Comparez les technologies d’impression 3D FDM et SLA.

Précision et qualité de l’impression

Chaque couche ajoutée lorsqu’une pièce est imprimée en 3D expose le composant à des erreurs. La qualité de la surface, le degré d’exactitude et de précision de chaque couche et, par conséquent, la qualité globale de la pièce sont tous influencés par le processus de production des couches.

Les imprimantes 3D FDM déposent du plastique fondu en lignes pour créer des couches. Il y a des espaces entre les lignes arrondies que la buse dépose au cours de cette opération, et la résolution de la pièce est déterminée par la taille de la buse d’extrusion. Il en résulte des couches qui peuvent ne pas adhérer complètement les unes aux autres, des couches qui sont facilement visibles à la surface et une incapacité de la technique à reproduire la précision fine que d’autres technologies peuvent fournir.

Dans l’impression 3D SLA, chaque couche est créée par la polymérisation d’une résine liquide à l’aide d’un laser de haute précision. Cela permet d’obtenir un degré d’information beaucoup plus élevé et de produire des résultats de haute qualité de manière plus cohérente. C’est pourquoi l’impression 3D SLA est réputée pour ses détails exquis, ses surfaces impeccables, sa précision extraordinaire et l’exactitude de ses composants.
L’utilisation de la lumière plutôt que de la chaleur pour imprimer est un autre moyen de garantir la fiabilité des machines SLA. L’impression à une température proche de la température ambiante évite que les pièces imprimées ne soient déformées par la contraction et l’expansion thermiques potentielles qui peuvent se produire au cours du processus d’impression FDM.
Les imprimantes 3D SLA produisent des objets plus denses, étanches à la poussière et à l’eau grâce à la liaison chimique de polymères croisés entre les couches, contrairement aux imprimantes FDM qui génèrent une liaison mécanique entre les couches. En raison de l’énorme force latérale que ces liaisons procurent, les pièces sont isotropes, c’est-à-dire que leur force est constante quelle que soit leur orientation. C’est pourquoi l’impression 3D SLA est parfaite pour les applications d’ingénierie et de production industrielle où la qualité des matériaux est cruciale.

Matériaux et applications

Plusieurs thermoplastiques courants, notamment le PLA, l’ABS et leurs dérivés, sont compatibles avec les imprimantes 3D FDM. En raison de la popularité du procédé FDM auprès des passionnés, une large gamme de couleurs est désormais accessible. Il existe également une variété de mélanges de filaments expérimentaux pour produire des pièces qui ressemblent au métal ou au bois.

Des thermoplastiques haute performance comme le PEEK ou le PEI, ainsi que des matériaux techniques comme le nylon, le PETP, le PA ou le TPU, sont également disponibles, bien que leurs applications soient souvent limitées à des imprimantes FDM professionnelles spécifiques qui peuvent les prendre en charge.
L’avantage des résines SLA est leur large éventail d’options de formulation. Les éléments peuvent être durs ou mous, fortement chargés d’éléments secondaires tels que le verre ou la céramique, ou avoir des attributs mécaniques tels que la résistance aux chocs ou une température de flexion élevée sous l’effet de la charge. Les résines SLA sont disponibles dans une variété de formules qui offrent un large éventail de qualités mécaniques, optiques et thermiques comparables aux thermoplastiques typiques utilisés dans l’industrie et l’ingénierie.
Les entreprises choisissent parfois d’utiliser la technologie SLA en interne en raison de sa fonctionnalité et de sa polyvalence. Une fois qu’il a été déterminé qu’un certain matériau fonctionnel pourrait être la solution pour une application donnée, il ne faut généralement pas attendre longtemps avant que d’autres options deviennent évidentes et que l’imprimante soit utilisée comme un outil permettant de tirer parti des diverses propriétés d’une variété de matériaux.

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Certains matériaux possèdent des caractéristiques propres à l’impression SLA :

Résine transparente

La seule méthode d’impression 3D permettant d’imprimer des pièces translucides sur une imprimante de bureau est la stéréolithographie. Parfaite pour une visibilité claire dans les assemblages complexes, les dispositifs (micro)fluidiques, l’optique, l’éclairage, la fabrication de moules et tout autre besoin de pièces translucides.

Résine flexible

Les pièces imprimées à partir de ce matériau se comportent et ressemblent à des pièces en silicone qui ont été moulées. Elles peuvent être utilisées à plusieurs reprises car elles sont suffisamment robustes.

Résine haute température

De toutes les résines utilisées dans l’impression 3D de bureau, la résine haute température a le TFC le plus élevé, mesurant 238°C à 0,45 MPa.
Résine de cire coulable
Substance à laquelle on ajoute 20 % de cire pour le moulage direct à la cire perdue et les utilisations de pressage dans la bijouterie et la dentisterie.

Résines dentaires

Matériaux spécialement conçus pour les applications dentaires biocompatibles, notamment les gouttières, les empreintes et modèles fixes, les plaques occlusales transparentes, les guides chirurgicaux et les prothèses complètes.

Résine de verre

Vous pouvez imprimer en 3D des pièces avec une finition semblable à celle de la pierre en utilisant la résine céramique, puis les brûler pour créer une pièce en céramique.

Flux de travail et convivialité

Le flux de travail de l’impression 3D avec FDM et SLA comporte trois étapes : la conception, l’impression 3D et le post-traitement.

Il faut d’abord créer le modèle à l’aide d’un programme de CAO ou de données de numérisation 3D, puis l’exporter dans un format de fichier STL ou OBJ pour l’impression 3D. Un logiciel est nécessaire pour configurer les paramètres d’impression et séparer le modèle numérique en plusieurs couches pour l’impression 3D.

Plusieurs heures d’essais et d’erreurs peuvent être nécessaires avec des imprimantes 3D FDM ou SLA bon marché pour obtenir les bons paramètres d’impression. Néanmoins, les résultats peuvent différer pour chaque nouveau modèle ou matériau, et les erreurs d’impression sont encore fréquentes. Cela entraîne non seulement des retards dans les projets, mais risque également de provoquer des échecs spectaculaires nécessitant une longue procédure de nettoyage.

Les imprimantes FDM et SLA professionnelles telles que la Form 3 disposent de leur propre logiciel et de paramètres prédéfinis pour chaque matériau, qui ont été testés et éprouvés pour garantir le taux de réussite le plus élevé.

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La plupart des imprimantes 3D peuvent fonctionner sans surveillance jusqu’à ce que l’impression soit terminée, même pendant la nuit, après le début du processus d’impression. Les imprimantes 3D SLA modernes, comme la Form 3, sont équipées d’un mécanisme de remplissage automatique de la cartouche de matériau.

Le post-traitement est la dernière phase de la procédure. L’alcool isopropylique ou un autre solvant doit être utilisé pour rincer les pièces imprimées SLA afin d’éliminer la résine non polymérisée de leur surface. Pour éliminer l’excès de résine, les pièces sont normalement trempées manuellement dans une solution de solvant après avoir été retirées de la plate-forme de fabrication.

Ce processus est automatisé à l’aide de solutions expertes telles que Form Wash. Les pièces peuvent être transférées directement de l’imprimante à Form Wash, qui nettoie les pièces en faisant tourbillonner un solvant autour d’elles. Une fois le processus terminé, les pièces sont immédiatement retirées du bain d’alcool.

Certains matériaux SLA doivent être post-polymérisés pour que les pièces atteignent leur résistance et leur stabilité optimales après avoir été nettoyées et séchées.

L’un des avantages de la technologie FDM est qu’elle ne nécessite pas de nettoyage ; après l’impression, les pièces terminées sans structures de support peuvent être utilisées ou transformées.

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Les structures de soutien sont utilisées dans les techniques FDM et SLA pour faciliter l’impression 3D de modèles complexes ; leur retrait est la dernière étape du processus de post-traitement.

Le retrait des structures de soutien des pièces imprimées par FDM nécessite un travail manuel ou leur dissolution dans l’eau, en fonction de la substance utilisée pour leur construction.
Après avoir découpé les structures de support des pièces produites par stéréolithographie, le point d’attache de la pièce doit être doucement poli pour effacer toute marque restante. La technologie LFS (Low Force Stereolithography) de Formlabs permet à la pièce d’être légèrement touchée par les structures de support. Par conséquent, les temps de post-traitement sont réduits, les marques sont négligeables et la pièce peut être retirée rapidement des structures.

Les pièces SLA et FDM sont facilement usinées, préparées, peintes et assemblées pour des finitions et des applications particulières lorsqu’un post-traitement est nécessaire. À l’inverse, les pièces FDM nécessitent plus de remplissage avant de pouvoir être usinées ou percées, et plus de ponçage avant de pouvoir être peintes ou préparées.

Dépenses et retour sur investissement

Le faible coût des imprimantes FDM est l’une de leurs principales caractéristiques commerciales. Pour quelques centaines de dollars, les amateurs et les petites entreprises peuvent acheter des imprimantes d’entrée de gamme pour tester le FDM et déterminer si l’impression 3D est une arme utile à avoir dans leur arsenal. Le prix peu élevé d’une machine FDM d’entrée de gamme suffit parfois à encourager les personnes qui ne savent pas par où commencer à l’acheter. Toutefois, ces solutions FDM bon marché sont souvent peu fiables et nécessitent un entretien professionnel pour garantir leur viabilité à long terme.

Les imprimantes FDM professionnelles de bureau, qui coûtent entre 1 500 et 6 000 euros, sont plus abordables et mieux adaptées à un usage commercial. Ces imprimantes 3D offrent généralement des volumes d’impression plus importants, une meilleure qualité d’impression et une plus grande fiabilité. Même si ces machines peuvent produire des pièces fonctionnelles, la concurrence est rude à ce niveau de prix, car les imprimantes SLA peuvent produire des impressions de qualité supérieure et un plus grand nombre d’applications.

Les imprimantes 3D SLA coûtent généralement 3 500 euros ou moins. Pour moins de 10 000 euros, Formlabs est la seule entreprise à proposer une imprimante 3D SLA de taille normale.

Les filaments FDM sont également d’un prix raisonnable en termes de matériaux par rapport à ceux utilisés dans d’autres méthodes d’impression 3D. Alors que les filaments spécialisés pour les applications d’ingénierie peuvent coûter entre 100 et 150 euros par kilogramme, l’ABS, le PLA et leurs différents mélanges commencent généralement à environ 50 euros par kilogramme. Le prix par kilogramme des matériaux solubles de la structure de support pour les imprimantes 3D FDM qui conviennent varie entre 100 et 200 euros. En revanche, le prix de la majorité des résines techniques et standard pour les imprimantes 3D SLA varie entre 135 et 170 euros le litre.

Le dernier élément du calcul, souvent négligé, concerne les charges salariales. Les pièces imprimées par FDM nécessitent très peu de post-traitement pour les conceptions simples qui n’ont pas besoin de structures de soutien pendant l’impression. En revanche, un post-traitement humain important est nécessaire pour les pièces FDM qui ont besoin de supports pendant l’impression ou lorsque le produit final doit être parfait.

Les pièces SLA doivent être nettoyées et, selon le matériau, post-polymérisées. Toutefois, avec les accessoires appropriés, ces deux étapes peuvent être considérablement automatisées pour réduire les heures de travail. Pour obtenir une finition de haute qualité et éliminer les marques de support, les pièces produites par SLA qui ont des structures de support doivent simplement être légèrement poncées.

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Vitesse d’impression

Par rapport aux imprimantes 3D FDM, Draft Resin est une substance de stéréolithographie à impression rapide qui peut produire des pièces cinq à dix fois plus vite. L’épaisseur de couche de 200 nm de Draft Resin permet une fabrication plus rapide des itérations de conception tout en offrant une précision suffisante pour le prototypage. Avec Draft Resin, les plus grands modèles (un cube d’environ 15 cm), qui représentent la majorité du volume d’impression d’une imprimante SLA, peuvent être créés en neuf heures environ. Avec une imprimante FDM, la même pièce peut être imprimée en 80 à 90 heures avec une épaisseur de couche de 200 microns. L’imprimante SLA est donc parfaite pour des utilisations telles que le prototypage rapide, où les utilisateurs peuvent évaluer leur travail rapidement et passer au projet ou à l’impression suivante.
Lorsque l’on imprime des articles avec différents matériaux à des épaisseurs de couche comparables, les vitesses d’impression de la FDM et de la SLA sont presque identiques. Mais en raison de la façon dont les couches sont construites, une pièce produite sur une imprimante FDM avec une épaisseur de couche de 100 microns ne ressemble pas du tout à une pièce créée sur une imprimante SLA avec la même épaisseur de couche. Pour obtenir une qualité comparable à celle des produits FDM, il faudra procéder à un traitement post-impression intensif et fastidieux afin d’améliorer l’état de surface ou réduire la hauteur des couches (ce qui se traduira par un temps d’impression deux à quatre fois plus long).
Le volume d’impression est l’un des domaines dans lesquels la technologie FDM excelle. Le développement de grandes machines FDM est moins compliqué en raison des différences de technologie. Des systèmes FDM à grande échelle sont largement disponibles pour les applications nécessitant l’impression en 3D de pièces de grande taille.

La technique SLA inversée des imprimantes SLA de bureau réduit la taille et le coût des machines, mais elle introduit également des pressions de décollage élevées qui limitent la quantité de matériau et le volume d’impression qui peuvent être utilisés. En outre, l’impression réussie des pièces nécessite des structures de support robustes.

Formlabs a entièrement repensé l’approche de l’impression 3D à base de résine afin de réduire considérablement les forces exercées sur les pièces pendant le processus d’impression. En effet, la société a introduit la technique d’impression LFS (Low Force Stereolithography), sur laquelle sont construites les imprimantes Form 3 et Form 3L. Avec des volumes d’impression progressivement plus importants utilisant le même moteur d’impression puissant, l’éclairage linéaire uniforme du processus de stéréolithographie à faible force (LFS)TM et la réduction des forces de décollage des pièces du plateau flexible sont uniques.

Deux LPU en gradin fonctionnant simultanément sur un trajet de faisceau laser optimisé permettent à la Form 3L, la première imprimante 3D grand format en résine à prix raisonnable, de fabriquer rapidement des composants de grande taille. La Form 3L élimine les contraintes de taille qui entravent parfois les processus sur les imprimantes de bureau plus petites en offrant un volume d’impression cinq fois supérieur à celui des autres imprimantes SLA tout en conservant un prix compétitif.

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