Fabrication additive polymère par dépôt de filament fondu

Selon la norme NF EN ISO/ASTM 52900, la fabrication additive (FA) regroupe les technologies permettant de fabriquer des pièces par couches successives de matière à partir d’un modèle numérique. Tout d’abord utilisée à la fin des années 1980 pour la réalisation de prototypes, la FA est maintenant déclinée pour la plupart des pièces d’usage courant ou de haute technologie. Elle s’applique aussi bien aux métaux, aux céramiques, aux polymères, aux bétons et encore plus récemment aux verres. Son domaine d’application ne fait que grandir permettant de produire des pièces pour des secteurs de pointe comme l’aéronautique, l’automobile et la santé.

Parmi toutes les techniques de FA, l’impression 3D par extrusion de matière plastique représente une grande part du marché. Connue sous le nom d’impression par dépôt de fil fondu (DFF) ou en anglais sous le nom de Fused Deposition Modelling (FDM) ou Fused Filament Fabrication (FFF), elle est assez facile à mettre en œuvre et nécessite des coûts modérés en énergie et matière (polymère thermoplastique) et d’acquisition. Néanmoins, les propriétés d’usage (mécanique, thermique) restent en deçà de celles des produits mis en forme par des méthodes plus classiques. Pour permettre une amélioration des propriétés et étendre encore plus le champ d’applications, le fonctionnement des imprimantes DFF reste à approfondir. Ainsi, l’objet du présent article est de détailler les étapes clés du procédé en ayant recours aux principes premiers de la physique et du génie des procédés.

Après avoir décrit le procédé dans ses grandes lignes, section 1, la manière dont le polymère fond dans l’extrudeuse est décrite dans la section 2. Le dépôt du filament sera ensuite étudié section 3 où sa morphologie, son refroidissement et la cristallisation seront abordés. À l’issue de ces deux sections, des perspectives sur le procédé FDM seront proposées.