Historique des procédés additif

Les principaux procédés de fabrication additive sont issus de travaux de recherche menés par des équipes, en France et dans le monde, dans les années (1980). Ils ont fait ensuite l'objet des premiers brevets de base qui sont considérés comme étant les fondements sur lesquels se sont construits tous les développements industriels.

  • 1984 : Le premier système reconnu comme tel a été le procédé de stéréolithographie dont le brevet a été déposé en France par Jean-Claude André, Alain Le Mehauté et Olivier De Witte, puis un autre aux États-Unis, par Charles W. Hull. Le procédé permet de générer des objets en trois dimensions dans une cuve remplie d'un liquide monomère polymérisable. Il utilise un faisceau laser, dont le déplacement est piloté par un ordinateur, pour solidifier la résine photosensible par polymérisation et ainsi créer l'objet point par point puis couche par couche.

  • 1989 : Le procédé de frittage sélectif de poudre a été inventé et déposé par Carl Deckard. Il consiste à réaliser la fusion locale d'un matériau, présenté sous forme de poudre, sous l'action d'un laser. Cette technique de fabrication 3D procède de la solidification successive de couches représentant les différentes tranches formant la pièce à produire.

  • 1991 : Le procédé de stratoconception est proposé par Claude Barlier, une nouvelle méthode et un nouveau procédé de conception et fabrication simultanées qui permet au concepteur la création et la réalisation numérique de pièces mécaniques et d'objets en couches à partir de tous matériaux solides disponibles en plaques.

  • 1991 : Yamane a proposé le procédé Jetted Photopolymer permettant à son tour la fabrication rapide d'une pièce en trois dimensions à base de matière photodurcissable ou thermodurcissable. Sur la base d'un procédé type impression jet d'encre, avec une ou plusieurs têtes pilotées par ordinateur, la matière est projetée de manière itérative sur la couche précédente afin de former une couche supplémentaire sur celle-ci. Le matériau déposé est ensuite exposé sous une source lumineuse afin d'obtenir le durcissement de ce dernier.

  • 1992 : Crump a proposé un dispositif, appelé Fused Deposition Modeling (FDM), permettant de créer des objets par la superposition de couches produites par le dépôt d'un fil fondu. Le procédé comprend une tête d'extrusion alimentée avec un fil de matériau thermo fusible se solidifiant à une température précise, et d'un plateau supportant la ou les pièces fabriquée(s).

  • 1993 : Sachs propose son procédé 3D Printing. Ce procédé met en œuvre un équipement automatique qui vient solidifier une succession de couches fines de poudre à l'aide d'une tête d'impression de type jet d'encre qui projette un liant. C'est certainement, avec le procédé FDM, un des procédés qui est à l'origine du terme « imprimante 3D » et par la suite « impression 3D » qui fera connaître la fabrication additive au grand public.

  • 1993 : Le procédé de dépôt de matière fondue par faisceau laser, présenté par Gore, s'inspire des procédés de rechargement métallique et permet ainsi la réalisation d'une forme libre par fusion et dépôt de métal. Il utilise une buse coaxiale traversée par un laser et dans laquelle est soufflée une poudre métallique.

Ces sept brevets de base présentent tous des méthodes de fabrication additive d'objet par couches. Ces stratégies ont ensuite inspiré de nombreux procédés et variantes de procédés. C'est cet aspect universel qui a poussé les instances de normalisation à proposer l'utilisation de ces 7 familles de base pour classifier ces nouveaux procédés de fabrication additive.

Classification des procédés de Fabrication Additive.

Ainsi suivant la norme ISO 17296-2, qui s'appuie sur ces 7 principes physiques d'addition de matière, il est donc possible de classer les nombreux procédés de fabrication additive suivant 7 grandes familles :

Photopolymérisation en cuve.

Les procédés mettant en œuvre ce principe constructif pour la création d'objets 3D sont regroupés dans cette famille. On y trouve principalement 2 techniques : la photopolymérisation par balayage laser et la photopolymérisation par masquage.

Projection de matière.

Les procédés projetant de la matière sont regroupés dans cette deuxième catégorie. Il est possible de trouver plusieurs variantes techniques qui mettent en œuvre ce principe de base. Ainsi, nous pouvons citer la projection de résine photopolymérisable ou bien encore la projection de cire fondue.

Projection de liant

Cette famille regroupe donc tous les procédés qui appliquent le procédé de base connu sous le nom d'impression 3D. Ici encore, plusieurs variantes sont apparues au fil des innovations.

La plus marquante reste sans doute l'utilisation de la couleur lors de la fabrication des prototypes.

Fusion sur lit de poudre (laser ou faisceau d'électrons).

Cette catégorie est très fortement représentée et son procédé de base connaît de nombreuses variantes. Certaines variantes font appel au laser pour fusionner la poudre, d'autres utilisent un faisceau d'électrons. Certains procédés proposent un « frittage laser » nécessitant une étape de déliantage puis une étape d'infiltration dans un four spécifique et d'autres procèdent d'une fusion directe de la matière obtenue par un laser de puissance supérieure, dans une enceinte à atmosphère contrôlée.

Extrusion de matière

Cette technologie permet la mise en œuvre de matériaux thermoplastiques, de cire, mais également de matériaux plus originaux comme le chocolat. Elle est représentée par de nombreuses machines proposées soit par des fabricants, soit, plus récemment, en auto fabrication à partir de plans disponibles sur Internet.

Dépôt de matière sous flux d'énergie dirigé (laser ou plasma)

Ici, sont regroupés tous les procédés réalisant des objets 3D par dépôt de matière fondue. Ils permettent la fusion de nombreux matériaux métalliques comme les aciers inox, les alliages de titane, à partir de plusieurs variantes de la buse de dépôt, le composant principal.

Stratification de couches.

Cette catégorie regroupe les procédés à base de matériaux disponibles en feuilles. Ces feuilles peuvent se présenter de manière continue, par exemple sous la forme de rouleaux, mais également de manière discontinue comme par exemple sous la forme de plaques de différents matériaux, du bois jusqu'à l'acier. Ces techniques additives procèdent par découpage et assemblage ou bien assemblage puis découpage de ces feuilles.

Procédé - matériaux-application

Procédé de fabrication additive

Prototypage rapide

Outillage rapide pour la mise en forme de

Fabrication rapide

Maquettes

Prototype

Métaux

Polymères

Composites

Verre

Médical Dentaire

Pièces industrie

Art et Décoration

Emballage packaging

Polymérisation en cuve

SLA[1]

Modèles

En joaillerie

Projection de matière

A voir

Modèles

Cire perdue

Projection de liant

Moule sable

Fusion sur lit de poudre

SLS[2]

DMLS[3]

SLM[4]

EBM[5]

Extrusion de matière

FDM[6]

A voir

Modèles

A voir

Dépôt de matière sous flux d'énergie dirigé

DMD[7]

CLAD[8]

LENS[9]

Stratification de couches

LOM[10]

A voir

Modèles

STRATO[11]

Modèles

Cire perdue

UAM[12]