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RÉSUMÉ
Bien que la fabrication additive ait vu le jour durant les années 1980, ce n’est que depuis peu qu’elle est utilisée et reconnue par les professionnels ou les particuliers. En 2019, elle est devenue l’initiatrice d’une nouvelle ère industrielle, ouvrant la porte à de nouvelles technologies, mais surtout à de nouveaux matériaux imprimables. Cet article s’intéresse aux procédés existants de fabrication additive utilisant les silicones, un matériau souple et élastique. Les procédés et les matériaux y sont analysés, mais également les phases d’obtention d’une pièce.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Anthony PELLAFOL : Ingénieur génie industriel du Conservatoire National des Arts et Métiers, - Responsable laboratoire de la société STERNE, Cavaillon, France
INTRODUCTION
Le terme « fabrication additive » fait référence à la réalisation de pièces par couches successives d'un matériau sans forme initiale. Cela permet « d'imprimer » en 3 dimensions des objets avec une grande variété de forme, de remplissage, voire des objets non réalisables par les procédés soustractifs.
Depuis sa création en 1985, l’impression en 3 dimensions (3D) est en constante expansion, tant dans le milieu professionnel, que chez les particuliers grâce à l’imprimante 3D open source.
Les matériaux et les techniques d’impression suivent cette évolution et, chaque jour, de nouveaux matériaux apparaissent, c’est le cas pour les silicones.
Les silicones sont destinées à être transformées par des procédés tels que le moulage par injection, le moulage par compression, mais encore l’extrusion, le calandrage ou l’enduction. Chaque transformation utilise des catalyseurs ou agents de réticulation propres. La rhéologie varie également en fonction des procédés de transformation : les silicones solides HCR (high concistency rubber) seront préférées pour les procédés de moulage par compression et extrusion, alors que les silicones liquides LSR (liquid silicone rubber) seront préférées pour le moulage par injection.
C’est en 2015 que la silicone voit le jour dans l’industrie de la fabrication additive et est officiellement imprimée. Deux entreprises présentent leurs technologies au salon Kunstoff à Düsseldorf : la société allemande ACEO avec un mode de dépose prénommé « drop on demand » et la société française STERNE avec un dépôt de filament LSR réticulant sous rayonnement ultra-violet (UV). D’autres acteurs suivent avec des technologies similaires, mais avec d’autres matériaux et d'autres méthodes de réticulation.
Cet article permet, dans un premier temps, de mieux comprendre la réticulation, ou le changement d’état, des silicones destinées à être imprimées en 3D. Ensuite, sont détaillées les solutions technologiques permettant de réaliser des pièces par fabrication additive. Pour terminer, la chaîne de valeur décrivant les capabilités, les règles de conception et la qualité des pièces et procédés existants, est présentée.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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MOTS-CLÉS
fabrication additive impression 3D dépôt de filament dépôt de gouttes silicone silicone UV
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Conclusion : vers une nouvelle ère industrielle des silicones
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3. De l’idée au produit : étude de la chaîne de valeur
3.1 Modélisation 3D : règle de conception
Habitués à la fabrication soustractive et aux logiciels de modélisation 3D associés (SolidWorks, Catia…), les concepteurs ont tendance à concevoir les pièces pour l’usinage.
L’impression 3D, toutes techniques et matériaux confondus, offre des possibilités auxquelles même la fabrication soustractive ne peut répondre. Il faut cependant respecter quelques règles de conception (tableau 2).
HAUT DE PAGE3.2 Conversion de fichier 3D vers un fichier STL
La première étape de la chaîne de valeur est la conception de la pièce ou du besoin. Ensuite, à partir du fichier 3D généré par un modeleur, on enregistre la pièce au format STL. Un fichier STL stocke des informations sur le fichier 3D. Ce format décrit uniquement les surfaces d'un objet tridimensionnel, et ne prend pas en compte la couleur, la texture ou d'autres attributs du modèle 3D (pour ces propriétés, le format adapté est le format.obj).
L’extension de fichier .STL est le format de fichier le plus utilisé pour la fabrication additive. Il représente la donnée d’entrée du slicer et ne doit pas comporter d’erreurs pour permettre au slicer de découper proprement la pièce souhaitée.
Plus précisément, la transformation de la pièce 3D en STL génère un maillage des surfaces en triangles. Le modèle 3D doit impérativement posséder un volume fermé. Ce maillage triangulaire représente la pièce sous forme de facettes orientées vers l’extérieur du modèle. En fonction des formes, il est conseillé d’utiliser le format de triangle le plus petit possible.
Il est nécessaire de préparer les fichiers .stl afin de vérifier que les éléments triangulaires générés sont tous conformes. Il faut ainsi éviter les erreurs suivantes :
-
tangentes inversées (sens matière),
-
bords libres ou arêtes ouvertes,
-
surfaces superposées,
-
pointes (éléments très étirés),
-
épaisseurs nulles.
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Exemples de logiciels pour la réparation de STL :
-
Meshmixer,
-
Nettfab.
Exemples de logiciels permettant de générer un GCODE à partir d’un STL :
-
Slicer,
-
Cura,
-
Z suite
Société STERNE
https://www.sterne-elastomere.com
Société ACEO
Socitété CARBON
https://www.carbon3d.com/materials/silicone/
Société PICSIMA
HAUT DE PAGE
3D PRINT Congress & Exhibition : salon dédié à l’impression 3D tous types de matériaux et technologies confondues, a lieu tous les ans à Lyon.
https://www.3dprint-exhibition.com
Kunstoff : La K connu, mondialement, le plus important salon de la matière plastique et du caoutchouc, a lieu tous les 3 ans à Düsseldorf (Allemagne).
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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