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Imprimantes 3D Résine

 

La fabrication additive à base de résine est un terme générique qui désigne la famille des technologies d’impression 3D permettant de polymériser des matériaux photosensibles sous forme liquide, couche par couche, pour obtenir un objet solide.depuis un fichier 3d vers un objet réel

 

L'impression 3D résine n’est pas l'appellation officielle pour l'ensemble du secteur, mais comme ces machines travaillent avec des matériaux en résine liquide, c'est une façon plus simple de les décrire. Dans le jargon technique, on parlera de stéréolytographie ou encore d’impression 3D par polymérisation VAT.

 

Définition de l’impression 3D résine

 

En règle général, les imprimantes 3D résines peuvent être définie comme des machines capables de créer des objets par un principe de photopolymérisation. Comme les imprimantes FDM, les imprimantes 3D résines fonctionnent selon grâce à du gcode traduit par la et son logiciel à partir d’un modèle 3D. Elles utilisent des résines UV ou lumière du jour (photopolymères). Le matériau est stocké dans un bac à résine (parfois appellé cuve, bain, réservoir).

 

La photopolymérisation est une réaction chimique d'un matériau liquide qui change ses propriétés lorsqu'il est soumis à la lumière (UV, laser, etc.). Le terme scientifique pour ces liquides est photopolymères ou résines activées par la lumière, et dans l'impression 3D, on les appelle simplement résines.


Il existe différents types de réactions de photopolymérisation et leurs résultats, mais celle utilisée dans l'impression 3D est la solidification. Une résine liquide devient solide sous l'effet d'une onde lumineuse appropriée. Les sources de lumière peuvent être différentes, comme les lasers, les projecteurs, les panneaux LCD. C’est cette distinction qui définit le type de technologie d’imprimantes 3D résines (SLA, LCD, DLP, …).

 

Comment sont construites les imprimantes à résine ?

 

En général, les imprimantes 3D résines se composent d'une source de lumière, d'une plateforme de construction (ou plateau de construction) où l'objet est formé, de miroirs et d'un réservoir à résine. Les autres outils et caractéristiques peuvent varier.

 

Comment les imprimantes à résine forment-elles un objet ?

 

Les imprimantes 3D résines peuvent former un objet normalement ou à l'envers, selon la façon dont les composants sont positionnés à l'intérieur de la machine et selon que la plateforme de construction s'abaisse ou se soulève. L'orientation à l'envers est plus courante pour les machines de bureau car elle est plus facile à utiliser et à fabriquer sans perdre en qualité. Le facteur critique avec les imprimantes en résine à l'envers est l'adhérence de l'impression et les structures de support, qui empêchent une pièce de tomber en raison de la force gravitationnelle.

 

Comment fonctionne l'impression 3D en résine ?

 

Pour créer les objets couches après couches, la machine fait descendre le plateau dans le réservoir à résine préalablement rempli (manuellement ou automatiquement via une pompe). A chaque contact entre le plateau et la résine, une fine couche de matériau se dépose sur la surface de construction. Une source lumineuse (laser, projecteur, led) dessine le motif sur le plateau ce qui entraîne la solidification de la matière photosensible. La plateforme se déplace ensuite pour permettre à la résine non polymérisée (non solide) de recréer une nouvelle couche mince au-dessus de la précédente. Les étapes sont ainsi répétées jusqu’à ce que l’objet soit fabriqué entièrement. Une fois l’impression terminée, l’objet est prêt à être retiré de la machine pour son post-traitement.

 

Quels types de post-traitement les impressions en résine nécessitent-elles ?

 

Par rapport aux autres méthodes d'impression 3D, l'impression en résine est une technologie qui nécessite toujours un post-traitement. A fin d’une impression résine, il est nécessaire de laver la pièce. Cela consiste à tirer les restes de résine non polymérisée. Pour ce faire, les modèles imprimés sont plongés dans un bain d’alcool isopropylique, idéalement dans un bac à ultrason. Une fois nettoyé, pour renforcer les pièces, il faut les exposer à la lumière (du soleil ou lampe UV). En effet, lors de l’impression, les couches ne sont exposées à la lumière que pour quelque seconde, cette étape est donc indispensable pour terminer la solidification et renforcer la solidité de la pièce. Enfin, l’utilisateur peut retirer les supports d’impression qui servaient à maintenir la matière aux différents points de porte-à-faux. En général, les supports d’impression 3D résine sont faciles à retirer, mais leur nombre peut rendre cette étape assez longue.

 

 

En plus des étapes de post-traitement mentionnées, les tirages en résine peuvent subir des post-traitements supplémentaires tels que le ponçage, le colmatage, l’apprêtage, la peinture ou encore le polissage.

Les processus mentionnés ci-dessus peuvent être réalisés soit manuellement, soit à l'aide d'outils et de dispositifs spéciaux.


Quels sont les matériaux disponibles ?

 

Les imprimantes 3D à résine polymérisent des photopolymères liquides (résines). Ces résines varient en fonction des monomères, oligomères et photo-initiateurs présents dans le mélange. Par conséquent, elles diffèrent en :

 

  • Longueur d'onde requise pour le durcissement ;
  • Temps d'exposition pour la solidification ;
  • Rigidité et force ;
  • La plus haute résolution possible ;
  • Biocompatibilité ;
  • Résistance chimique et mécanique.

 

Par conséquent, les résines ne sont pas généralement interchangeables, ce qui signifie que les résines SLA ne fonctionneront pas sur les imprimantes DLP. Certains types de résine sont développés avec des ajouts pour différents besoins de fabrication et de prototypage.

 

Types de résine UV courants dans l'impression 3D

 

Résine standard

 

  • Généralement juste "résine". Il s'agit d'un photopolymère de type général convenant à la plupart des applications. Les objets imprimés avec une résine standard sont solides et résistants, avec une certaine texture caoutchouteuse. La plus basique des résines standard est la résine orangée translucide car elle est la plus sensible à la lumière UV.

Résine renforcée de verre

 

  • Les polymères de ce type contiennent des additifs de verre pour une meilleure résistance. Les impressions sont plus rigides et plus solides et résistent à la déformation et à l'usure.

Résine durable

 

  • Un type de matériau conçu pour les pièces exposées aux contraintes mécaniques et à l'usure. En général, elles présentent une certaine flexibilité dans la partie durcie. Par rapport aux non-photopolymères, elle est assez similaire au polypropylène (un matériau utilisé dans les jerrycans résistants).

Résine flexible

 

  • Se solidifie en un matériau semblable au "caoutchouc" et offre élasticité et flexibilité. Elle est largement utilisée dans les prototypes pliables, qui peuvent conserver leur forme malgré les déformations.

Résine résistante

 

  • Parfois décrite comme un matériau de type "ABS" pour ses propriétés de rigidité accrue. Elle est utilisée pour les pièces et prototypes résistants qui seront soumis à des contraintes sans se déformer. Les impressions ne sont pas aussi élastiques que celles réalisées avec de la résine ordinaire, mais elles sont capables de bien conserver leur structure.

Résine dentaire

 

  • Certains photopolymères sont biocompatibles et peuvent être utilisés dans l'industrie médicale pour des produits finis et des dispositifs comme les appareils de rétention. Ils sont également résistants à l'usure et offrent une grande précision lors de la formation d'un objet.

Résine haute température

 

  • Créée pour les prototypes et les pièces qui doivent faire face à des températures élevées ou même aux flammes directes d'un incendie. Selon le fabricant, les impressions peuvent résister à des températures allant jusqu'à 536 degrés Fahrenheit (280 degrés Celsius).

Résine calcinable

 

  • Le matériau des moulistes et des bijoutiers. Outre la production de structures précises, cette gamme de résines peut être utilisée pour créer des maîtres modèles pour le moulage à la cire perdue, sans cendre et avec des brûlures claires.

Résine de coulée en coquille

 

  • Un type de résine qui peut être utilisé en coulée en coquille pour créer des pièces souples. L'empreinte est elle-même un moule, ce qui réduit le temps et les coûts du processus.

La résine céramique

 

  • Est un photopolymère avec des additifs céramiques créé pour les impressions visant à imiter les objets fabriqués en céramique. S'il est fabriqué avec une telle résine, l'objet aura la sensation, l'apparence et le comportement d'une véritable pièce en céramique, tout en conservant toutes les possibilités géométriques de l'impression sur résine.

Résine transparente

 

  • Une qualité spéciale de résine qui permet d'obtenir une finition claire comme du verre sans aucune teinte. Après un polissage suffisant, les impressions en résine claire peuvent atteindre une transparence quasi optique, ce qui est plus difficile à obtenir avec des couleurs dites "transparentes" ou d'autres résines.

Résine à haute résolution

 

  • Ces résines portent des noms différents selon le fabricant. Cependant, le facteur clé est que la formule et la couleur améliorées permettent d'obtenir une meilleure résolution grâce au photopolymère qui réagit mieux lorsqu'il est exposé à une source de lumière. En général, ces résines sont foncées - comme le noir profond, mais comme elles permettent une plus grande précision, le jeu en vaut la chandelle.

 

Quelles sont les couleurs possibles ? 

 

Certaines résines sont compatibles avec des pigments et des colorants, ce qui permet d'obtenir presque toutes les nuances nécessaires. En outre, certains matériau peuvent être mélangés avec des solvants luminophores pour obtenir des pièces brillantes dans l'obscurité.

 

Quels sont les avantages et les limites de l'impression 3D en résine ?

 

Les méthodes d'impression 3D en résine varient et chaque technologie présente des facteurs particuliers. Elles dépendent également des caractéristiques de la machine, comme la puissance de la source lumineuse, le volume de construction, le micrologiciel ainsi que les propriétés des photopolymères utilisés.

 

Avantages de l'impression sur résine :

  • Des détails très précis. Les photopolymères sont chargés dans une imprimante sous forme liquide, ils sont donc plus faciles à façonner selon des géométries complexes que les plastiques fondus (impression à dépôt de filaments).
  • Surface lisse. Les lignes de couche sont toujours présentes dans l'impression sur résine, mais elles sont très petites et presque invisibles sur certaines couleurs de résine.
  • Une grande variété de matériaux. La gamme de résines du marché parvient à couvrir toutes les applications et besoins courants, et la liste s'allonge rapidement. Chaque résine photopolymère est constituée de composants de travail nécessaires à la réaction et d'additifs tels que des colorants, des suppléments visuels et fonctionnels.
  • Les supports n'abîment pas tant que ça la surface. Le réservoir de résine est rempli de résine sur tout le périmètre, donc s'il y a des surplombs légers, ils peuvent simplement être attachés au corps principal d'une pièce pendant le durcissement.
  • Vitesse élevée. Par rapport aux autres méthodes de prototypage, l'impression en résine est beaucoup plus rapide, et les machines modernes peuvent être extrêmement rapides. Pour des pièces similaire en petite et moyenne série, l’impression 3D résine peut être une option intéressante dans la mesure ou chaque couche est imprimée en même temps qu’il s’agisse d’imprimer une pièce ou une dizaine sur le même plateau. En effet, dans l’impression 3D résine, c’est la hauteur des pièces qui conditionne la durée d’impression, pas le nombre ou la largeur des modèles.
  • Coûts réduits. Pour certaines applications telles que les prototypes, les appareils dentaires personnalisés et les maîtres-modèles pour les bijoux, l'impression en résine permet d'économiser le budget.
  • Les impressions sont étanches. Par rapport aux plastiques ou aux matériaux en poudre, les photopolymères sont solides et imperméables, ils n'absorbent pas l'humidité de l'air et la plupart d'entre eux peuvent être utilisés pour des applications étanches.
  • Il est possible d’imprimer des résines calcinables en vu de réaliser des moulage à la cire perdue pour obtenir des objets métaliques.

 

Inconvénients de l'impression à la résine

 

De nombreuses machines ont un petit volume de construction. Les objets de grande taille seraient assez coûteux à fabriquer car il faut une unité de qualité industrielle. Pour les impressions de grande taille, il faudra remplir tout le réservoir avec un photopolymère coûteux - et pour les machines industrielles, cela peut se compter en tonnes, ce qui augmente les coûts du travail.


Limites et exigences de la conception.

 

  • L'impression à la résine comporte toujours une liste d'éléments qui doivent être inclus dans un projet lors de sa préparation à la production. Par exemple l'orientation des pièces et la qualité du maillage influencent l'impression, de sorte qu'un certain nombre de connaissances et d'expériences sont nécessaires pour qu'un modèle soit parfaitement réalisé.
  • De nombreuses structures de soutien. Pour obtenir une qualité optimale, les experts conseillent de placer un objet d'une certaine manière, de sorte qu'il ne touche pas la plaque et "vole" avec un angle de 45°. Il en résulte de nombreuses structures de support qui, après avoir été durcies, sont solides et ne peuvent pas être recyclées dans une résine fraîche.
  • Post-traitement obligatoire. Nous avons déjà mentionné au moins 3 étapes de post-traitement nécessaires pour préparer les pièces à l'utilisation.
  • La polymérisation se poursuit après la fin de l'impression. La polymérisation est une opération délicate : une fois la résine transformée en objet, certaines réactions se poursuivent à l'intérieur de la pièce (d'où l'importance du post-traitement). Selon la pièce et le matériau, cela peut entraîner un rétrécissement, des fissures et des déformations.
  • Les coûts. Nous ne plaisantons pas lorsque nous disions que l'impression en résine était plus abordable aujourd'hui. Toutefois, il convient de noter que pour des technologies comme le SLA, " abordable " signifie environ 3 500 à 4 000 dollars pour une machine de bureau et 100 à 200 dollars par litre de résine. Quant aux machines de qualité industrielle, les prix peuvent varier entre 80 000 et 250 000 dollars par unité.
  • Résolution délicate. Un fait intéressant concernant l'impression sur résine est que le paramètre de résolution (précision/qualité) dépend de plusieurs facteurs comme le type de résine, l'orientation de la pièce, le micrologiciel, etc.

 

Comment utilisez-vous l'impression 3D résine ?

 

La polymérisation en cuve, en général, est une méthode de fabrication assez souple, avec une gamme de matériaux et de technologies adaptés à de nombreuses industries et tâches. En général, elle tourne autour d'applications nécessitant une bonne numérisation et des surfaces parfaitement lisses.

 

Fabrication de bijoux


Des modèles précis, lisses et de belle apparence sont produits à partir de la résine dans des délais très courts. Grâce à l'utilisation de matériaux calcinables (résines à base de cire), ces impressions peuvent être envoyées directement aux services de moulage pour créer la pièce finale en métal.


Il est également possible de l'utiliser pour fabriquer le moule lui-même, sans passer par le modèle intermédiaire.

 

Dentisterie


Dans ce secteur, l'impression de résine permet de produire à la fois des modèles de formation et des dispositifs d'utilisation finale. Les dispositifs dentaires personnalisés, tels que les bridges, les couronnes, les gouttières, les gouttières nocturnes, les porte-empreintes, les guides de forage chirurgical, les attelles, etc. peuvent être imprimés à partir d'une résine "dentaire" biocompatible. Traditionnellement, chaque dispositif dentaire correcteur doit être fabriqué sur mesure, ce qui peut nécessiter de nombreuses étapes et beaucoup de temps. Grâce à des logiciels compatibles avec la CAO et à des imprimantes à résine, les spécialistes peuvent les créer plus facilement et plus rapidement, directement à partir d'un scanner (avec des améliorations mineures du modèle 3D). 

 

Animation et accessoires


L'imagerie générée par ordinateur est désormais couramment utilisée dans les graphiques visuels, les films et les dessins animés. Cependant, les accessoires et les modèles d'action réels sont toujours utilisés. Les concepteurs, les animateurs, les réalisateurs de films et les fabricants de jouets les utilisent pour obtenir une meilleure qualité, pour améliorer leur conception numérique ou directement pour la réalisation de films. Il existe plusieurs méthodes d'impression 3D qui fonctionnent pour ces industries et la polymérisation en cuve est l'une d'entre elles, surtout lorsque les accessoires sont petits et détaillés.

 

Miniatures


L'impression sur résine est populaire parmi les fabricants de figurines de table. Cela inclut les fans de jeux, les collectionneurs et les amateurs de toutes sortes. Les figurines peuvent être utilisées directement après avoir été construites et post-traitées ou peuvent servir de modèle pour la création d'un moule de coulée.