Comparing FFF, SLA, and SLS technologies

Comparaison des technologies FFF, SLA et SLS

Applications

La fabrication additive (communément appelée impression 3D) est un outil de plus en plus précieux pour les entreprises. La fabrication en interne peut réduire les coûts de manière considérable par rapport aux solutions d'externalisation. À cela s'ajoute la liberté de créer un plus grand nombre d'itérations pour chaque conception. Les trois principales technologies d'impression 3D utilisées aujourd'hui sont le dépôt de fil fondu (en anglais FFF, Fused Filament Fabrication), la stéréolithographie (en anglais, SLA)) et le frittage sélectif par laser (en anglais, Selective Laser Sintering). Chaque technologie a ses avantages et ses limites, mais laquelle sera capable de mieux répondre aux besoins de votre entreprise ?

Toutes les technologies d'impression 3D reposent sur un principe commun : un modèle CAO en 3D est découpé horizontalement en sections transversales séparées, qui sont ensuite imprimées les unes sur les autres suivant une séquence pour former un objet tridimensionnel. Les technologies FFF, SLA et SLS adoptent néanmoins des approches fondamentalement différentes pour imprimer ces sections transversales.

FFF (dépôt de fil fondu)

FFF est la technologie d'impression 3D la plus couramment utilisée, car elle est simple d'utilisation et n'emploie pas de produits chimiques agressifs. Le FFF utilise un épais cordon de matériau brut, que l'on appelle communément filament. Le filament, qui possède une largeur constante de 1,75 ou 2,85 mm, est généralement un thermoplastique enroulé sur une bobine. Le processus FFF extrude le filament à l'aide d'une buse chauffée fixée sur un système mobile qui se déplace dans toute la zone de fabrication. Le filament fondu de la buse se dépose sur un plateau de fabrication, où il refroidit et se solidifie pour former une couche. Le plateau descend ensuite d'une fraction d'un millimètre, puis une autre couche est formée. Le processus se répète jusqu'à la réalisation de l'objet complet.

FFF 3D printing
Impression 3D FFF

Avantages

  • L'équipement est relativement simple à utiliser et à entretenir

  • L'équipement et le processus sont plus abordables et rentables que les autres grandes méthodes d'impression 3D

  • Le processus est relativement propre et n'oblige pas à utiliser des produits chimiques agressifs.

  • La nature compacte de l'équipement permet de le placer sur un bureau ou de le monter en rack

  • L'ensemble du processus est réalisé par une seule station : aucun équipement supplémentaire n'est nécessaire

  • Il est possible d'utiliser un large éventail de matériaux aux propriétés techniques les plus variées

  • Le prix relativement accessible des équipements permet d'utiliser plusieurs imprimantes à la fois, ce qui permet d'améliorer la flexibilité et l'évolutivité de la fabrication, ainsi que de réduire les délais

Inconvénients

  • Sur les pièces finales, les lignes de séparation entre couches sont souvent visibles

  • La qualité d'adhésion des couches peut avoir un effet sur la résistance mécanique de la pièce (propriétés mécaniques anisotropes)

Principaux points à retenir

La technologie FFF est idéale pour un environnement de bureau, car l'équipement est simple à utiliser et à entretenir, il n'y a pas de produits chimiques agressifs à manipuler, et aucune station de post-traitement n'est nécessaire. Il existe une très grande variété de consommables, qui sont par ailleurs peu coûteux par rapport à ceux des autres méthodes. Les consommables sont distribués sous la forme d'un filament enroulé sur une bobine, simple à utiliser et pouvant être stocké pendant de longues périodes.

Les pièces imprimées en 3D par FFF peuvent parfois nécessiter des structures de support, mais il est possible de l'éviter si le processus de conception CAO tient compte de la méthode de fabrication. La double extrusion permet d'utiliser deux matériaux en une seule impression. Elle peut être employée à des fins esthétiques, pour imprimer le même matériau en différentes couleurs. Elle peut également être utilisée pour faire varier les propriétés mécaniques de la pièce imprimée en combinant deux types de matériaux compatibles. Une autre possibilité consiste à utiliser un matériau de support dédié, comme le PVA soluble dans l'eau capable d'imprimer des structures de support solubles, ou le Breakaway, qui offre la possibilité d'imprimer des structures de support qui se retirent facilement de la pièce. L'utilisation d'un matériau de support dédié garantit, moyennant un post-traitement minimal, l'obtention d'une pièce finale de haute qualité avec une surface lisse.

SLA (stéréolithographie)

L'une des autres grandes technologies d'impression 3D est la SLA, qui utilise comme matériau brut une résine durcissant sous l'effet des UV. La résine est versée dans un récipient à fond de verre dans lequel la plate-forme de fabrication est immergée. Un projecteur UV ou DLP projette la lumière UV sur la résine de façon à la durcir de manière sélective sur une couche horizontale, conformément aux données CAO. La plate-forme est ensuite extraite du récipient, ce qui permet l'élimination de la résine non polymérisée. Le processus se répète jusqu'à la formation d'un objet complet.

SLA 3D printing
Impression 3D SLA

Avantages

  • Les pièces à géométrie complexe présentent une finition de surface de haute qualité, avec un niveau de détail (le plus élevé des trois technologies) qui fait de la SLA la solution idéale pour les dimensions réduites.

  • L'équipement est peu volumineux, et relativement facile à utiliser

  • Cette méthode permet d'imprimer à partir de matériaux différents aux propriétés les plus variées.

Inconvénients

  • Les consommables ont une odeur désagréable. Ils sont inflammables, et il est dangereux de les manipuler sans gants.

  • Un durcissement supplémentaire est nécessaire en post-traitement.

  • Les consommables sont collants et peuvent contaminer le lieu de travail s'ils sont insuffisamment polymérisés.

  • Des structures de support sont presque toujours nécessaires, ce qui laisse des artefacts à la surface de l'impression

  • Il n'est pas possible de combiner plusieurs matériaux ou plusieurs couleurs en une même impression.

  • Le volume d'impression des imprimantes SLA de bureau est relativement faible par rapport aux deux autres technologies.

  • Les pièces doivent être préparées avec des orifices permettant à la résine non polymérisée de s'écouler en dehors des structures fermées.

Principaux points à retenir

La technologie SLA est particulièrement bien adaptée aux pièces à géométrie complexe requérant une grande finesse de détail, mais dans presque tous les cas, des structures de support sont nécessaires.

Le post-traitement est un processus plus complexe que dans le cas de la technologie FFF : avant de pouvoir les manipuler, il faut nettoyer les pièces avec des produits chimiques agressifs comme l'alcool isopropylique, puis les durcir dans un four UV. L'usage de ces produits chimiques agressifs exige un environnement bien ventilé, aussi bien pendant le fonctionnement que pendant le post-traitement.

Le matériau brut est une résine inflammable à l'odeur désagréable dont la durée de conservation est limitée. Il n'est pas possible de mélanger de la résine usagée avec de la nouvelle, d'où un gaspillage de matériaux, et donc un coût plus élevé. Le prix du matériau brut est relativement élevé par rapport aux autres technologies.

SLS (frittage par laser sélectif)

La troisième grande méthode d'impression est le SLS, qui utilise un matériau brut en poudre, généralement un polymère. La poudre est stockée dans un récipient, où une lame de recouvrement distribue une fine couche de matériau sur la surface de fabrication. Un laser haute puissance fusionne les petites particules de matériau entre elles pour former une unique couche horizontale à partir des données CAO. Le conteneur se déplace ensuite d'une fraction d'un millimètre pour entamer une nouvelle couche, et une lame de recouvrement balaie à nouveau toute la surface de fabrication pour déposer une nouvelle couche de matériau brut. La poudre non utilisée est recyclée par tamisage, puis mélangée avec la poudre non utilisée. Le processus se répète jusqu'à la formation d'un objet complet.

SLS 3D printing
Impression 3D SLS

Avantages

  • Sur les pièces finies, les couches ne sont pas visibles, mais une surface « granuleuse » peut apparaître

  • Les pièces finies ont des propriétés mécaniques relativement élevées dans toutes les directions (propriétés mécaniques isotropes)

  • Aucun matériau de support n'est nécessaire pendant l'impression

Inconvénients

  • L'équipement est volumineux, ce qui le rend inadapté à un environnement de bureau

  • L'inhalation du matériau brut, qui se présente sous forme de poudre, peut s'avérer dangereuse

  • Le changement de matériaux ou de couleurs n'est pas simple

  • Les équipements et les consommables sont chers à l'achat, et le fonctionnement et la maintenance requièrent une main-d'œuvre qualifiée qui entraîne des coûts supplémentaires

  • Le processus requiert une station de post-traitement et une station de recyclage de poudre, ce qui accroît encore le coût de la technologie

  • Le processus peut s'avérer peu rentable si tout le volume du conteneur n'est pas utilisé

Principaux points à retenir

La possibilité de façonner des formes complexes sans avoir recours à des structures de support permet une grande liberté de conception, et les lignes de séparation entre couches ne sont pas visibles sur la pièce finale.

Le coût est un inconvénient majeur : le SLS est la solution la plus coûteuse des trois grandes technologies d'impression 3D en termes d'installation initiale et de maintenance. Par ailleurs, l'équipement est complexe, et son utilisation requiert une main-d'œuvre qualifiée, ce qui augmente plus encore les coûts.

Il est recommandé d'imprimer le plus grand volume possible pour éviter d'avoir de grandes quantités de poudre usagée : ce n'est donc pas une technologie adaptée à l'impression de pièces individuelles dans le cadre de petites séries de production.

En raison de la haute puissance des lasers utilisés et de la poussière générée, le SLS peut être un processus dangereux. Aux grandes dimensions de l'équipement s'ajoute donc la contrainte de l'installer dans un espace spécialement dédié.

Conclusion

Chacune de ces trois grandes technologies possède ses propres cas d'utilisation. La SLA est idéale pour la fabrication de petits objets présentant des caractéristiques et des détails complexes. Le SLS est adapté aux grandes séries de production et aux applications industrielles, dans lesquelles à chaque tâche, on utilise la totalité du volume d'impression.

Les utilisateurs de la technologie FFF peuvent être rapidement opérationnels. La technologie FFF est abordable, accessible et polyvalente. En ce sens, la mise en œuvre d'une solution d'impression 3D en interne ne requiert pas d'espace supplémentaire pour son installation ni de personnel spécialisé pour son fonctionnement. Les entreprises ont la possibilité de réduire considérablement les délais et les coûts de développement par rapport aux méthodes traditionnelles, et les processus sont plus flexibles, dans la mesure où les produits peuvent être développés de manière itérative. De toutes les grandes technologies, c'est le FFF qui est le plus propre et requiert le moins de post-traitement, ce qui lui confère un avantage certain sur les autres méthodes quant il s'agit de l'installer dans un environnement de bureau. De plus, grâce à l'utilisation généralisée de l'impression 3D par technologie FFF, de nombreuses informations et ressources sont disponibles gratuitement.

Pour en savoir plus sur la façon de rationaliser votre processus de fabrication en interne grâce à l'impression 3D par technologie FFF, consultez nos pages Explore.

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