Stéréolithographie (SLA) : tout ce qu'il faut savoir

La stéréolithographie est considérée comme la technologie à l'origine de l'impression 3D, avec le premier appareil breveté en 1984 par Charles Hull et la première machine commerciale développée par 3D Systems en 1988. Aujourd'hui, nous allons découvrir plus d'informations sur le processus de stéréolithographie pour comprendre de quoi il s'agit.

La stéréolithographie, également connue sous le nom de SLA (Stereolithography Apparatus), utilise le principe de la photopolymérisation pour produire des modèles 3D en utilisant de la résine sensible aux UV. Il ne faut pas la confondre avec les fichiers STL, qui sont des fichiers d'impression 3D. La solidification est provoquée par le passage d'un laser couche après couche. Elle permet d'obtenir l'une des meilleures surfaces imprimées si on la compare aux technologies d'impression 3D existantes.

D'un point de vue historique, le premier brevet a été déposé en 1984 par Chuck Hull et commercialisé par 3D Systems en 1988. Quelques jours avant les Américains, un trio de chercheurs français composé de Jean-Claude André, Olivier de Witte et Alain le Méhauté, a conçu un brevet similaire pour le compte du groupe Alcatel.

Les imprimantes 3D SLA utilisent un matériau d'impression liquide et un couvercle de protection contre les UV (généralement orange, vert, rouge ou jaune). La stéréolithographie offre un volume de production relativement limité par rapport à d'autres technologies d'impression. Cependant, certaines machines comme l'imprimante 3D Mammoth peuvent produire des pièces de plus de 2 m.

Comment fonctionne l'impression 3D par stéréolithographie

Comme pour les autres technologies d'impression 3D, un fichier numérique 3D est requis, lequel peut être obtenu via un logiciel de CAO (SolidWorks, Sculpt ou SelfCAD, par exemple). Ces fichiers (généralement des fichiers STL) sont envoyés à un « trancheur » (slicer) qui découpe le modèle en fines couches à imprimer. Les instructions sont ensuite envoyées à l'imprimante 3D.

Les machines de stéréolithographie contiennent un bac à résine, une plateforme mobile (axe Z), un système de raclage (axe X), un laser UV, l'optique de focalisation et un galvanomètre à miroir (axes X et Y).

Le faisceau laser durcit la résine liquide selon le modèle 3D numérique fourni à l'imprimante. Une fois qu'une couche a été solidifiée, la plateforme descend d'un niveau. La section suivante est alors solidifiée. Il y a autant de cycles d'impression que de couches nécessaires pour obtenir le volume complet de la pièce.

Sur certains modèles d'imprimante 3D SLA (comme celles de Formlabs, par exemple), la production de la pièce s'effectue la tête en bas. La plateforme est immergée dans le bac de résine, tandis que le laser agit du bas vers le haut.

Post-traitement

Une fois l'impression terminée, une étape de nettoyage de la chambre est nécessaire en utilisant un solvant (généralement de l'alcool isopropylique, aussi appelé isopropanol) pour éliminer l'excès de résine non solidifiée. Contrairement à d'autres technologies comme le frittage sélectif par laser (SLS), le dépôt de fil fondu (FDM) et l'impression 3D PolyJet, un traitement UV supplémentaire est généralement requis pour finaliser la photopolymérisation et optimiser la résistance du matériau.

Comme dans le cas de la technologie à dépôt de fil, la SLA utilise des structures de support lors de l'impression de formes complexes. Tout comme un échafaudage, celles-ci permettent de soutenir les parties qui surplombent. Elles sont ensuite retirées lors du post-traitement.

La technologie de stéréolithographie offre un fini de surface légèrement vitreux, mais il est généralement supérieur aux processus FDM ou SLS (pour des couches de même épaisseur). Il n'est pas rare que les différentes couches d'impression soient à peine visibles. Cependant, peu de couleurs sont disponibles en SLA.

L'impression 3D SLA a donné naissance à de nombreuses technologies

Suite à l'expiration des premiers brevets liés à la stéréolithographie, de nombreux acteurs du secteur ont travaillé pour améliorer cette technologie. On peut citer, par exemple, la technologie DLP, qui utilise un projecteur vidéo à la place du laser pour couvrir une zone plus large, avec une vitesse d'impression accrue. La société française Prodways a, quant à elle, développé une technique appelée MovingLight, qui utilise un projecteur vidéo pour accélérer davantage la production des pièces. La société britannique Photocentric utilise, elle, un écran LCD comme source de lumière UV.

Plus récemment, le fabricant Carbon3D a dévoilé son processus CLIP (Continuous Liquid Interface Production, production continue à interface liquide), qui contrôle la quantité d'oxygène durant la réaction de photopolymérisation. Cela rend la vitesse d'impression de 25 à 100 fois plus rapide. Autre initiative intéressante : ONO a levé 2,3 millions de dollars pour un système qui utilise la lumière d'un smartphone pour solidifier la résine.

Parmi les fabricants leaders d'imprimantes 3D SLA, il y a évidemment 3D Systems, le fondateur de la technologie elle-même, mais aussi de nouveaux acteurs comme DWSlab, B9Creator ou Formlabs. Basée à Boston, la startup Formlabs a lancé en 2011 une campagne de financement participatif sur Kickstarter, récoltant la somme remarquable de 3 millions de dollars pour la Form 1, la première imprimante 3D SLA de bureau. Celle-ci a été commercialisée à environ 5 000 $.

Le prix des imprimantes 3D à stéréolithographie varie de 1 000 € pour les versions low-cost à plusieurs dizaines de milliers d'euros pour des machines professionnelles avec un grand volume de production.

Applications de la stéréolithographie

La SLA est surtout utilisée pour le prototypage dans tous les domaines du secteur en raison de sa rapidité, mais selon la qualité de l'imprimante, il est également possible d'obtenir des pièces immédiatement fonctionnelles. Elle est aussi utilisée pour la production de moules ou de modèles de fonderie, en particulier pour le monde de la bijouterie ou du dentaire.

La fonte à cire perdue est un exemple de processus de production indirect qui utilise la stéréolithographie. Cette technique millénaire utilise désormais l'impression 3D pour produire des répliques précises du produit final (aussi appelé moule pour bijoux) en cire calcinable. Une fois la forme créée, celle-ci est enveloppée dans un matériau réfractaire créant le moule. Le métal fondu est ensuite versé dans le moule pour remplacer la cire. Une fois le moule retiré, la pièce en métal peut être utilisée.

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