES BTIMENTS, DES DERRICKS ET DES ENTREPTS. LE PRINCIPE DE LA PHOTOGRAMMTRIE EST DE PRENDRE DES IMAGES MULTIPLES DE LOBJET ET DES POINTS COMMUNS MANUELS OU AUTOMATIQUES CHAQUE PHOTOGRAPHIE.

    [56] TECHNIQUE : Le principe gnral de cette technologie de scan 3D est danalyser plusieurs images ralises depuis plusieurs points de vue diffrents et de dtecter des pixels communs dune image lautre. Ces pixels correspondent un mme endroit de la surface capture sur deux photographies diffrentes. Les algorithmes calculent alors la position dans lespace o les photographies ont t prises et en consquence les proprits 3D de la surface scanner en 3D.AVANTAGES : Les principaux avantages de la photogrammtrie sont sa prcision et sa rapidit dacquisition. La photogrammtrie fonctionne avec tous types dobjets, y compris des environnements photographis du ciel.INCONVNIENTS : Les inconvnients de la photogrammtrie sont sa sensibilit la qualit des photographies et le temps de calcul ncessaire pour crer la surface 3D.

    VIDO COMMERCIALE DE LA TECHNOLOGIE, DIY 360 Product Photography - Iconasys Photography Turntables : https://www.youtube.com/watch?v=ACh9Jof7uSc

    4 - LE SCAN 3D PAR CONTACT

    EN RALISANT PLUSIEURS MESURES DUNE SURFACE EN LA TOUCHANT, UN SYSTME DE SCAN 3D PAR CONTACT EN DDUIT LES INFORMATIONS DE LA SURFACE ET CRE UN SCAN 3D. CE TYPE DE SCANNER EST UTILIS DANS LINDUSTRIE POUR SA PRCISION. DANS LINDUSTRIE MCANIQUE, PAR EXEMPLE, LES MACHINES MESURER TRIDIMENSIONNELLES. UN AUTRE EXEMPLE, DANS LINDUSTRIE DANIMATION CINMATOGRAPHIQUE, DES MODLES SCULPTS DANS DE LA TERRE GLAISE SONT ENSUITE NUMRISS EN TROIS DIMENSIONS.

    Fig.34 : Photogrammetrie source : http://optotechnik.zeiss.com/

    images/slider/photogrammetrie/steinbichler-photogrammetrie-slide-2.jpg

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    TECHNIQUE : Le scan 3D par contact implique quune partie du scanner 3D touche la surface de lobjet scanner en 3D. Cette opration seffectue grce un capteur de contact, galement appel palpeur ou encore sonde, reli au scanner 3D. Le scan 3D par contact implique quune partie du scanner 3D touche la surface de lobjet scanner en 3D. Cette opration seffectue grce un capteur de contact, galement appel palpeur ou encore sonde, reli au scanner 3D. La sonde est gnralement relie une structure (un bras robotis par exemple) capable denregistrer ses dformations pour atteindre la surface scanner. Certains systmes effectuent un tracking optique de la sonde ce qui vite un appareillage complexe mais impose que le systme puisse directement voir et suivre la sonde. Certaines configurations de scanner 3D par contact portent le nom de Machines Mesurer Tridimensionnelle (MMT). Le scan 3D par contact est trs utilis pour effectuer du contrle qualit de pices qui viennent dtre fabriques ou pendant des oprations de maintenance.AVANTAGES : Les principaux avantages du scan 3D par contact sont sa prcision et sa capacit scanner en 3D des surfaces rflchissantes ou transparentes.INCONVNIENTS : Ses inconvnients sont sa lenteur et inadquation avec des formes organiques et trs complexes.

    5 - LIMPULSION LASER :

    CEST UNE TECHNOLOGIE DE SCAN 3D BASE SUR LE CALCUL DE LA DURE MISE PAR UN LASER POUR TOUCHER UNE SURFACE ET REVENIR. EGALEMENT APPELE SCAN 3D PAR TEMPS DE VOL CETTE TECHNOLOGIE EST BASE SUR LA CONNAISSANCE PRCISE DE LA VITESSE DE LA LUMIRE ET DES CALCULATEURS TRS PRCIS QUI MESURENT PRCISMENT LA DURE DU TRAJET PARCOURU PAR LE LASER.

    TECHNIQUE :[2] En rptant un trs grand nombre de fois lmission du laser et le calcul de la distance qui spare le scanner 3D de la surface scanner en 3D, les proprits de la surface 3D sont captures. Pour de bons rsultats, il

    est ncessaire de calculer le temps mis par le laser pour effectuer laller retour, avec une prcision de lordre de la picoseconde (0.000000001 seconde !). Chaque mesure effectue par le scanner 3D renseigne un point de la surface et lopration doit tre effectue des centaines de milliers de fois pour une surface complte. La technologie de scan 3D par temps de vol englobe les scanners 3D impulsion laser et les scanners 3D dcalage de phase. Ces derniers, en plus de moduler lamplitude du faisceau laser servant scanner en 3D, modulent galement sa phase. Ces systmes offrent une performance suprieure en combinant les deux types de modulation.AVANTAGES : [2] Le principal avantage des scanners 3D impulsion laser est leur capacit scanner en 3D des grands objets et environnements.INCONVNIENTS : [2] Linconvnient de ce type de scanner 3D est leur lenteur.

    VIDEO COMMERCIALE : Scanner laser Focus3D : compact, lger et abordable pour le relev et la documentation 3D, https://www.youtube.com/watch?v=jiitduzyKhA

    Fig.34 : Scanner 3D par contact source : http://vvatpe.wixsite.com/tpe-

    impression-3d/scanners-3d

    Fig.34 : limpulsion laser source : https://commons.

    wikimedia.org/wiki/File:Lidar_P1270901.jpg

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    March de limpresion 3D

    III. LE MARCH DE LIMPRESSION 3D APPELLE LA TROISIME RVOLUTION INDUSTRIELLE, LIMPRESSION 3D REPRSENTE UN ENJEU INDUSTRIEL, CONOMIQUE, SOCITAL MAJEUR POUR LA FRANCE. EN 2014, CE MARCH INTERNATIONAL REPRSENTE 4,5 MILLIARDS DE DOLLARS. LE MARCH EST DIVIS EN PLUSIEURS SECTEURS : LES IMPRIMANTES 3D INDUSTRIELLES ET PARTICULIERS, LES SCANNERS, LES LOGICIELS DE CRATION 3D AINSI QUE LES FOURNISSEURS DE MATRIAUX... NOUS ALLONS ABORDER PLUSIEURS ASPECTS DU MARCH COMME LA CROISSANCE, LA RENTABILIT, LES ACTEURS MAJEURS, LA CLIENTLE, LE CYCLE DE VIE DUN PRODUIT...

    1- LE MARCH GLOBAL DE LIMPRESSION 3D

    Ce march se rpartit sur plusieurs activits industrielles. (aerospacial, mdical, automobile...) Selon le graphique prsent par Wholers Report en 2016, on remarque une progression du march de limpression 3D de 2011 2016. Dans la figure prsente par Wohlens Report, de 2014 2020 le march de limpression 3D aura volu de 25% soit 17,5 milliards de dollars en 2020.

    Le tableau prsent par Whohlens Report de Smart Markets estime que le march du domaine de lnergie correspondant 5% du march de limpression 3D en 2014 et connaitra une augmentation de 35% dici 2020.

    Fig.X: Graphique prsent par Wholers Report 2016 Fig.X: Graphique prsent par Wohlens Report de Smart Tecn Markets, Cradit Suisse

    Fig.X: Graphique prsent par Wohlens Report de Smart Tecn Markets, Cradit Suisse

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    Linstitue amricain Gatner prsente en juillet 2014, une courbe reprsentative de lvolution de la 3D. On y retrouve limpression 3D sous diverses formes, comme lEntreprise 3D Printing pour limpression 3D professionnelle et industrielle, le Consumer 3D Printing pour limpression 3D grand public et enfin le 3D Bioprinting Systems for Organ Transplant pour la reche