Types d'imprimantes et leurs différences

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L'impression 3D est un processus de fabrication additive automatisé, où une imprimante 3D crée un modèle physique basé sur des données numériques (un objet 3D). Tous les types d'impression 3D sont basés sur le même principe : créer des objets en ajoutant des couches au-dessus des couches existantes. À ce jour, il n'y a pas de technologie d'impression 3D qui serait complètement universelle et adaptée à tous les usages. C'est pourquoi il est important de décider comment et dans quel but vous allez utiliser l'imprimante. 

• Imprimantes FFF
  • Imprimantes cartésiennes
  • Imprimantes CoreXY
  • Imprimantes Delta
  • Imprimantes polaires
• SLA (stéréolithographie)
  • Stéréolithographie masquée (MSLA)
  • Stéréolithographie (SLA)
  • Direct/digital Light Processing (DLP)
• SLS (frittage laser sélectif)

Imprimantes FDM/FFF

FDM est un acronyme pourFused Deposition Modeling (marque déposée par Stratasys) et FFF signifie Fabrication de filaments fondus (open source). Cela englobe toutes les imprimantes 3D, qui chauffent/fondent des polymères et les poussent à travers une buse/extrudeur/tête d'impression sur une plateforme, où le modèle est construit. Le matériau pour l'impression est fourni sous forme de bobines de filament de 1,75 mm ou occasionnellement de 2,85 mm de diamètre. Les différences entre les types d'imprimantes résident dans la façon dont l'extrudeur et la plateforme d'impression se déplacent pour créer les modèles. 

Imprimantes cartésiennes

Les imprimantes cartésiennes sont caractérisées par au moins trois moteurs déplaçant les pièces de l'imprimante le long des axes du système de coordonnées cartésien : Y (avant et arrière), X (gauche et droite) et Z (haut et bas). La plupart des imprimantes de bureau personnelles sont des imprimantes cartésiennes car elles sont très répandues et peu coûteuses

Le modèle à imprimer doit être découpé en couches pour l'impression. Les axes Y et X définiront les coordonnées à imprimer dans une couche, et une fois que la couche est prête, l'axe Z fera déplacer la buse d'une couche vers le haut, soit en déplaçant le plateau d'impression, soit en déplaçant l'extrudeur. Si des surplombs sont présents, des supports peuvent être ajoutés en dessous d'eux.

Le plus grand avantage des imprimantes cartésiennes est leur grande diffusion. Il existe de nombreux conseils, astuces et solutions aux problèmes en ligne. Les pièces de l'imprimante peuvent également être trouvées facilement.

Par contre, les imprimantes cartésiennes, si elles sont utilisées pour des impressions plus rapides, auront une qualité d'impression inférieure en raison du poids des axes. En outre, généralement, le volume de l'imprimante est beaucoup plus grand que le volume de construction en raison du mouvement de tous les axes.

Imprimantes CoreXY

Comme les imprimantes cartésiennes, la conception CoreXY a également les coordonnées latitudinales et longitudinales déterminées par deux moteurs et courroies de distribution sur les axes Y et X, et la hauteur d'impression déterminée par l'axe Z. La différence du Core XY est que les mouvements X et Y dépendent l'un de l'autre, réalisés par une conception de courroies très spécifique. La surface d'impression, dans ce cas, sera soulevée pour rencontrer l'extrudeur. Notez que la surface d'impression mobile seule ne fait pas une imprimante CoreXY. Le trait déterminant du type d'imprimante est la conception des courroies XY et leur mouvement.

Étant donné que les axes X et Y sont beaucoup plus légers, les impressions plus rapides n'auront pas les artefacts qui peuvent apparaître sur les impressions rapides sur les imprimantes cartésiennes. La conception permet également à une partie beaucoup plus grande de son volume global d'être le volume de construction, car il n'est pas nécessaire que la surface d'impression se déplace latéralement.

Les courroies utilisées dans les imprimantes CoreXY sont beaucoup plus longues, ce qui rend tous les problèmes de courroie plus importants qu'avec les imprimantes cartésiennes. Leur chemin compliqué rend également ces problèmes plus difficiles à réparer. Le cadre doit être très stable et parfaitement perpendiculaire, sinon la précision dimensionnelle sera inférieure.

Imprimantes Delta

Dans les imprimantes delta, la surface d'impression est immobile et trois moteurs fonctionnent ensemble pour se rencontrer au niveau de la hotend et la déplacer selon les coordonnées latitudinales et longitudinales, ainsi que la hauteur de celle-ci. Ces moteurs contrôlent trois postes, et ces postes sont reliés à l'extrudeur par des bras qui déplaceront l'extrudeur. Le nom du style d'imprimante (delta = Δ) vient de la forme triangulaire des bras tenant la forme de la hotend. Ce type d'imprimante a été conçu pour réaliser des impressions plus rapides.

L'extrudeur d'une imprimante delta est très léger. Cela combiné avec les 3 moteurs qui la contrôlent, rend cette imprimante idéale pour les impressions rapides. Cette imprimante a été l'une des premières à adopter le système 32 bits en raison du calcul complexe nécessaire pour effectuer les mouvements. Une partie de l'attrait de l'imprimante est également à quel point elle a l'air cool lorsqu'elle fonctionne. 

Les imprimantes Delta ont toutes une surface d'impression relativement petite et circulaire. Cela limite considérablement l'espace de construction. La vitesse élevée de l'imprimante rend les impressions moins précises. En outre, il est rare de l'utiliser comme imprimante de bureau, car tous les problèmes rencontrés par l'imprimante peuvent être extrêmement difficiles à dépanner et à résoudre, non seulement en raison du travail complexe et du manque d'informations, mais également du manque général et du coût des pièces. L'imprimante doit également fonctionner avec un extrudeur Bowden pour rendre l'extrudeur léger, ce qui peut limiter le nombre de filaments qui peuvent être utilisés.

Imprimantes polaires

Cette imprimante utilise le système de coordonnées polaires, qui a les points sur une grille circulaire au lieu du carré comme le système cartésien. La plateforme d'impression se déplace non seulement sur le côté, mais elle tourne également. Cela permet à l'extrudeur de se déplacer uniquement de haut en bas, et également une grande zone de construction. Cette imprimante a un châssis très léger.

Cette technologie est encore en développement. Cela rend l'imprimante très chère, rend les pièces détachées et rend le support difficiles à trouver en cas de problème.

SLA

(Stéréolithographie)

Le principe de base de l'impression de polymérisation en cuve est qu'une cuve contenant du liquide photosensible (résine) est durcie couche par couche, par une source de chaleur pour fabriquer l'objet.

Les objets imprimés sont presque parfaitement lisses, incroyablement détaillés et les couches sont presque invisibles à l'œil humain, la hauteur minimale de couche allant de 25 à 100 microns. Le plus gros inconvénient de cette technologie peut être une plus petite surface d'impression et également la toxicité des résines liquides. Vous devez essayer d'empêcher les résines de toucher votre peau et éviter d'inhaler les vapeurs de résine.

Les objets imprimés ne sont pas adaptés pour une utilisation immédiate après la fin du travail d'impression car ils ont tendance à être un peu mous et collants - ce qui est causé par les restes de résine non consolidée sur la surface de l'objet. Il est recommandé de laver l'objet dans de l'alcool isopropylique et de le durcir davantage à l'aide d'une lumière UV.

Stéréolithographie masquée (MSLA)

La forme de chaque couche est affichée sous la forme d'un masque semi-transparent sur un écran LCD, et l'exposition est effectuée en utilisant une LED UV haute performance. La lumière UV ne peut traverser que les pixels blancs de l'écran. En raison de la résolution fixe de l'écran LCD, les objets imprimés ont une résolution XY fixe. Cette méthode durcit également une couche entière à la fois, ce qui signifie que le nombre d'objets sur la plateforme d'impression n'a pas d'importance.

Stéréolithographie (SLA)

L'exposition est réalisée par un rayon laser UV. Le rayon est contrôlé par deux miroirs et il "dessine" chaque couche progressivement. Le temps requis pour solidifier une seule couche dépend de la taille de la zone à solidifier. En termes simples, plus il y a d'objets sur la plateforme d'impression, plus l'impression prend du temps.

Direct/digital Light Processing (DLP)

Toute la couche est solidifiée en une fois grâce à un projecteur numérique. Les zones qui reçoivent l'exposition du projecteur sont solidifiées. L'avantage de cette méthode est évident - chaque couche est solidifiée dans le même laps de temps, quel que soit le nombre d'objets sur la plateforme d'impression.

SLS

Frittage laser sélectif

Un autre type de technologie d'impression 3D est le SLS et DMLS, qui utilisent un processus appelé frittage. Essentiellement, chaque fois qu'une nouvelle couche est imprimée, un cylindre répand une fine couche de poudre fine sur la plateforme, qui est ensuite frittée avec un laser dans la forme requise. Une fois l'impression terminée, tout l'objet est recouvert de poudre d'impression. En raison du fonctionnement de cette méthode, les objets imprimés doivent avoir des trous à travers lesquels la poudre en excès est versée. Le matériau non fritté peut être réutilisé pour les prochaines impressions, ce qui signifie que très peu de matériau est gaspillé. Un autre avantage est le fait que les couches sont presque invisibles. Ces imprimantes ne sont pas massivement répandues dans le grand public. En raison de leur utilisation principale dans diverses industries, les prix sont sensiblement plus élevés - les machines les moins chères commencent à environ 6000 USD.

Il existe d'autres types de technologies et de conceptions, comme le "jet" ou les imprimantes à béton et métal, utilisant diverses méthodes. Comme ceux-ci sont principalement réservés aux applications industrielles en raison du prix et des brevets, ils ne sont pas inclus ici.