Je ne sais pas si vous vous êtes servi d'une imprimante 3D. Ce type de matériel n'est pas encore de façon courante dans les ménages, car nous ne nous en servirions pas assez souvent. S'il est facile de se servir d'une machine simple d'entrée de gamme, par contre réaliser complètement la création d'une pièce est assez complexe et nous n'y sommes pas encore habitués.
          Mais c'est une expérience intéressante et c'est pour cela que j'ai voulu faire deux articles à ce sujet.

          Quand on veut réaliser une pièce particulière, si elle est en plastique ou en métal, on peut la mouler dans un moule dont l'intérieur est une cavité ayant la forme et les dimensions de la pièce.
           Mais il faut avoir à l'origine un dessin de la pièce, des moyens pour fabriquer le moule, et pouvoir injecter le plastique ou fondre le métal. Ce n'est pas à la portée d'un particulier.
            S'il s'agit d'une pièce en bois, vous pouvez la réaliser avec une scie, un rabot, une rape et tous ces outils peuvent être électriques ou à main. Vous pouvez l'usiner avec un tour ou une fraiseuse, mais il faut en être équipé et donc en avoir un usage suffisant. Dans les deux cas, on part d'une pièce cylindrique ou parallélépipédique et on lui enlève de la matière peu à peu, pour parvenir à la pièce définitive. Il faut avoir un dessin coté 2D de la pièce.
             C'est la même chose pour du métal, on agit "par soustraction" avec un tour pour enlever des épaisseurs, sous forme de copeaux, sur des formes cylindriques, ou une fraiseuse pour les formes parallélépipédiques. Ce sont des machines encombrantes, lourdes, et chères; pour être un bon tourneur ou fraiseur, il faut au moins.deux ans d'apprentissage.
             Pour faire des pièces uniques, l'ouvrier va régler ses outils et la vitesse de la machine, pour chaque passage successif d'enlèvement de copeaux (en général en aspergeant d'huile pour faciliter l'usinage et refroidir le métal), et c'est un travail qui nécessite de bien connaître sa machine et le travail du métal, et de sentir à la vue et l'oreille ses réactions.(il s'agit de respecter les cotes, sans casser d'outil !).
              Lorsque l'on veut faire des séries de pièces, on utilise des machines dites " à commande numérique", dans lesquelles un ordinateur est associé à la machine, dans lequel on rentre les données de l'usinage, et qui dirige automatiquement le travail de la machine. Un ouvrier peut alors régler et surveiller plusieurs machines qui travaillent simultanément.
             Ci-dessous les photos d'un tour, d'une fraiseuse et d'une machine à commande numérique.

             Depuis le milieu du siècle dernier, les ingénieurs rêvaient de réaliser des pièces autrement, non par soustraction, mais par addition, en réalisant les pièces en volume par ajout de matière progressif en couches successives minces depuis une modélisation 3D de la pièce, au lieu d'un dessin 2D. La machine s'appelle "imprimante 3D".
             Le terme « d’impression » est trompeur. Certes on dépose les diverses couches comme on dépose de l’encre en couche très fine sur du papier, mais les machines sont très différentes des imprimantes de textes utilisées par les micro-ordinateurs.
             Le matériau de base, qui peut être du plastique, du métal, du sable, etc., est déposé (ou non) par une « tête d’impression » sur un plateau horizontal. À chaque balayage horizontal de la tête d'impression, une couche est ainsi formée. Un déplacement vertical de la tête ou du plateau permet alors de passer à la couche suivante.
             L’objet est ainsi fabriqué couche par couche, avec des pertes de matière minimes, et la possibilité de réaliser des formes inaccessibles aux procédés habituels.

             La première chose à savoir est que l’imprimante 3D n’invente pas une pièce, elle la reproduit à partir d’un modèle numérique. Si vous voulez faire une pièce donnée, il faut en posséder un dessin « 3D », c’est à dire une description numérique de la pièce, qui consiste à avoir toutes les coordonnées x,y,z des point de la pièce dans un espace à 3 dimensions.
             La machine va successivement se positionner sur toutes les hauteurs z et déposera de la matière sur tous les points de coordonnées x,y, pour chaque hauteur particulière. Peu à peu, la pièce sera ainsi construite, plan par plan horizontal, et sera terminée quand le dernier plan de hauteur maximale sera déposé.

             Alors comment avoir cette description 3D de la pièce.?

             Plusieurs cas :
                     - la pièce est étudiée et conçue par un bureau d’étude à partir d’un logiciel de dessin 3D. L’ordinateur décrit alors la pièce par cet ensemble de coordonnées x,y,z, et il suffit alors que ces données soient écrites sous un format lisible par l’imprimante. 
                     - on possède une pièce qu’on veut reproduire. On peut alors numériser sa forme grâce à un « scanner 3D »  Les caméras du scanner parcourent l’espace autour de l’objet, exactement comme lorsqu’on vous fait un scanner médical d’un organe, et le logiciel associé calcule à partir des données visuelles recueillies, tous les x,y des points de la pièce pour chaque hauteur z. Ce fichier est alors utilisable par l’imprimante. Il existe des scanners plus ou moins complexes et performants, dont le prix va de quelques centaines à quelque milliers voire dizaines de milliers d'euros pour des usages industriels.
            Trois photos de scanners de bureau ci-dessous.

                     - pour certaines pièces simples, des logiciels de dessin 3D gratuit ou peu onéreux existent, permettant de les décrire numériquement. J’en ai utilisé et ce n’est quand même pas évident pour quelqu’un qui n’aurait jamais fait de dessin industriel.

             Supposons donc que la machine ait reçu une description numérique de votre pièce; comment va t’elle faire ?
             Je vais décrire ici le processus d’une imprimante simple d’utilisation compacte, facile à réparer et bon marché, souvent proposée en kit à monter soi-même, mais évidemment moins précise, qui va réaliser des pièces en plastique. Elle fonctionne en déposant du plastique (acrylonitrile butadiène styrène ou de l’acide polvlactique) à partir d’un filament préalablement fondu dans une tête d’extrusion chauffante.(un peu comme dans les pistolets à colle).
             La tête se déplace horizontalement et dépose une première couche de l'objet désiré sur le plateau d'impression. Un déplacement vertical permet de passer à la seconde couche et ainsi de suite.
             Dans la figure ci-dessous, on veut réaliser un double engrenage en plastique.



             La qualité d'une impression 3D dépend de deux principaux paramètres :
                     - la résolution horizontale s’exprime, comme pour une imprimante de textes ou photos,en nombre de points par pouce (dpi) et correspond au nombre de particules de matière que la machine est capable de déposer par unité de surface.
                     - la résolution verticale est l'épaisseur de couche, mesurée en micromètres ou en millimètres. L'épaisseur déposée dépend en partie de la nature des pièces.
             Les pièces sont réalisées avec une précision de l’ordre de quelques dixièmes de mm avec ces imprimante à fil plastique, et dans un temps très court, (croissance de plusieurs centimètres par heure dans la direction verticale; cela dépend de la surface de la pièce).

             Je connais plusieurs personnes qui avaient cassé une pièce qu’on ne trouvait pas dans le commerce, car appartenant à une machine qui n’était plus construite, et qui ont ainsi réalisé des pièces très satisfaisantes, le problème principal étant d’avoir le fichier numérique de définition.

             Demain je vous montrerai quelques imprimantes 3D