Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) : tout ce qu'il faut savoir

Source : 3dnatives.com

Le dépôt de matière fondue ou FDM est la technologie principale et la plus connue dans l'impression 3D, également appelée FFF pour plus de brièveté. S. Scott Crump a développé la FDM à la fin des années 80 et Stratasys l'a commercialisée en 1990. Une autre année importante dans le développement de la FDM fut 2005, lorsque le professeur Adrian Bowyer a lancé le projet RepRap, le mouvement mondial à l'origine des imprimantes 3D auto-réplicantes et open-source qui portent le même nom.

Comment imprimer en 3D avec le dépôt de matière fondue

La FDM est souvent considérée comme la technologie d'impression 3D la plus simple. Les éléments fondamentaux de la FDM sont essentiellement au nombre de 3 : un plateau d'impression sur lequel la pièce est imprimée, une bobine de filament qui sert de matériau d'impression et une tête d'extrusion, également appelée extrudeur. En résumé, le filament est fondu par l'extrudeur de l'imprimante, qui dépose le matériau couche par couche sur le plateau.

Tout commence par la conception de l'objet que l'on souhaite imprimer en 3D via un logiciel de CAO 3D (comme SolidWorks, TinkerCAD ou SelfCAD). Une fois dessiné, le modèle 3D (souvent au format .STL) est divisé en différentes couches par un logiciel de tranchage ou "Slicer" (comme Cura ou Repetier) avant de choisir les paramètres d'impression.

L'imprimante 3D commence à imprimer lorsque la machine a atteint la température optimale, généralement environ 200°C (392°F), nécessaire pour faire fondre le matériau. Les matériaux les plus utilisés dans le dépôt de matière fondue sont le PLA (acide polylactique) et l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène).

Une fois la température atteinte, le filament d'un diamètre de 1,75 mm ou 2,85 mm est extrudé sur le plateau via une buse. Celle-ci se déplace sur les axes X, Y et Z. Le plateau s'abaisse, permettant l'ajout d'une couche sur l'autre jusqu'à ce que l'objet imprimé en 3D soit terminé.

Pendant l'impression, des supports peuvent s'avérer utiles pour soutenir le modèle et l'empêcher de s'effondrer. Ces supports peuvent être réalisés avec le même matériau que l'objet, ou avec un matériau soluble dans l'eau ou dans le limonène. Certaines imprimantes 3D plus complexes peuvent être équipées de plusieurs extrudeurs pour combiner différentes couleurs et matériaux de support.

Matériaux compatibles avec les imprimantes 3D FDM

Les imprimantes FDM sont compatibles avec une large gamme de polymères thermoplastiques comme le PLA et l'ABS, mais aussi avec des polycarbonates (PET, PS, ASA, PVA, Nylon), des filaments composites à base de métal, de pierre, de bois, et bien plus encore. Ces composés ont souvent des propriétés mécaniques intéressantes telles que la conductivité, la biocompatibilité ou la thermorésistance. En remplaçant l'extrudeur d'une imprimante 3D par un système à seringue, il est également possible de créer des pièces en argile ou même avec des matériaux comestibles comme le chocolat ! Le prix de ces matériaux varie ; pour donner une idée, 1 kg de filaments de PLA est commercialisé à environ 35 €.

Il existe de nouveaux projets prometteurs qui tentent de fournir des pièces polychromes afin de combiner des milliers de couleurs. Il s'agit notamment, entre autres, de la Da Vinci Color de XYZprinting. Ces projets combinent ou colorent les filaments pour obtenir la gamme chromatique CMJN complète, avec plus de 10 millions de combinaisons disponibles.

Prix, performances et spécifications de l'impression 3D FDM

Le prix des imprimantes 3D FDM varie considérablement. La plus économique, de type RepRap en kit, commence à 300 €. Le prix croît de manière exponentielle jusqu'à 2 500 € pour les modèles de milieu de gamme et jusqu'à 10 000 € pour les machines professionnelles. Les principaux acteurs sur le marché sont le fabricant historique Stratasys, ainsi que des marques comme MakerBot (racheté par Stratasys en 2013), Ultimaker et Prusa.

Bien que certaines imprimantes 3D puissent imprimer des couches fines d'une épaisseur allant jusqu'à 50 microns, la qualité d'impression FDM n'est pas la meilleure comparée à d'autres technologies, comme la stéréolithographie par exemple. Le volume que les imprimantes 3D peuvent imprimer est généralement de 12x12x12 cm, bien que les imprimantes XL puissent imprimer jusqu'à 30x30x30 cm et que les imprimantes "extreme" puissent imprimer plus d'un mètre cube.

Il existe différents types d'imprimantes 3D FDM selon le mécanisme utilisé. Les imprimantes 3D cartésiennes utilisent les coordonnées des axes X, Y et Z, tandis que les modèles polaires utilisent les coordonnées polaires (angle et longueur). Il existe également des imprimantes delta avec une structure verticale, un plateau d'impression rond et un extrudeur fixe à trois bras. Plus récemment, des bras robotisés avec des axes de rotation multiples ont été introduits sur le marché pour les imprimantes 3D FDM.

Le dépôt de matière fondue (FDM) en quelques mots

Faible coût, facilité de gestion et rapidité d'exécution font de l'impression FDM une technique populaire. Les secteurs dans lesquels cette technologie trouve des applications sont variés : aérospatial, automobile, architecture, médical, artistique, et d'autres. Son utilisation principale réside dans le prototypage rapide ou la validation de modèles visuels ou de pièces fonctionnelles. L'extrusion de filament peut être utilisée facilement dans la production à petite échelle grâce à son vaste catalogue de matières thermoplastiques.