Tout d’abord le termes même d’imprimante pourrait être discuté car on n’utilise pas à proprement parler d’imprimantes telles que tout le monde les connait, il s’agit en fait de dispositifs permettant à partir d’un modèle numérique (un objet virtuel en 3D) d’obtenir un objet bien réel, palpable et surtout utilisable dans la vie courante. Le terme « d’imprimante » est utilisé par analogie, en effet votre lettre écrite sur un traitement de texte (document purement virtuel et numérique) devient réel et « palpable » une fois sortie sur papier par votre imprimante, de plus certaines technologies d’impression 3D utilisent des buses comme les imprimantes dites « jet d’encre »!

Maître Yoda dans sa version numérique puis imprimée

 Comment ça marche ?


Plusieurs technologies existent pour cela de la plus simple à la plus sophistiquée, mais elles ont toutes en commun un principe de base: l’objet à produire est découpé en une succession de tranches 2D, que la machine va construire les unes après les autres et c’est l’empilement des ces tranches qui va constituer l’objet fini. Les différentes matières utilisées par ces imprimantes, pour les technologies les plus courantes, vont du plastique, à la cire en passant par la résine( sous forme liquide ou en poudre).

Il convient de distinguer le monde industriel et la sphère privée. Dans le premier, il existe des imprimantes très sophistiquées capables de produire des objets très complexes avec un rendu exceptionnel. Comme vous vous en doutez, ces imprimantes sont très coûteuses… Mais heureusement il existe, accessible aux particuliers, des imprimantes 3D utilisant des technologies moins sophistiquées et surtout plus abordables.

L’impression 3D par ajout de matière fondues :

Cette technique utilise du plastique qui sera fondu et extrudé par une buse en des fils très fins (de l’ordre du millimètre jusqu’au dixième de millimètre) que l’imprimante va juxtaposer les uns à côtés des autres, les fils vont adhérer entre eux avant de se solidifier. On obtiendra alors une des « tranches » d’objet, comme je  vous le disais plus haut, ensuite, l’imprimante continue avec les autres tranches les unes au dessus des autres afin d’obtenir l’objet fini. C’est la technique la plus abordables. Il est possible pour un particulier de se procurer une telle imprimante voir de la construire lui-même. Même si les imprimantes construites sur ce principe à destination des particuliers ne rivalisent pas tout a fait avec les imprimantes industrielles de même technologie, il est quand même intéressant de savoir qu’à moindre coût les particuliers aussi peuvent posséder un tel objet.  Je reviendrai la-dessus plus tard.

Exemple de machine fonctionnant grâce à l’extrusion de fil plastique. Système professionnel.

L’impression 3D par pulvérisation de matière :

L’analogie avec les imprimantes jet d’encre prend particulièrement sons sens avec ce procédé. En effet, cette technique consiste à pulvériser des micro gouttes de matière (de cire ou de résine de l’ordre d’une dizaine de microns), par l’intermédiaire d’une tête d’impression comportant des centaines de buses.
Lors de l’utilisation de résine, il est nécessaire d’exposer les couches successives à une source de lumière UV pour durcir le liquide

Dans le première partie de cette vidéo vous verrez une imprimante fonctionnant sur le principe de pulvérisation de résine, solidifiée par lumière UV après chaque pulvérisation. Ensuite le documentaire montre des imprimantes par ajout de matière fondue, accessible au particulier (une MakerBot et une RepRap (mendel) dans cette vidéo).

L’impression 3D par Stéréolithographie :

Ce procédé est le premier développé dans le domaine de l’impression 3D. Il utilise principalement des résines ayant la particularité de se durcir, soit quand la résine est exposée à la lumière, soit quand elle est exposée à la chaleur.

On distingue ces 2 procédés par les termes :

SLA (StéréolithographieApparatus) 

C’est un bain de résine liquide photosensible qui est employé ici. Une lumière ultraviolette est utilisée pour durcir la résine liquide au endroit ou elle doit être solidifiée. La première tranche du futur objet est ainsi obtenu, puis le processus se répète pour chaque nouvelle tranche.

Cette vidéo à été réalise par Junior Veloso, qui à réalisé lui-même cette imprimante grâce à un video projecteur dans lequel il a remplacé l’ampoule par une lampe UV. Le video projecteur projette le dessin de la tranche entière d’un objet par le fond d’une cuve contenant la résine photo sensible. Junior Veloso promet qu’une fois son système complètement finalisé il fournira les plans(voire des kits) pour que tout un chacun puisse construire sa propre machine. Retrouvez-le sur son blog : 3dhomemade
 

SLS (Selective Laser Sintering)

La aussi on utilise principalement de la résine en poudre, mais pas uniquement, en effet une large gamme de matière peut être employée, du métal au verre en passant par les plastiques, le tout est d’avoir cette matière sous forme de poudre.

Le procédé varie suivant la matière employée, mais le principe reste le même:
La poudre utilisé va être « frittée » (chauffée avant le point de fusion) pour obtenir à l’endroit du frittage l’agglomération de la matière. Pour ce faire on utilise un laser pour chauffer à un endroit précis la poudre à solidifier. Le laser dessine sur la poudre la première tranche de l’objet, ensuite, une autre couche de poudre est ajoutée puis lissée, et le processus continu avec les tranches suivantes de l’objet. Une fois le processus terminé, la pièce obtenue est nettoyée de la poudre résiduelle et peux dans dans certain cas avoir besoin d’une cuisson complémentaire.
Un procédé à 2 lasers est utilisé avec des résines liquide spéciales. Dans ce cas, le point chaud qui va solidifier la matière va se trouver au point de rencontre des 2 lasers.

3DP

Comme pour la technique précédente, on utilise ici de la poudre, il n’y à cependant pas de fusion ni de frittage de matière, l’imprimante ici va déposer sur un tapis de poudre, de fines gouttes de colle, suivant le tracé de la première tranche de l’objet à fabriquer. La première tranche terminée, la machine rajoute une couche de matière, puis le processus se répète pour les tranches successives. Le gros avantage de ce procédé est qu’en utilisant 4 colles de différentes couleurs (comme pour les encres d’une imprimante jet d’encre), le résultat obtenu est donc en couleur.

Les autres Procédés:

Il existe encore d’autres procédés d’impression 3D, qui découlent des précédents ou qui combinent plusieurs techniques. D’autres se développeront surement dans le futur. Voici un dernier exemple:

Il s’agit d’obtenir un objet en métal, le processus comporte plusieurs étapes, car l’on n’obtient pas encore d’objet directement imprimé en métal, ou dû moins, pas utilisable en l’état. Dans cet exemple, l’objet qui sort directement de l’imprimante est fragile, il devra subir plusieurs traitements et cuissons. Le matériau dont il est fait (poudre d’acier inoxydable + une colle) est particulièrement poreux, , mais de ce fait, il pourra dans un four à très hautes température « absorber » en quelque sorte un autre matériau (du bronze fondu dans l’exemple), ainsi, après refroidissement, c’est bien un objet en métal que l’on obtient


Que nous promet l’avenir ?

Outre l’amélioration des technologies présentées plus haut, ou la démocratisation de ces technologies, c’est le concept même d’impression 3D, qui commence à intéresser quantité de secteur autres que l’industrie classique. Il y a des projets d’impression de nourriture par exemple, mais il y a un domaine ou l’impression 3D promet quelques miracles dans un futur plus moins éloigné, il s’agit du domaine médicale:

En effet, des essais avec des matériaux biologiques sont actuellement en cours de par le monde (Par exemple à l’INSERM de Bordeaux en France). Le but est de pouvoir dans l’avenir recréer des tissus bio-compatibles à partir de cellules humaines cultivées (et de cette manière recréer par exemple de la peau qui pourra ensuite être greffée pour réparer une peau endommagée, ou même directement imprimée sur la plaie du patient. Des avancées remarquables ont déjà été faite avec des tissus humains « simple », par simple, comprenez des tissus ne comportant qu’un seul type de cellule (cellules de la peau par exemple), mais l’ambition des chercheurs est de pouvoir un jour imprimer un organe complet (plusieurs type de cellules différentes!) Ce n’est pas pour tout de suite certes, mais ce n’est presque déjà plus de la science fiction ! On parle ici de « Bio-printing » 


Bioprinting par universcienceTV

 Quelques ressources sur le sujet:

Sur le site de Doctissimo :


Une imprimante 3D à la maison ?

Je l’ai déjà évoqué plus haut, il est possible de construire sa propre imprimante 3D.

Il faut ici parler du projet RepRap :
Depuis quelques année déjà la communauté RepRap, partage sont projet d’imprimante 3D à faire à la maison. Des passionnés on développés, construit, améliorés des prototype d’imprimantes 3D totalement libre de droit. Vous pouvez télécharger les plans de cette imprimante, la construire la modifier et même proposer vos propres améliorations, c’est l’esprit du projet.

Depuis que cette communauté existe, plusieurs modèles ont déjà été développés et sont parfaitement fonctionnels(mendel, huxley, darwin sont des exemples de modèle proposés). Un des concept de RepRap, est que les imprimantes sont « autoréplicable ». En effet elles sont constituées pour majeure partie de plastique, et chaque imprimante peut recréer une grande partie de ses propres pièces.

Allez faire un tour sur le Wiki de RepRap en français ici

Depuis la création de cette communauté, un certain nombre de StartUp  proposent la vente des kits complets de leur propre modèle d’imprimante, basée sur le travail de la communauté RepRap:

Ultimaker Ltd:
C’est l’imprimante que j’ai choisi, l’Ultimaker, proposée par Ultimaker Ltd, basée aux Pays-bas. L’imprimante est disponible en kit, ou peut-être livrée complètement montée (le coût n’est évidemment pas le même). Par ailleurs, conservant le principe de « produit libre », il est possible de se procurer tout les plans de cette imprimante, pour la construire entièrement sois-même.

Ultimaker : Cliquer sur l’image pour accéder au site.

MakerBot industries:

Cette StartUp est localisée à Brooklyn NY aux Etats-unis. Elle propose 2 modèles dont un capable d’utiliser 2 fils de plastiques différents simultanément. Comme pour Ultimaker, vous pouvez recevoir la machine entièrement montée ou commander un kit à assembler vous même, ou encore vous procurer les plans et vous débrouiller par vos propres moyens


MakerBot : Replicator (Cliquez pour accéder au site)


MakerBot : Thing-O-Matic (Cliquez pour accéder au site)

Autres ressources:

Wikipédia : Impression tridimensionnelle