La « fabrication additive » est un sujet qui revient souvent, dans les ateliers comme dans les laboratoires ou les usines, à travers « l’impression 3D ». Mais quelles notions recouvrent vraiment ces termes ? Comprendre leur spécificité permet de mieux choisir les technologies adaptées à ses besoins, et de savoir de quoi on parle. 😉
La fabrication additive et les 7 familles de procédés associées
Commençons par expliquer ce qu’est la fabrication additive. La fabrication additive, c’est l’ensemble des techniques qui permettent de fabriquer un objet ou une partie d’un objet par ajout de matière. Elle se découpe en sept grandes familles de procédés, chacune reposant sur un principe physique spécifique :
- Fusion de fil à travers une buse chauffante (filament – extrusion)
Exemple : Fused Deposition Modeling (FDM) : un filament est fondu puis extrudé couche par couche. - Polymérisation d’une résine sous l’action d’un laser (ou autre rayonnement)
Exemple : Stereolithography (SLA) : une résine photopolymère est durcie par un laser ou une lumière UV. - Projection de gouttes de matériau
Par analogie avec une imprimante à jet d’encre : de fines gouttelettes sont déposées pour constituer des couches, puis solidifiées par refroidissement ou grâce à un rayonnement (laser par exemple). - Projection d’un liant sur un substrat de type poudre
Le procédé consiste à déposer un liant sur un lit de poudre pour assembler localement les particules. - Solidification de poudre sous l’action d’une source d’énergie
Dans cette famille (ex : Selective Laser Sintering ou Melting — SLS /SLM) une poudre est déposée couche après couche puis solidifiée par laser ou faisceau d’électrons. - Dépôt de matière sous énergie concentrée
Exemple : Directed Energy Deposition (DED) : on dépose une matière (fil ou poudre) et on la fond immédiatement par laser/électrons tout en la déposant. - Assemblage de couches à partir de feuilles ou plaques découpées
Exemple : la stratoconception : on empile des feuilles ou plaques découpées puis assemblées (collage, soudage, vissage) pour fabriquer l’objet 3D.
Le terme « fabrication additive » (souvent abrégé « FA ») est la terminologie préférée dans l’industrie et l’ingénierie professionnelle, dont la famille de FA est d’ailleurs précisée.
Pour résumer, la fabrication additive regroupe plusieurs procédés qui permettent de fabriquer un objet par stratification de couches en utilisant des matériaux variés — ce qui laisse imaginer de nombreuses possibilités.
Et l’impression 3D ?
« L’impression 3D », c’est le terme que nous utilisons tous couramment. L’expression est apparue avec les premières machines destinées aux particuliers. En pratique, l’impression 3D est aussi un sous-ensemble de la fabrication additive : les machines grand public pour l’impression 3D sont basées uniquement sur une partie des familles de FA que nous venons d’aborder. L’impression 3D est donc surtout un terme utilisé pour et par le grand public, et n’englobe pas les spécificités et la complexité de la fabrication additive.
Pourquoi c’est important de comprendre cette différenciation ?
- Chaque famille de FA présente des contraintes techniques (matériaux compatibles, tolérances, finition, propriétés mécaniques) différentes et des résultats différents sur l’objet final.
- Un artisan utilisant un procédé de dépôt de filament (famille 1) ne doit pas attendre les performances d’une pièce produite par DED (famille 6) ou assemblage de plaques (famille 7).
- Au niveau industriel ou scientifique, les mots « fabrication additive » ou « impression 3D » sans précision suffisent peu : il faut « quel procédé ? Quelle famille ? quel matériau ? quelle application finale ? »
Zoom sur la fabrication additive par SLS/SLM pour le verre (Procédé GLAM)
Ces deux procédés sont issus de la famille 5 (solidification de poudre) : Selective Laser Sintering (SLS) et Selective Laser Melting (SLM) et peuvent être appliqués sur le verre. C’est ce qui est fait au Cerfav grâce au procédé GLAM.
- En SLS, une poudre de verre est déposée et partiellement frittée (chauffée par laser sans fusion complète) : le verre ramollit et les grains de verre se collent ensemble pour réaliser les couches qui vont permettre d’avoir un objet.
En SLM, la poudre de verre est entièrement fondue par laser pour obtenir une couche en verre fondu, puis l’objet est fabriqué couche après couche.
Ce procédé permet d’obtenir des pièces en verre qui peuvent être artistiques ou très techniques, mais aussi de réaliser des dépôts de couche de verre sur des substrats adaptés (verre, métal), par exemple.
Pièces en verre réalisées au Cerfav avec le procédé GLAM – photographies : Nicolette Humbert
En conclusion
Ne tombons plus dans le piège : l’« impression 3D » est un terme très générique et plutôt lié aux machines vendues pour le grand public. L’impression 3D ne recouvre pas tout ce qu’englobe la « fabrication additive ». Le terme « fabrication additive » prend en compte plus de possibilités, mais reste très général et nécessite d’être précisé lorsqu’on souhaite choisir un procédé.
Comme l’équipe R&D du Cerfav aime la précision et que nous avons envie de vous plonger dans la richesse des technologies et procédés, nous vous donnons rendez-vous pour l’épisode 2, qui poursuivra l’exploration de notre lexique avec le terme « décarbonation ».