La fabrication additive, ou impression 3D, est le processus de transformation de conceptions numériques en objets tridimensionnels. C’est un moyen pratique et abordable de fabriquer des prototypes ainsi que des produits finis, ce qui le rend populaire auprès des entreprises, des amateurs et des inventeurs.
L’une des technologies utilisées par les imprimantes 3D d’aujourd’hui est appelée frittage laser sélectif (SLS). Pendant le SLS, de minuscules particules de plastique, de céramique ou de verre sont fusionnées par la chaleur d’un laser de haute puissance pour former un objet solide en trois dimensions.
Le procédé SLS a été développé et breveté dans les années 1980 par Carl Deckard — alors étudiant de premier cycle à l’Université du Texas — et son professeur de génie mécanique, Joe Beaman.
Deckard et Beaman ont participé à la fondation de l’une des premières startups de l’impression 3D, Desk Top Manufacturing (DTM) Corp., en 1989. En 2001, DTM a été vendu à 3D Systems, une société qui avait auparavant développé sa propre méthode d’impression 3D, bien que très différente, connue sous le nom de stéréolithographie.
Comment ça marche: SLS
Alors que Deckard et Beaman ont breveté le procédé de frittage laser sélectif, ils étaient loin d’être les premiers à utiliser le frittage — le processus de création d’objets à partir de poudres utilisant la diffusion atomique — pour créer un objet tridimensionnel. Le frittage est utilisé depuis des milliers d’années pour créer des objets du quotidien comme des briques, de la porcelaine et des bijoux.
Comme toutes les méthodes d’impression 3D, un objet imprimé avec une machine SLS commence comme un fichier de conception assistée par ordinateur (CAO). Les fichiers CAO sont convertis en.Format STL, qui peut être compris par un appareil d’impression 3D.
Les objets imprimés avec SLS sont fabriqués avec des matériaux en poudre, le plus souvent des plastiques, tels que le nylon, qui sont dispersés en une fine couche sur la plate-forme de construction à l’intérieur d’une machine SLS.
Un laser, contrôlé par un ordinateur qui lui indique quel objet « imprimer », pulse sur la plate-forme, traçant une section transversale de l’objet sur la poudre.
Le laser chauffe la poudre soit juste en dessous de son point d’ébullition (frittage), soit au-dessus de son point d’ébullition (fusion), ce qui fusionne les particules de la poudre en une forme solide.
Une fois la couche initiale formée, la plate—forme de la machine SLS tombe — généralement de moins de 0,1 mm – exposant une nouvelle couche de poudre pour que le laser trace et fusionne ensemble. Ce processus se poursuit encore et encore jusqu’à ce que l’objet entier ait été imprimé.
Lorsque l’objet est complètement formé, il est laissé refroidir dans la machine avant d’être retiré.
Contrairement aux autres méthodes d’impression 3D, le SLS nécessite très peu d’outils supplémentaires une fois qu’un objet est imprimé, ce qui signifie que les objets n’ont généralement pas besoin d’être poncés ou modifiés une fois sortis de la machine SLS.
SLS ne nécessite pas l’utilisation de supports supplémentaires pour maintenir un objet ensemble pendant son impression. De tels supports sont souvent nécessaires avec d’autres méthodes d’impression 3D, telles que la stéréolithographie ou la modélisation par dépôt fondu, ce qui rend ces méthodes plus longues que le SLS.
Ce qui est fabriqué
Les machines SLS peuvent imprimer des objets dans une variété de matériaux, tels que les plastiques, le verre, la céramique et même le métal (qui est un processus connexe connu sous le nom de frittage laser direct sur métal). Cela en fait un processus populaire pour créer à la fois des prototypes et des produits finis.
SLS s’est avéré particulièrement utile pour les industries qui n’ont besoin que d’une petite quantité d’objets imprimés dans des matériaux de haute qualité. Un exemple en est l’industrie aérospatiale, dans laquelle SLS est utilisé pour construire des prototypes de pièces d’avion.
Comme les avions sont construits en petites quantités et restent en service pendant de nombreuses années, il n’est pas rentable pour les entreprises de produire des moules physiques pour les pièces d’avion. Ces moules seraient trop coûteux à fabriquer et auraient alors besoin d’être stockés pendant de longues périodes sans être endommagés ou corrodés.
En utilisant SLS, les entreprises peuvent créer des prototypes qui sont stockés numériquement sous forme.Fichiers STL, qu’ils peuvent redessiner ou réimprimer au besoin.
Parce que les machines SLS peuvent imprimer dans une gamme de matériaux de haute qualité, du plastique flexible à la céramique de qualité alimentaire, SLS est également une méthode populaire pour l’impression 3D de produits personnalisés, tels que les appareils auditifs, les dispositifs de retenue dentaires et les prothèses.
Et comme les objets imprimés avec SLS ne reposent pas sur des moules ou nécessitent un outillage supplémentaire, cette méthode de fabrication est également utile pour quiconque souhaite imprimer un objet très complexe ou particulièrement délicat.
Entreprises utilisant SLS
3D Systems Inc. est l’entreprise la plus souvent associée à l’impression SLS aux États-Unis. L’entreprise imprime des pièces sur commande pour ses clients, mais elle vend également ses machines SLS pour une utilisation commerciale et manufacturière.
De nombreuses entreprises aux États-Unis utilisent également des machines SLS pour fournir à leurs clients des prototypes et des pièces finies de haute qualité.
SLS à la maison
Bien qu’il existe de nombreuses imprimantes 3D de bureau sur le marché, la plupart de ces imprimantes utilisent une méthode d’impression sous forme de modélisation par dépôt fondu (FDM), et non SLS.
Parce que le SLS nécessite l’utilisation de lasers à haute puissance, il est souvent plus coûteux (et potentiellement plus dangereux) pour une utilisation à domicile. Cependant, il existe plusieurs inventeurs intrépides qui travaillent sur leurs propres versions d’imprimantes SLS de bureau.
Andreas Bastian, étudiant en ingénierie au Swarthmore College, a récemment développé une imprimante SLS à faible coût qui crée des objets en cire et en carbone.
Et l’imprimante Focus SLS est une autre machine SLS « maison » qui pourrait introduire cette technologie chez les consommateurs. Les instructions pour créer votre propre imprimante Focus SLS sont disponibles sur Thingiverse.
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