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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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Although additive manufacturing began in the 1980’s, it is only recently that it has been used and recognized by professionals and personal use. It’s in 2019 the initiator of a new industrial era, opening the door to new technologies but especially the appearance of new printable materials. This article focuses on existing processes of additive manufacturing using silicones, a flexible and elastic material. Processes and materials are analyzed, but also the phases of obtaining a part.
Auteur(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
KEYWORDS
additive manufacturing | 3D printing | filament deposit | drop deposit | silicone | UV silicone
DOI (Digital Object Identifier)
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Techniques de fabrication additive utilisant des silicones
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1. Une matière première transformable en fonction du besoin
L’impression 3D fait toujours appel à ce jour à des silicones de type LSR. Elles sont préférées aux HCR grâce à leur faible viscosité, permettant ainsi une transformation ou une mise en forme sans forte contrainte.
1.1 Réticulation par polyaddition
La réticulation par polyaddition (figure 1) est le mécanisme de changement d’état utilisé dans les élastomères de silicone de type LSR et HCR, notamment pour les grades médicaux. Ils sont souvent appelés « platine » à cause du catalyseur utilisé.
Il s'agit de deux siloxanes catalysés avec un sel de platine avec présence ou non d’inhibiteur.
Très souvent, du fait de la présence de deux groupes fonctionnels, ce type de silicone est un bi-composant plus communément appelé « partie A » et « partie B ». La partie A contient des polymères fonctionnels avec groupement vinylique et le catalyseur platine.
Les composants de la partie B sont des polymères fonctionnels avec groupement hydrogénosiloxane et l'inhibiteur s’il est présent.
Les deux parties sont ensuite mélangées en part massique égale. Les élastomères silicones réticulent par addition lors du mélange des deux composants A et B. Par ajout d’énergie d’activation, et en présence de platine, les groupements hydrogénosiloxane et vinylique réagissent pour former un élastomère de silicone « durci ».
HAUT DE PAGE1.2 Déclencheurs de réticulation
L’énergie d’activation permet au catalyseur platine d’agir sur la réticulation. Lorsque le minimum d’énergie nécessaire est atteint, la réaction chimique s’effectue plus ou moins rapidement en fonction des formulations.
HAUT DE PAGE
Lorsque la partie B (groupement hydrogénosiloxane) du bi-composant contient de l’inhibiteur, l’énergie d’activation est la chaleur. Ce type de silicone LSR est un HTV (High Temperature Vulcanisation)....
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-
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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