- Qu’est-ce que la technologie FDM ?
- L’origine de la technologie FDM
- Comment cela fonctionne-t-il ?
- Matières premières
Qu’est-ce que la technologie FDM ?
La technologie Fused Deposition Modelling est l’une des techniques de fabrication additive les plus utilisées aujourd’hui.
Cet essor est dû en grande partie au grand nombre de fabricants de machines et à la diversité des matériaux disponibles. En outre, le secteur industriel se familiarise de plus en plus avec les nouvelles applications technologiques, ce qui ouvre la voie à des technologies telles que celle-ci.
Grâce à la technologie FDM, nous pouvons créer pratiquement n’importe quelle géométrie. En outre, il s’agit d’une technique relativement peu coûteuse, facile à manipuler et rapide, ce qui explique que les pièces fabriquées de cette manière soient présentes dans de nombreux secteurs tels que l’automobile, l’aéronautique, la décoration, les outils de production industrielle ou le prototypage.
Dans cet article, nous allons découvrir l’origine de cette technique, en quoi elle consiste, ses paramètres et ses domaines d’application.
La Fused Deposition Modelling a été mis au point par l’inventeur S. Scott Crump à la fin des années 1980. Il a commencé à la commercialiser en 1990, ce qui a coïncidé avec la création de Stratasys, un fabricant d’imprimantes à technologie FDM qui est toujours en activité aujourd’hui.
2005 a été une année clé pour la Fused Deposition Modelling grâce à l’essor des imprimantes RepRap. L’initiative RepRap, créée par l’ingénieur et mathématicien Adrian Bowyer en Angleterre, a été créé dans le but de fournir une machine de prototypage gratuite capable de se répliquer. Cette machine est capable de fabriquer des objets physiques à partir de modèles générés par ordinateur. AAinsi, tout comme une imprimante informatique peut imprimer des images bidimensionnelles sur du papier, RepRap imprime des objets en plastique en 3D. Cela conduit à la fabrication de pièces.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Les principales applications de la Fused Deposition Modelling sont la production de pièces finales et le prototypage industriel.
La technologie FDM repose sur 3 éléments :
- Plaque ou lit d’impression : sert à déposer le matériau et à imprimer la pièce.
- Bobine de filament : matériau utilisé pour les impressions.
- Extrudeuse : elle est située dans l’imprimante et sa fonction est de chauffer et de déposer le matériau.
Avant l’impression, un fichier CAD est généré avec les paramètres d’impression et les données nécessaires à la mise en forme de la pièce. L’extrudeuse est chargée de chauffer le matériau (filament) pour le déposer sur la plaque.
Cette technologie produit des objets en une succession de couches du bas vers le haut. Ainsi, une fois qu’une couche est déposée, la distance programmée est augmentée pour déposer à nouveau le matériau sur le dessus. Le processus est répété successivement jusqu’à l’obtention du modèle 3D. Pour son exécution, le filament est aspiré et fondu par l’extrudeuse de l’imprimante, qui dépose le matériau couche par couche sur la plaque d’impression.
La fabrication additive FDM se caractérise, entre autres, par la possibilité de fabriquer avec différentes charges. Cela permet d’alléger l’intérieur de la pièce et d’optimiser le rapport résistance/poids. La résistance de la pièce est déterminée par la position, la forme et le pourcentage par rapport au volume total des charges.
La hauteur de couche la plus couramment utilisée dans les systèmes FDM varie entre 50 et 400 microns. Une hauteur de couche plus faible produit des pièces plus lisses et capture les géométries avec plus de précision. À l’inverse, une hauteur de couche plus importante permet de produire des pièces plus rapidement et à moindre coût. La hauteur de couche la plus couramment utilisée est de 200 microns.
Le polymère est la matière première la plus utilisée dans la Fused Deposition Modelling. Cependant, d’autres possibilités apparaissent, comme l’ajout de fibres à la matrice du matériau.
Il y a une grande variété de matériaux pour la fabrication de pièces. Le choix dépendra des besoins que nous avons, car chacune d’entre elles possède des propriétés et des caractéristiques différentes.
Voici les principaux matériaux et leurs caractéristiques :
PLA (acide polylactique)
C’est le matériau leplus facilement imprimable. Il s’agit d’un plastique biodégradable d’origine naturelle, à la fois polyvalent et respectueux de l’environnement. Il présente une faible résistance à la chaleur et à l’humidité et produit des pièces rigides et relativement solides qui se dégradent avec le temps.
ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène)
C’est un thermoplastique opaque et un polymère amorphe qui réagit à la chaleur de différentes manières. Il présente de meilleures propriétés mécaniques, notamment en termes de durabilité et de résistance à la température.
Il est plus difficile à imprimer que le PLA, bien qu’il soit le matériau le plus utilisé après le PLA.
Nylon (polyamide)
Il présente de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance aux chocs et à la corrosion. C’est un matériau durable qui se distingue par sa résistance aux basses températures. Cependant, il s’agit d’un matériau coûteux qui ne tolère pas bien l’humidité et qui nécessite des températures élevées pour être imprimé.
TPU (polyuréthane thermoplastique)
Il est difficile de l’imprimer. Il présente une grande résistance à la température, à la corrosion et aux chocs. C’est un élastomère et il est utilisé pour fabriquer des pièces élastiques ou pour simuler des caoutchoucs.
PC (Polycarbonate)
Il possède une triple résistance – mécanique, thermique et à la corrosion – supérieure aux autres matériaux. Comme le nylon, il ne tolère pas bien l’humidité et a besoin de températures élevées pour être imprimé.
En outre, il existe d’autres matériaux qui présentent des caractéristiques particulières; nous parlons des filaments qui peuvent produire des pièces phosphorescentes ou des filaments magnétiques qui sont obtenus en mélangeant des filaments PLA ou ABS avec de la poudre de fer pour créer un matériau ferromagnétique.
Paramètres d’impression FDM
Les paramètres d’impression varient en fonction des applications et les plus courants sont les suivants :
- Type de soutien. Ce paramètre permet de définir le support à utiliser. Les plus couramment utilisés sont en quinconce ou en grille. Les premiers créent des lignes parallèles d’une épaisseur équivalente à la buse de l’appareil. Les supports à grille créent des supports sous la forme d’une grille de carrés d’une épaisseur équivalente à celle de la buse de l’équipement. Les supports peuvent être du même matériau que le modèle ou d’un matériau différent, ainsi que détachables manuellement ou solubles dans un liquide.
- Qualité d’impression. Cela dépend en grande partie de l’épaisseur de la couche d’impression, qui doit être ajustée en fonction de la qualité souhaitée. Plus la couche est fine, plus la résolution verticale de l’impression est élevée.
- Densité de la charge. La charge à utiliser comme structure interne si l’on fabrique des objets totalement solides. Ce paramètre est important en termes d’économie de matériau et de réduction du poids de la pièce. Le pourcentage de charge affecte la résistance finale de la pièce, son poids et le temps d’impression.
- Épaisseur de la paroi. L’épaisseur des parois de l’objet imprimé, c’est-à-dire l’épaisseur des côtés extérieurs de la pièce imprimée.
- Angle de soutien. Angle du mur à partir duquel le logiciel génère des équerres. L’angle est mesuré entre la table et le mur.
- Espace entre les lignes de support en X et Y. Il s’agit d’un petit espace laissé entre le support et la pièce dans les deux axes afin de pouvoir le retirer facilement.
- Espace entre le support et la pièce en Z. Petite cavité entre le support et la pièce dans l’axe vertical Z afin de pouvoir retirer facilement la pièce.
- Densité de soutien. Ce paramètre contrôle la quantité de support à construire dans la zone qui nécessitera un support.
- Base du modèle. Paramètre qui établit le type de base qui sera construit pour la pièce. Avec la base, nous ajoutons une zone de contact entre la table d’impression et la pièce elle-même, de manière qu’elle ne se détache pas facilement et à éviter ainsi les incidents pendant l’impression.
- Densité de base. Définit la densité du matériau inclus dans la base.
- Couches en haut ou en bas du modèle. Épaisseur des faces horizontales du modèle en haut.
La plupart des systèmes FDM permettent de régler ces paramètres, qui ne devraient donc pas préoccuper le concepteur. À cet égard, les aspects les plus importants sont la taille de la construction et la hauteur des couches.
Une fois la pièce créée, il est essentiel de l’analyser par des tests pour garantir ses performances optimales avant qu’elle n’entre dans la chaîne d’approvisionnement.
Chez Mizar, nous sommes des spécialistes de cette technologie, contactez-nous pour toute question que vous pourriez avoir.
