L'avenir de l'impression 3D FDM : quelle est la prochaine étape pour la fabrication additive ?

L'impression 3D par FDM est le type d'impression 3D le plus répandu au monde. Elle n'est plus réservée aux amateurs. Aujourd'hui, les entreprises l'utilisent pour fabriquer des modèles d'essai, des outillages d'usine et des pièces finies destinées à l'automobile, à l'aéronautique et aux dispositifs médicaux.

Le principe de l'impression FDM est simple. L'imprimante fait fondre un fil de plastique et forme la pièce couche par couche, à la manière d'un pistolet à colle chaude très précis. Ces dernières années, une vague d'innovations dans le domaine de l'impression 3D a permis de rendre les imprimantes FDM plus rapides, plus précises et capables d'utiliser des plastiques bien plus résistants.

Dans ce guide, nous vous expliquons ce qu’est la technologie FDM en impression 3D, comment elle fonctionne, ses principaux avantages, les dernières avancées en la matière, et dans quels cas un service d’impression 3D FDM constitue le choix le plus adapté pour vos pièces.

Qu'est-ce que le FDM dans l'impression 3D ?

FDM est l'acronyme de « Fused Deposition Modeling » (modélisation par dépôt fondu). En termes simples, l'imprimante fait fondre du plastique et le dépose couche par couche, les unes sur les autres, jusqu'à ce que la pièce soit terminée.

Ce qui distingue l'impression 3D FDM des autres méthodes, c'est le matériau de base utilisé. Certaines imprimantes utilisent de la résine liquide, comme la stéréolithographie, tandis que d'autres utilisent de la poudre fine, comme le frittage laser sélectif et la technologie HP Multi Jet Fusion. Le procédé FDM utilise des bobines de fil de plastique solide. Cela permet de proposer une solution abordable, propre et simple, et d'utiliser bon nombre des mêmes plastiques que l'on retrouve dans les produits du quotidien.

Comment fonctionne l'impression 3D FDM, étape par étape

Chaque impression 3D par FDM suit les mêmes étapes de base, qu'elle soit réalisée sur une petite imprimante de bureau ou sur une grande machine industrielle.

1. Concevoir le produit : L'objet est modélisé en 3D à l'aide d'un ordinateur. Le respect d'un guide de conception pour l'impression 3D peut permettre d'éviter des problèmes à ce stade.

2. Préparer le fichier : Le logiciel découpe l'image en trois dimensions en plusieurs couches et indique à l'imprimante où se déplacer. On précise également l'épaisseur des couches ainsi que la densité interne de la pièce.

3. Chauffez le plastique : L'imprimante achemine le fil de plastique vers une petite buse chauffée qui le fait fondre.

4. Construire couche par couche : La buse chauffée dépose la première couche de plastique sur une surface plane. La buse remonte ensuite légèrement et dépose une autre couche de plastique. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que l’objet soit entièrement formé.

5. Mettre en place des étais provisoires : Les pièces comportant des parties en surplomb doivent être soutenues par des supports temporaires placés en dessous pendant l'impression. Certains supports peuvent simplement être éliminés par lavage une fois l'impression terminée.

6. Finir la pièce : La pièce est retirée, les supports sont nettoyés, puis elle peut être poncée, lissée ou peinte si nécessaire.

Comme tout part d'un fichier numérique, une même impression FDM peut être reproduite ou modifiée à tout moment, sans frais de configuration supplémentaires. C'est pourquoi la technologie FDM est le choix incontournable pour le prototypage rapide.

Avantages de la technologie de modélisation par dépôt fondu (FDM)

La technologie de modélisation par dépôt fondu (FDM) connaît un grand succès, et ce à juste titre. Voici pourquoi l'impression 3D FDM constitue un choix judicieux pour tant de projets.

• Acétal (Delrin) :l'acétal est un matériau rigide, présentant un faible coefficient de frottement et conservant bien sa forme. Il est utilisé pour la fabrication d'engrenages, de bagues et de pièces de précision.

• Faible coût : comme la technologie FDM utilise des matières plastiques abordables et ne nécessite ni moules ni outils spéciaux, il est possible de produire ne serait-ce qu’une seule pièce sans dépenser beaucoup d’argent.

• Délais d'exécution rapides : Il faut un ou deux jours pour transformer un fichier numérique en pièces physiques.

• Modifications faciles du modèle : vous avez besoin d'ajuster une pièce ? Il suffit de mettre à jour le fichier de conception et de relancer l'impression. Aucun outillage n'est à refaire.

• Des pièces robustes et fonctionnelles : grâce à l'utilisation d'un plastique adapté, les pièces fabriquées par FDM peuvent être utilisées dans des applications concrètes et ne se limitent pas à un simple prototype.

• Pièces de grande taille en une seule pièce : les imprimantes FDMindustrielles permettent de fabriquer des pièces de grande taille qui, autrement, devraient être assemblées à partir de plusieurs éléments.

• Liberté de forme : les modèles creux, courbés ou légers, difficiles à usiner ou à mouler, sont faciles à imprimer.

• Moins de déchets : l'imprimante n'utilise que la quantité de plastique nécessaire à la pièce, contrairement au découpage d'une pièce dans un bloc massif.

• Sur mesure :imprimez une seule pièce ou un petit lot exactement quand vous en avez besoin, sans quantité minimale ni frais de stockage.

Ces avantages font de la technologie FDM une solution particulièrement adaptée aux prototypes, aux outils sur mesure destinés aux ateliers de production, aux pièces de rechange et aux petites séries.

Progrès en matière de matériaux FDM

La plus grande innovation en matière d'impression 3D par la technologie FDM concerne les matériaux. Les premières imprimantes ne pouvaient utiliser que quelques plastiques de base. Aujourd'hui, les services d'impression 3D FDM proposent une gamme de matériaux proche de celle utilisée dans les usines traditionnelles.

Plastiques résistants à la chaleur

Certaines matières plastiques récentes, telles que le PEEK et l'ULTEM, résistent à des températures élevées et à des produits chimiques agressifs. Dans l'aéronautique et le secteur médical, ces matières plastiques remplacent désormais certaines pièces métalliques afin de réduire le poids. Elles nécessitant des imprimantes spéciales adaptées aux hautes températures, la plupart des entreprises font appel à un prestataire professionnel pour la fabrication de ces pièces.

Plastiques mélangés à de la fibre de carbone

L'incorporation de minuscules particules de fibre de carbone ou de fibre de verre dans le plastique rend les pièces plus rigides, plus légères et plus stables. Certaines imprimantes industrielles intègrent même de longs brins de fibre de carbone dans chaque couche, ce qui permet d'obtenir des pièces suffisamment résistantes pour remplacer l'aluminium dans certaines applications.

Matériaux souples et utilisation simultanée de plusieurs matériaux

Les matériaux de type caoutchouc sont utilisés pour les joints, les poignées et les pare-chocs. Les imprimantes les plus récentes permettent également de combiner, dans une même impression, du plastique dur, des matériaux souples, des supports lavables et différentes couleurs. Ainsi, une même pièce peut être à la fois rigide et souple, sans qu'il soit nécessaire de recourir à la colle.

Plastiques chargés de métal

Certains fils en plastique contiennent de la poudre métallique. Après l'impression, la pièce est chauffée dans un four, ce qui provoque la combustion du plastique et laisse du métal solide. Cette technique ne remplace pas l'impression 3D métallique, mais elle constitue un moyen peu coûteux de fabriquer des pièces d'essai métalliques simples.

Améliorations apportées à la vitesse et à l'efficacité de l'impression FDM

La vitesse était autrefois le principal point faible de la technologie FDM. Ce n'est plus le cas aujourd'hui. Les imprimantes actuelles fonctionnent jusqu'à environ dix fois plus vite que celles d'il y a cinq ans, et les modèles les plus récents sont encore plus rapides.

Plusieurs améliorations ont permis d'y parvenir :

• Des pièces mobiles plus légères et plus performantes. Les imprimantes sont conçues de manière à ce que leurs pièces mobiles soient plus légères, ce qui leur permet de se déplacer rapidement sans trembler.

• Contrôle des vibrations intégré. L'imprimante analyse ses vibrations à grande vitesse et les corrige automatiquement, ce qui garantit des impressions nettes même à grande vitesse.

• Fusion plus rapide. Les composants chauffants améliorés font fondre le plastique suffisamment rapidement pour suivre le rythme.

• Des plastiques conçus pour la vitesse. Les fabricants de matériaux ont mis au point des plastiques qui fondent et refroidissent correctement à grande vitesse tout en conservant une bonne adhérence.

Le rendement s'est également amélioré. Les grandes imprimantes peuvent désormais utiliser de petites pastilles de plastique à la place du fil, ce qui réduit les coûts de matière première. La configuration automatique, les alertes en cas de niveau de matière faible et les caméras qui détectent les impressions ratées permettent aux imprimantes de fonctionner en toute sécurité pendant la nuit. Pour vous, cela se traduit par des délais de livraison plus courts et des prix plus bas pour chaque impression FDM.

Quelle est la précision et la résistance des impressions FDM ?

La précision d'une impression 3D FDM dépend de l'épaisseur des couches, de la qualité du réglage de l'imprimante et du type de plastique utilisé. Des couches plus fines permettent d'obtenir des détails plus précis, tandis que des couches plus épaisses garantissent une impression plus rapide et plus résistante. Les imprimantes FDM professionnelles sont conçues pour que les pièces respectent très fidèlement les dimensions prévues, généralement à une fraction de millimètre près.

De meilleures imprimantes

De nombreuses imprimantes professionnelles sont désormais équipées d'un boîtier fermé et chauffé qui entoure la pièce. Cela permet de maintenir une température constante, afin que les pièces ne se déforment pas et ne se fissurent pas en refroidissant. Des châssis plus robustes et des moteurs plus précis contribuent également à ce que chaque couche se dépose exactement là où elle doit se trouver.

Des logiciels plus intelligents

Les logiciels modernes ajustent automatiquement la vitesse et le refroidissement en fonction de chaque détail de la pièce. Certaines imprimantes utilisent des caméras intégrées pour contrôler la première couche et vous alerter en cas de problème dès qu'il survient.

Conception axée sur la résistance

Les pièces imprimées en FDM sont plus résistantes le long de leurs couches et plus fragiles entre celles-ci, un peu comme le fil du bois. Pour obtenir les meilleurs résultats, il convient de positionner la pièce de manière à ce que la force principale s'exerce le long des couches, d'utiliser des parois extérieures plus épaisses et d'arrondir les angles vifs. Notre guide de conception pour l'impression 3D explique ces conseils en détail.

Si une pièce doit présenter une résistance identique dans toutes les directions ou une surface très lisse, un procédé à base de poudre, tel que la technologie HP Multi Jet Fusion, ou une étape de finition, comme le lissage à la vapeur, peut s’avérer plus adapté.

Les domaines d'application actuels de l'impression 3D par FDM

L'impression 3D par FDM est passée du bureau d'études à l'atelier de production. Voici les secteurs dans lesquels elle apporte le plus de valeur ajoutée.

Les outils d'usine constituent la réussite discrète de la technologie FDM. Un support sur mesure qui, autrefois, prenait des semaines à usiner dans de l'aluminium, peut désormais être imprimé en une nuit dans un plastique résistant, pour un poids et un coût bien moindres. De nombreux fabricants stockent désormais leurs pièces de rechange sous forme de fichiers numériques et ne les impriment qu'en cas de besoin, au lieu de remplir leurs rayons de stocks.

Le développement durable dans l'impression 3D par FDM

La technologie FDM fabrique des pièces par ajout de matière ; elle n'utilise donc que la quantité de plastique nécessaire à la pièce. Par rapport au découpage d'une pièce dans un bloc massif, cela génère bien moins de déchets, en particulier pour les formes complexes ou légères.

Le secteur va encore plus loin. Les plastiques recyclés et d'origine végétale se généralisent de plus en plus, et les fabricants d'imprimantes mettent en place des systèmes de recyclage qui transforment les impressions ratées et les restes de plastique en nouveau matériau d'impression.

L'impression à la demande est également un atout. Fabriquer des pièces à proximité du lieu où elles sont nécessaires, et uniquement en quantité suffisante, permet de réduire la surproduction, le stockage et les frais d'expédition. Pour les petites quantités, le procédé FDM constitue souvent un choix plus écologique que la fabrication d'un moule coûteux.

Les limites et l'avenir de l'impression 3D par FDM

Le FDM n'est pas la solution idéale pour toutes les pièces. Connaître ses limites vous aide à choisir la meilleure méthode.

• Lignes de calque visibles :Il peut être nécessaire de poncer, de peindre ou de lisser les surfaces pour obtenir un aspect soigné.
• Plus faible entre les couches :Les pièces doivent être positionnées avec soin afin d'assurer une résistance optimale là où cela compte.
• Détails très fins :L'impression en résine permet d'obtenir de meilleurs résultats pour les détails très fins.
• Grandes quantités : Même avec des imprimantes plus rapides, l'impression 3D revient généralement plus cher à l'unité que le moulage dès lors que l'on atteint environ 10 000 pièces ou plus. À partir de ce seuil, le moulage par injection est généralement la meilleure option.

La prochaine vague d'innovations en matière d'impression 3D par FDM vise précisément à combler ces lacunes. Attendez-vous à voir apparaître des imprimantes capables de détecter et de résoudre les problèmes de manière autonome, des pièces renforcées de fibres plus résistantes pouvant remplacer le métal, ainsi que des imprimantes plus grandes destinées à la fabrication d'objets volumineux tels que des moules ou des pièces de bateaux. À mesure que de nouveaux matériaux seront testés et homologués, les pièces imprimées par FDM seront de plus en plus utilisées dans l'aéronautique et les produits médicaux.

Pour avoir une vision plus globale de l'avenir de l'impression 3D, consultez notre article consacré aux dernières avancées en matière de technologie d'impression 3D.

Choisir un service d'impression 3D FDM

Il est judicieux de faire appel à un service professionnel d'impression 3D FDM lorsque vous avez besoin de matériaux résistants, de pièces précises, de pièces de grande taille ou d'une qualité homogène sur l'ensemble d'un lot, sans avoir à acheter et à exploiter vous-même des imprimantes coûteuses. Lorsque vous comparez les prestataires, veillez à prendre en compte les éléments suivants :

• Choix des matériaux : Impriment-ils uniquement des plastiques standard ou également les plastiques les plus résistants ou les plus résistants à la chaleur dont votre pièce a besoin ?
• Taille : Peuvent-ils imprimer des pièces de grande taille d'un seul tenant ? Les pièces d'un seul tenant sont plus résistantes que celles assemblées par collage.
• Contrôle qualité : Recherchez les certificats de qualité (ISO 9001) et les composants soumis à un contrôle avant leur livraison.
• Conseils d'experts : Un bon prestataire examinera votre maquette avant l'impression et vous proposera des améliorations.
• Autres options : Si le FDM ne convient pas, peuvent-ils fabriquer votre pièce par un autre procédé, comme l'impression par poudre, l'usinage ou le moulage ?

Norck propose des services d'impression 3D FDM depuis les États-Unis et l'Allemagne, dans le cadre d'une gamme complète de services d'impression 3D et de fabrication, s'appuyant sur un système qualité certifié ISO 9001:2015. Nos ingénieurs examinent chaque conception et recommandent la méthode et le matériau les mieux adaptés, qu'il s'agisse de la technologie FDM, d'un autre type d'impression 3D ou d'un usinage CNC.

Prêt à vous lancer dans votre prochain projet FDM ? Demandez un devis ou contactez un ingénieur.

Conclusion

L'impression 3D par modélisation par dépôt fondu (FDM) est passée d'un simple outil de modélisation à un moyen fiable de fabriquer des pièces réelles et utilisables. Des imprimantes plus rapides, des matériaux plus résistants, des logiciels plus performants et des plastiques plus écologiques ont tous élargi le champ d'application de la modélisation par dépôt fondu. Pour les modèles d'essai, les outillages d'usine et les petites séries de production, c'est désormais l'un des moyens les plus rapides et les plus abordables de transformer une conception en pièce finie.

L'essentiel est de choisir la méthode la mieux adaptée à chaque pièce. Si vous ne savez pas si le procédé FDM convient à votre prochaine conception, les ingénieurs de Norck peuvent l'examiner et vous recommander la meilleure option. Demandez un devis dès aujourd'hui.