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RÉSUMÉ
La stéréolithographie par photopolymérisation d’une résine liquide est la première technologie de fabrication additive brevetée en 1984. Il s’agit d’une photopolymérisation d’une résine résolue en surface, l’objet souhaité étant fabriqué couche par couche (d’où l’expression de fabrication additive). Cet article présente les principes de cette technologie, les différents procédés et leurs limitations et, quand c’est possible, des moyens de les contourner. Cette technologie optique dispose d’un champ d’applications très important même si les autres méthodes de fabrication additive tentent de supplanter la méthodologie historique, limitée par l’utilisation de matériaux spécifiques.
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Jean-Claude ANDRÉ : Directeur de recherche au CNRS LRGP – UMR7274 CNRS-UL, Nancy, France
INTRODUCTION
La fabrication additive, créée dans les années 1980-1990, possède aujourd’hui sept technologies de base. Si toutes reposent sur un principe d’addition de volumes élémentaires appelés voxels, la première (en 1984) est liée à une photopolymérisation résolue dans l’espace, d’une résine induite par de la lumière, provenant de lasers UV ou IR. Elle est appelée stéréophoto lithographie ou plus simplement Stéréo Lithographie (SL).
Le procédé consiste à polymériser une couche de monomère liquide par de la lumière selon un tracé informatisé, puis à déposer une deuxième couche polymérisée selon le même principe, etc. La pièce se construit ainsi de proche en proche. Depuis, le procédé dit « à un photon » s’est amélioré à la fois en termes de procédé et de résines monomériques, le choix des sources lumineuses s’étant diversifié. De plus, ce qui était difficilement envisagé à l’époque, a pu être démontré : une polymérisation dite « à deux photons » induite par des lasers pulsés évite, comme le montre l’article, de passer par une étape complexe de mise en place de couches de résines. Les principes y sont définis avec l’émergence de contraintes optiques, chimiques, physiques, informatiques, et avec des propositions de compromis acceptables qui permettent aujourd’hui de maintenir la stéréolithographie dans le rang de tête des sept technologies de base de la fabrication additive.
L’article se termine par une présentation d’une liste (non exhaustive) des fabricants de machines de stéréolithographie.
Un glossaire et un tableau de symboles sont présentés en fin d’article.
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Déformations lors de la polymérisation photochimique
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5. Amplification par réaction en chaînes de polymérisation
La figure 22 représente schématiquement une réaction R (avec son mécanisme) de polymérisation radicalaire en chaînes qui permet à partir d’un radical créé par un processus photonique ou thermique de transformer un grand nombre de molécules (monomères et/ou oligomères).
Compte tenu de la concentration des monomères (milieu quasi pur en monomère au moment de l’amorçage), la polymérisation a lieu de proche en proche, à l’échelle moléculaire (figure 23). Si l’on dispose de surcroît de monomères multifonctionnels, le polymère qui se construit est normalement insoluble dans le monomère qui lui a donné naissance.
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Point de vue cinétique
La transformation suit une loi d’allure sigmoïde (figure 24) avec une cinétique initiale lente liée à la présence d’inhibiteurs de réaction (hydroquinone par exemple, pour autoriser la conservation des monomères, oxygène en solution pour les polymérisations radicalaires, etc.) qui sont lentement consommés ...
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Amplification par réaction en chaînes de polymérisation
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANDRÉ (J.C.), Le MÉHAUTÉ (A.), De WITTE (O.) - « Dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle ». - Brevet français n° 84 11 241, 16.07.1984 (1984).
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(2) - VAEZI (M.), SEITZ (H.), YANG (S.) - « A review on 3D micro-additive manufacturing technologies ». - Int. J. Adv. Manuf. Technol., 67, 1721-1754 (2013).
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(3) - HAGUE (R.), REEVES (P.), JONES (S.) - « Innovate UK – Mapping UK research and innovation in additive manufacturing » - <https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/496991/CO307_Mapping_UK_Capability_AM_WL_Print_.pdf> (2016).
-
(4) - BOUFFARON (P.) - « Impression 3D : Les prémisses d’une nouvelle (r)évolution industrielle » - ambassade de France aux Etats-Unis 48 pp. http://sf.france-science.org/wp-content/uploads/2014/11/SMM14_025.pdf (2014).
-
(5) - OBATON (A.F.), BERNARD (A.), TAILLANDIER (G.), MOSCHETTA (J.M.) - « Fabrication...
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