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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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Symboles
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10. Glossaire
4D printing
Fabrication additive dans laquelle la 4e dimension introduite est le temps. Cette technologie permet d’imprimer des objets qui changent ensuite de forme par eux-mêmes ou s’auto-assemblent avec le temps.
absorption séquentielle ; sequential absorption
Absorption de la lumière en deux étapes nécessitant un état excité électronique intermédiaire.
absorption simultanée ; simultaneous absorption
Absorption de deux photons de lumière en une seule étape.
ADP ; two photon absorption
Absorption à deux photons.
amorceur ; initiator
Élément déclenchant une ou plusieurs réactions secondaires. La réaction d’amorçage génère souvent un intermédiaire réactionnel issu d’une molécule stable, alors impliqué dans les réactions ultérieures.
charge ; additive
Poudre polymérique ou minérale servant d’additif.
coefficient d’extinction moléculaire ; molecular extinction coefficient
Mesure de l’aptitude à l’absorption (représenté par le symbole ε).
densité optique ou absorbance ; absorbance
Mesure du taux logarithmique de l’inverse de la transmission de la lumière à une longueur d’onde donnée.
épaisseur optique µ ; optical thickness
Mesure du degré de transparence du milieu, définie à partir de la fraction de l’énergie lumineuse absorbée par les composants de la couche traversée, généralement correspondant à la distance où l’énergie est égale au dixième de l’énergie incidente.
état de gel ; gel state
État dans lequel les gels sont définis comme des systèmes enchevêtrés ne présentant aucun écoulement et se comportant comme des solides grâce à leur réseau tridimensionnel enchevêtré au sein du liquide.
fabrication additive ; additive manufacturing
Procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives, en opposition aux procédés par retrait de matière, tel que l’usinage.
inhibiteur ; quencher
Composé dont l’action est de ralentir ou d’arrêter une réaction chimique,...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(2) - VAEZI (M.), SEITZ (H.), YANG (S.) - « A review on 3D micro-additive manufacturing technologies ». - Int. J. Adv. Manuf. Technol., 67, 1721-1754 (2013).
-
(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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