Avec la contribution XYZprinting
En dehors des technologies d’impression 3D FDM et métal, l’impression 3D résine reste l’une des techniques les plus utilisées pour produire des impressions 3D de haute qualité. Ces dernières années ont vu le développement de plusieurs types de technologies d’impression 3D en résine ainsi que le lancement de plusieurs imprimantes 3D résine bon marché, ce qui soulève plusieurs questions quant à sa valeur dans la sphère professionnelle et à la manière dont elle doit être exploitée.
Qu’est-ce que l’impression 3D résine ? Quand est-il judicieux d’opter pour une technologie d’impression 3D résine ? La résine est-elle écologique ou toxique ? – Nous répondrons à ces questions dans les lignes qui suivent.
En parlant d’impression 3D résine, la première technologie qui vient à l’esprit des gens est la stéréolithographie et pour cause : le procédé d’impression a été inventé dans les années 1980.
C’est l’une des premières technologies d’impression 3D que les professionnels ont utilisée sur le marché. Quelques années plus tard, les autres procédés, DLP et LCD, sont apparus et sont devenus une option supplémentaire dans le portefeuille des utilisateurs.
Comment faire la différence entre l’impression 3D LCD, DLP et SLA ?
En général, l’impression 3D de résine consiste à transformer un plastique liquide en objets solides. Cependant, comprendre le principe de SLA permet de comprendre les principales différences entre les trois procédés.
Ainsi, le SLA fonctionne en durcissant la résine avec de la lumière. La lumière solidifie une résine liquide via un processus appelé photopolymérisation et construit les objets couche par couche. Une cuve ou un réservoir contient la résine qui est durcie contre une plate-forme de construction. Elle monte ensuite lentement hors de la cuve au fur et à mesure que l’objet se forme.
Avec la technologie DLP (Digital Light Processing), par contre, un projecteur de lumière numérique polymérise les polymères photoréactifs. Des images de couches entières sont flashées sur le fond de la cuve. Les couches générées par les imprimantes 3D DLP sont composées de voxels, l’équivalent 3D des pixels. En effet, dans ce cas, l’écran du projecteur lui-même est constitué de pixels.
L’impression 3D DLP quant à elle, n’a pas la réputation des deux autres. Il n’y a pas une grande différence entre l’écran LCD et le DLP. Cette technique permet également de faire clignoter des couches complètes au niveau du réservoir de résine. Cependant, dans ce cas, la lumière UV provient d’un ensemble de LED et aucun dispositif n’est nécessaire pour diriger la lumière comme c’est le cas avec les précédentes.
CE QU’IL FAUT PRENDRE EN COMPTE EN CHOISISSANT UNE TECHNOLOGIE D’IMPRESSION 3D RÉSINE
Parmi toutes les technologies de fabrication additive qui existent, l’impression 3D résine est surtout comparée à l’impression 3D FDM. Si la première raison qui pourrait justifier un tel type de comparaison est le prix des deux types de technologies, il convient de noter que d’autres caractéristiques pourraient faire pencher la balance en faveur de l’une plutôt que de l’autre. En effet, le processus d’impression, les considérations de conception, le prétraitement et le post-traitement sont très différents.
Plus important encore, lorsqu’il s’agit de comparer les technologies d’impression 3D en résine elles-mêmes et la façon dont elles permettent d’obtenir la précision et l’exactitude souhaitées, ces caractéristiques – en plus des matériaux et des réglages du logiciel – entrent également en jeu.
En effet, il ne faut pas oublier que l’impression 3D reste un procédé additif. Par conséquent, chaque couche peut entraîner une possibilité d’imprécision et le processus d’impression peut déterminer le niveau de précision de chaque couche.
L’exactitude et la précision sont cruciales dans certaines applications comme les guides dentaires ou chirurgicaux et malgré les différentes analyses que nous pourrons faire, la réalité montre que l’exactitude et la précision sont souvent mieux représentées et évaluées lorsque nous découvrons les différences entre les machines fournies par les différents fabricants.
La différence la plus notable est la taille
La première différence, et la plus notable, entre les imprimantes 3D résine et les autres types d’imprimantes 3D est la taille. Si les imprimantes 3D DLP ont tendance à être beaucoup plus grandes que leurs homologues SLA parce qu’elles abritent le projecteur proprement dit, il convient de noter que les plateformes de construction destinées à la résine sont généralement étonnamment petites – par rapport aux autres types d’imprimantes 3D. Il est même possible de trouver une imprimante 3D DLP de la taille d’un écran de téléphone portable.
Presqu’ aucune tolérance pour les débordements et les pontages
Il semble qu’il n’y ait pratiquement aucune tolérance pour les surplombs. Si un porte-à-faux non soutenu se produit pendant le processus d’impression, il est probable qu’il se brise ou reste collé à la surface de la construction, contaminant ainsi la résine tout en interférant avec l’impression. Cela dit, si l’orientation de la pièce permet de changer de couche, cela réduira la pente des surplombs et donc le besoin de supports.
Un grand investissement dans le post-traitement
Comme vous le savez peut-être, le post-traitement n’est plus une étape à négliger puisque chaque opérateur doit presque toujours le passer en revue avant d’obtenir le résultat final et souhaité.
Étonnamment, l’impression 3D en résine nécessite un post-traitement plus important sous forme de lavage de la pièce, de durcissement supplémentaire et d’enlèvement du support. L’utilisateur doit rincer les impressions sans résine non durcies. Pour ce faire, il lui suffit de les laver à l’alcool isopropylique et de les sécher. Après cette étape, ils peuvent encore nécessiter une exposition aux UV pour un durcissement supplémentaire.
Cependant, dans ce cas précis, l’étape de post-traitement ne doit pas toujours être considérée comme le « sale boulot » à faire. Avec l’impression 3D résine, en fonction du matériau de résine choisi – ainsi que des possibilités de post-traitement et de finition, l’opérateur peut obtenir un très beau rendu.
Pourquoi devrions-nous utiliser une technologie d’impression 3D résine spécifique plutôt qu’une autre?
Pour répondre à cette question, nous avons invité Fernando Hernandez, Directeur Général EMEA chez XYZprinting. Pour ceux qui ne connaissent pas cette société, XYZprinting est un fabricant d’imprimantes 3D qui intègrent différentes technologies dont la SLS, SLA, FDM, le jet d’encre et la DLP. Une de leurs dernières sorties est la PartPro120 xP, une imprimante 3D DLP.
Pour répondre à cette question, Hernandez explique spécifiquement les avantages et les inconvénients de chaque technologie d’impression 3D résine :
« Cela se résume au goût du chef en cuisine. Chaque technologie aura sa part de pour et de contre, mais nous maintenons aujourd’hui que la technologie DLP offre la meilleure combinaison et le meilleur équilibre de résolution, de vitesse, de dimension de construction et de coût. Cela ne signifie pas pour autant que la SLA ne continue pas à jouer un grand rôle dans les produits que nous fabriquons, puisqu’il continue à fournir des détails très fins pour les grands volumes de construction, tout en maintenant des prix bas.
Par contre, la LCD est une technologie qui est souvent déficiente, pour les raisons suivantes :
1- La durée de vie du LCD est beaucoup plus courte pour la source de lumière UV. La durée de vie du panneau LCD avec la longueur d’onde du rétro-éclairage LED UV (de 365 ~ 405nm) est généralement très courte (~ 1000 heures de vie), ce qui augmente considérablement le coût d’impression.
2- L’uniformité de l’écran LCD n’est pas si bonne à cause des problèmes de diaphonie. Une fois que la lumière est émise par les pixels, elle se mélange avec la lumière émise par les autres pixels proches. Cet effet favorise les marchés de consommation, car il lisse l’image et empêche les utilisateurs de repérer la maille des pixels à moins de regarder de très près. Cela va cependant à l’encontre de la résolution d’impression 3D, car cela signifie que les images sont floues et non nettes, ce qui signifie que les modèles ne peuvent pas être bien détaillés. Sur un écran LCD, les petits détails sont perdus, ce qui fait que des choses comme les petits trous peuvent être fermés ou ne pas être circulaires, par exemple.
3- La taille des pixels de l’écran LCD est supérieure à celle de la source de lumière UV DLP. Par conséquent, les résolutions annoncées sur les panneaux LCD proviennent de l’origine, mais pas la résolution à laquelle la source de lumière atteindra le lit d’impression.
4- L’intensité lumineuse de l’écran LCD est beaucoup plus faible, ce qui affecte négativement la qualité d’impression globale.
5- La source d’un panneau LCD est irrégulière. L’écran LCD est utilisé sur le marché grand public, ce qui signifie qu’il est difficile d’imprimer des tailles spéciales et que cela ne garantit pas l’approvisionnement et/ou la qualité pour l’impression 3D. Pour l’instant, les prix de ces panneaux sont bon marché car l’impression 3D connaît une vague de production en masse de ces panneaux pour le marché des consommateurs (TV, tablettes, etc.). Mais une fois que les consommateurs se tourneront vers d’autres technologies, les quantités du marché de l’impression 3D ne pourront pas soutenir la production et il ne sera donc pas possible de maintenir un prix de marché similaire à celui qui est disponible actuellement.
En attendant, la qualité d’impression de l’imprimante DLP dépasse celle de l’écran LCD de multiples façons. Les détails sont plus élevés et dans toutes les technologies de résine, le DLP offre la plus faible perte de détails, et il proportionne également du modèle 3D au physique. Historiquement, le plus grand handicap pour la DLP était qu’il était difficile d’obtenir une taille de construction décente pour un prix décent, mais cette barrière est aujourd’hui fixée ; les plaques de construction sont plus grandes et grâce à des technologies telles que notre UFF (Ultra Fast Film), nous sommes capables d’imprimer jusqu’à 70 fois plus vite qu’auparavant, en battant la vitesse d’impression et la productivité des technologies équivalentes en FDM et SLA, tout en battant aussi en résolution et en détails ».
Le bon et le moins bon sur les matériaux d’impression 3D résine
En science des matériaux, la résine est une substance solide ou très visqueuse d’origine végétale ou synthétique qui peut être transformée en polymères. Les résines sont généralement des mélanges de composés organiques.
En ce qui concerne les matériaux d’impression 3D résine, ils permettent de produire des objets plus rapidement et avec une résolution plus fine que les autres procédés d’impression 3D. Cette rapidité est due à la résine photodurcissable qui permet de produire de petites pièces solides.
Outre cet avantage notable, il est essentiel de mentionner que les résines peuvent être toxiques. Les opérateurs qui manipulent ce type d’équipement peuvent donc être exposés à des problèmes de santé. Dans le passé, l’équipement de sécurité faisait toujours partie de l’ensemble des imprimantes 3D à base de résine que les opérateurs recevaient. Ces précautions étaient également la raison pour laquelle les imprimantes 3D à base de résine étaient chères et uniquement utilisées par les industries.
Au fil du temps, avec la prolifération des imprimantes 3D à base de résine, peu coûteuses mais pas pour autant puissantes, ces machines sont de plus en plus utilisées dans des environnements moins sécurisés où les protocoles de sécurité sont souvent oubliés.
Grâce aux progrès technologiques, certains fournisseurs de matériaux ont pu développer une résine écologique. Un autre inconvénient est le fait que la durabilité des pièces imprimées en résine est fragile. En fait, puisque la résine est d’abord séchée à la lumière UV, le matériau peut rester sensible à l’exposition aux UV. En d’autres termes, si la pièce imprimée est exposée au soleil, sa résine pourrait continuer à « durcir » jusqu’à ce qu’elle se brise.
Applications des technologies d’impression 3D
L’industrie de la bijouterie et l’industrie dentaire sont les secteurs qui tirent le plus parti de l’impression 3D résine. Il se peut que l’utilisation croissante de l’impression 3D résine dans les secteurs susmentionnés ont donné à ce procédé une réputation de technologie destinée au prototypage.
Fernando Hernandez réfute cette « croyance populaire » :
« Les modèles en résine imprimés ne sont pas seulement utilisés pour le prototypage, mais aussi pour la création du produit fini. La clé pour bien faire cela, cependant, est d’identifier les propriétés mécaniques précises requises pour l’utilisation finale de la pièce. Nous devons tenir compte des forces auxquelles le produit final sera soumis, des températures auxquelles il sera exposé et plus encore, et à partir de là, choisir la résine qui convient le mieux aux besoins du produit. De nos jours, l’industrie voit des imprimantes à base de résine utilisées pour la production en masse de pièces dans l’industrie automobile, de machines de production et de pièces finales, pour n’en citer que quelques-unes. Chez The New Kinpo Group, nous utilisons des imprimantes à base de résine pour imprimer une variété de pièces de produits finaux ».
De plus, selon le matériau utilisé, il est possible d’explorer des applications qui vont au-delà de ces deux secteurs.
« Certaines résines peuvent être plus rigides, plus souples et plus résistantes que d’autres souches de résine. Certaines sont capables de simuler les propriétés mécaniques de l’ABS, tandis que d’autres ont une résistance élevée à la température, battant bon nombre des thermoplastiques les plus courants. Parfois, le produit fini d’un modèle à base de résine est plus lisse que son homologue FDM pour la même gamme de prix, ce qui en fait une option plus viable et plus appropriée pour la création de produits finaux », explique le porte-parole de XYZprinting.
Par exemple, avec une résine qui produit un haut niveau de détails (généralement compatible avec la technologie PolyJet), l’utilisateur peut obtenir une surface lisse dans la pièce imprimée en 3D.
La résine mammouth, par exemple, présente un grand avantage : l’impression de très grandes dimensions. Ce type de résine peut être utilisé dans la production de vélos ou d’une variété d’œuvres d’art.
Une autre résine est la résine grise. Idéale pour l’impression de figurines, la Résine Grise est une résine très lisse et facile à peindre.
Réflexions finales
Pour résumer, les imprimantes 3D à base de résine sont de plus en plus courantes et beaucoup plus abordables. L’utilisateur doit garder à l’esprit que prix abordable n’est pas nécessairement synonyme de mauvaise qualité. De plus, elles ne sont pas susceptibles de remplacer les imprimantes 3D à base de filaments ou les imprimantes 3D métal. Le plus important, cependant, est de connaître les avantages et les inconvénients de chaque technologie.
Enfin, un professionnel n’a pas besoin d’acheter plusieurs imprimantes 3D pour connaître celle qui correspond le mieux à son intérêt. En plus de ce que nous avons dit dans les lignes précédentes, l’inspection de pièces réelles produites avec ces machines ou un test d’impression d’un dessin pourrait être suffisant pour l’aider à prendre sa décision.