Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Stereolithography by liquid resin photo-polymerization was the first additive manufacturing technology, patented in 1984. A surface-resolved photo-polymerization of a resin is used, the desired object being fabricated layer after layer (whence the term "additive manufacturing"). This article introduces the principles of this technology, describes different processes and their limitations and, when possible, means to circumvent them. This optical technology has a broad field of application, even though other methods of additive manufacturing have sought to supplant the “historical” method, which is restricted by the use of some specific materials.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
photopolymerization | layer-by-layer process | computer assisted design | CAD
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Amplification par réaction en chaînes de polymérisation
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4. Amorçage photochimique
4.1 Amorçage à un photon
L’absorption monophotonique d’un amorceur photochimique, utilisé en stéréolithographie « classique », suit la loi de Beer-Lambert. Localement, pour une concentration c en amorceur, l’intensité lumineuse absorbée est proportionnelle au produit c. 10(–ε.c.x) où x est la distance dans la cuve de la fenêtre d’entrée de la lumière, ε le coefficient d’extinction molaire ou moléculaire (figure 18).
L’absorbance A est définie par :
Elle est exprimée plus généralement sous la forme :
avec souvent pour A, la notion française de densité optique D (qui est en fait l’absorbance) ; le coefficient ε est relié à α par la relation α = log10·ε.
Il est possible de travailler avec nombre d’amorceurs photochimiques très classiques souvent des cétones aromatiques qui absorbent dans l’UV moyen. Des amorceurs travaillant dans le visible sont également disponibles, mais présentent le risque de polymériser la résine à la lumière du jour ; des précautions sont donc à prendre. Les concentrations typiques en amorceur sont de l’ordre du pourcent. L’épaisseur optique µ est définie comme :
La concentration est adaptée pour que µ soit supérieure ou égale à l’épaisseur de couche.
Pour des absorptions dans l’infrarouge utilisant des lasers de type CO2, le problème est sensiblement le même avec une complication liée à l’exothermicité des réactions de polymérisation ; pour des volumes des voxels trop élevés,...
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Amorçage photochimique
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).
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(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).
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(5) - OBATON (A.F.), BERNARD (A.), TAILLANDIER (G.), MOSCHETTA (J.M.) - « Fabrication...
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