L'impression 3D est devenue une technologie beaucoup plus courante, avec des machines d'impression disponibles à presque tous les prix. La plupart des gens qui veulent une imprimante 3D peuvent probablement trouver un modèle qu'ils peuvent se permettre. Malgré cela, l'impression 3D est encore si nouvelle que peu de gens savent comment cela fonctionne. 

C'est pourquoi c'est le bon moment pour répondre à la question « Comment^(How) fonctionne l'impression 3D ? ». Il y a de fortes chances que vous deviez en utiliser un par la suite !

Impression 3D additive vs soustractive^{(Additive vs Subtractive 3D Printing)}

Il existe deux grandes catégories d'impression 3D. Les imprimantes 3D que vous pouvez acheter vous-même sont presque toutes des machines « additives ». En d'autres termes, ils construisent des objets 3D en ajoutant de la matière (généralement en couches) jusqu'à ce que l'objet soit complet. Les imprimantes 3D auxquelles les gens pensent lorsqu'ils entendent « imprimante 3D » sont presque toujours de la variété additive.

L'impression 3D soustractive est très différente. Ici, vous commencez avec une quantité fixe de matériau, puis vous enlevez du matériau jusqu'à ce qu'il ne reste que l'objet fini. Un sculpteur réalisant une statue en marbre utilise une méthode soustractive. Les machines soustractives se trouvent généralement dans les grands ateliers et les environnements industriels. Les systèmes de fraisage CNC^(CNC) (commande numérique par ordinateur) en sont probablement l'exemple le plus connu.

Nous nous concentrerons uniquement sur les machines additives à partir de maintenant, car elles sont pertinentes pour le consommateur moyen. Sachez simplement que les machines soustractives appartiennent à la même famille élargie d'imprimantes 3D que celle que vous pourriez mettre sur un bureau.

Modélisation par dépôt de fil fondu, stéréolithographie et frittage laser sélectif^{(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)}

Les trois principales méthodes d'impression 3D additive sont le FDM (fused deposition modelling), la stéréolithographie ( SLA ) et le frittage sélectif par laser ( SLS ).

L'imprimante da Vinci FDM^{(The da Vinci FDM Printer)(The da Vinci FDM Printer)}

FDM est le système grand public le plus courant. Avec ces types d'imprimantes, un filament de matériau passe à travers une tête d'impression chaude. La tête d'impression est positionnée avec précision dans l'espace 3D et dépose une couche de matériau selon des instructions programmées exactes. Il existe différentes approches de FDM , mais nous y reviendrons dans un instant.

L'imprimante Nobel SLA^{(The Nobel SLA Printer) (The Nobel SLA Printer )}

La stéréolithographie^{(Stereolithography)} est beaucoup moins courante dans les systèmes grand public. Ces imprimantes utilisent des lasers pour durcir une résine liquide en une matière plastique solide. Habituellement, l'objet est "tiré" d'une cuve de résine, se formant couche par couche au fur et à mesure qu'il s'élève du matériau. Ces dernières années, les imprimantes SLA sont devenues plus compactes et abordables. C'est donc une véritable alternative aux imprimantes FDM , selon le type de modèle final sur lequel vous vous installez.

^(Selective)Le frittage sélectif par laser ( SLS ) utilise un laser puissant pour fusionner une poudre de polymère. La poudre proprement dite agit comme une structure de support pour l'impression, de sorte que ce type d'impression ne nécessite pas d'échafaudage spécial. SLS n'est pas un type de FDM que vous trouverez sur le bureau. C'est encore une technologie industrielle pour l'instant.

Imprimantes robotisées cartésiennes et delta^{(Cartesian & Delta Robot Printers)}

Une imprimante robot Delta^{(A Delta Robot Printer)(A Delta Robot Printer)}

Le type d' imprimante FDM le plus courant est l'imprimante 3D cartésienne. Le nom fait référence aux coordonnées cartésiennes. Ce sont les coordonnées XYZ que nous avons tous apprises à l'école. La tête d'impression peut être déplacée vers n'importe quelle coordonnée XYZ dans l'espace du volume d'impression. Le calcul est simple, les imprimantes sont assez abordables et la qualité d'impression est précise. 

Cependant, selon la granularité des coordonnées XYZ, les surfaces courbes peuvent ne pas être aussi lisses qu'elles pourraient l'être, ce qui nécessite des travaux de finition manuels.

^(Delta)Les imprimantes robots Delta adoptent une approche différente. La tête d'impression est montée sur trois bras qui s'exécutent sur trois rails. En faisant varier la hauteur de chaque bras, la tête d'impression peut osciller. Cette conception permet à la tête d'impression de se balancer dans de vraies courbes et permet également d'imprimer de grands objets dans le volume d'impression.

Fondamentalement, plus les rails sont longs, plus le modèle peut être grand. Plutôt que les coordonnées XYZ, les imprimantes robotisées delta utilisent la trigonométrie pour calculer la position de la tête d'impression. Le résultat final est qu'elles ne peuvent pas atteindre la même résolution d'impression que les imprimantes cartésiennes.

Pour vraiment comprendre le concept du robot delta, vous devez le voir en action. Regardez cette vidéo de Johann Rocholl et vous comprendrez rapidement le concept.

Remarquez^(Notice) l'articulation des bras et la liberté de mouvement de la tête d'impression.

Matériaux d'imprimante 3D^{(3D Printer Materials)}

Les imprimantes 3D utilisent une variété de matériaux, mais il existe deux plastiques qui sont de loin les plus courants dans les applications grand public : l' ABS et le PLA .

L' ABS^(ABS) ( acrylonitrile butadiène styrène^{(Acrylonitrile Butadiene Styrene)} ) est exactement le même plastique dont sont faites les briques LEGO . Ce plastique est susceptible de se déformer lors du refroidissement et nécessite une imprimante avec un lit d'impression chauffé. Il est assez résistant aux chocs, mais pas particulièrement solide. Il convient à la fabrication de pièces prototypes et même de pièces finales non porteuses.

Le PLA^(PLA) ( acide polylactique^{(Polylactic Acid)} ) a un point de fusion bas, ne se déforme pas beaucoup, est facile à travailler et a moins d'impressions ratées. Il est également beaucoup trop fragile pour une utilisation pratique, mais il est génial pour créer des modèles lisses et détaillés qui ne sont destinés qu'à être regardés.

La bonne nouvelle est que la plupart des imprimantes 3D grand public fonctionneront avec ces deux matériaux peu coûteux. Vous pouvez donc les changer selon vos besoins.

Le filament de nylon^(Nylon) est une autre option et il existe même des imprimantes qui utilisent du bois ou du métal comme matériau. Les imprimantes de nouvelle génération peuvent également gérer plus d'un filament à la fois, permettant des matériaux mixtes ou des impressions multicolores.

Le processus d'impression 3D typique^{(The Typical 3D Printing Process)}

Si vous n'avez jamais réalisé d'impression 3D vous-même, vous êtes probablement curieux de savoir comment cela fonctionne réellement du point de vue de l'utilisateur. Bien que l'utilisation d'une imprimante 3D ne soit pas aussi simple que de supprimer des impressions 2D sur une imprimante laser ou à jet d'encre, ce n'est pas aussi difficile que vous ne le pensez.

Après avoir configuré l'imprimante conformément au manuel, avec un calibrage et une mise à niveau correctement effectués, vous avez d'abord besoin d'un modèle à imprimer.

Vous pouvez créer votre propre modèle en utilisant quelque chose comme Zbrush ou AutoCAD^{( Zbrush or AutoCAD)} , mais la plupart des gens sont susceptibles de télécharger un modèle à partir d'un site en ligne. Le premier arrêt devrait certainement être Thingiverse , qui est probablement la collection la plus célèbre de modèles soumis par les utilisateurs. Cependant, il existe de nombreuses alternatives .

Après avoir obtenu un modèle dans un format compatible, vous l'ouvrirez dans le logiciel fourni avec votre imprimante. Ils ont tous une apparence et un fonctionnement différents, mais le concept de base est le même. Vous pouvez également vouloir d'abord traiter un modèle 3D avec Meshmixer , qui garantit qu'un modèle 3D est solide et adapté à l'impression.

Dans le logiciel de l'imprimante 3D, vous choisirez la taille et la qualité du modèle et le logiciel le convertira en "tranches" représentant chaque couche d'impression. Il calculera également "l'échafaudage" qui doit être imprimé pour supporter le modèle pendant sa fabrication. Ce truc peut être cassé lorsque l'impression est terminée.

Avec tout ce travail de préparation derrière vous, l'impression peut commencer. Selon les paramètres de qualité, vous risquez d'attendre longtemps ! Les impressions de haute qualité varient de quelques heures à quelques jours. Heureusement^(Thankfully) , certaines imprimantes 3D vous permettent de surveiller la progression de votre impression à distance via une application.

Une fois l'impression terminée, vous la retirerez du lit, puis la libérerez de l'échafaudage. Dans de nombreux cas, vous devrez finir le modèle à l'aide de papier de verre et d'outils de coupe spéciaux pour éliminer les imperfections. Certaines personnes peignent même leurs modèles ! La seule véritable limite est votre créativité.

Si vous avez hâte d'acheter une imprimante 3D, ce sont nos meilleurs choix^{(best picks)} et si vous avez un budget limité, ce sont des options plus conviviales.

HDG Explains : How Does 3D Printing Work?

3D printing has become a muсh more mainstream technology, with printing machines available at just about every price point. Most peoplе who want a 3D printer can probably find a model they can afford. Despіte this, 3D printing is still so new that few peoplе know how it works. 

This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!

Additive vs Subtractive 3D Printing

There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.

Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.

We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.

Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering

The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).

The da Vinci FDM Printer

FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.

The Nobel SLA Printer 

Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.

Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.

Cartesian & Delta Robot Printers

A Delta Robot Printer

The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise. 

However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.

Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.

Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.

To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.

Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.

3D Printer Materials

3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.

PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.

The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.

Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.

The Typical 3D Printing Process

If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.

After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.

You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.

After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.

In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.

With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.

Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.

If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.

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