Impression 3D.

Impression 3D

L’impression 3D, c’est quoi ?
Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP »

Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP » C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO (virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur

Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP » C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO (virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur Tous les processus « RP » utilisent une approche de fabrication additive

Un autre nom pour le « prototypage rapide » ou « RP » C’est une groupe de processus par lequel un modèle CAO (virtuelle) est transformé en un modèle réel (physique) avec l'aide des machines gérées par ordinateur Tous les processus « RP » utilisent une approche de fabrication additive C’est quoi la fabrication « additive » ?

Fabrication additive Un processus de fabrication additif:

Fabrication additive Un processus de fabrication additif:
Commence avec rien…

Commence avec rien… Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants

Commence avec rien… Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique, etc…

Commence avec rien… Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique, etc… Exemple typique à l’échelle architecturale :

Commence avec rien… Crée l’objet par l'adjonction de matériaux ou de composants La matière est rajoutée par dépôt, collage, fixation mécanique, etc… Exemple typique à l’échelle architecturale : Construire une structure en briques

Fabrication soustractive

Un processus de fabrication soustractif :

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut)

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque chimique etc…

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque chimique etc… Exemple typique à l’échelle architecturale :

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque chimique etc… Exemple typique à l’échelle architecturale : Construire une base militaire suisse à l'intérieur d'une montagne…

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque chimique etc… Le prototypage peut également être fait par processus soustractif

Un processus de fabrication soustractif : Commence par un bloc de matière plus grande que l'objet final (brut) Enlève la matière pour révéler la forme de l’objet désiré La matière est enlevé par usinage, abrasion, gravure, attaque chimique etc… Le prototypage peut également être fait par processus soustractif Habituellement, cela se fait par fraisage commande numérique ou CNC): (Computer Numerical Control)

Et puis…?

Et puis…? Il existe aussi un troisième processus – la déformation…

Et puis…? Il existe aussi un troisième processus – la déformation…
Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change simplement sa forme

Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change simplement sa forme La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique)

Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change simplement sa forme La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique) Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc.

Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change simplement sa forme La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique) Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc. Exemple typique à l’échelle architecturale :

Ni de matière rajoutée ni d’enlevée, la pièce change simplement sa forme La déformation utilise de la chaleur et/ou de la pression pour changer la forme de la pièce (déformation plastique) Exemples: le thermoformage (sous vide), l’emboutissage, le pliage, etc. Exemple typique à l’échelle architecturale : Les panneaux des façades des bâtiments EPFL originaux

Putting it all together…

C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus

C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus La plupart des choses sont construites en utilisant une combinaison de ces 3 processus d’addition, soustraction, et déformation de la matière

C’est rare quand quelque chose est fabriquée exclusivement avec un seul type de processus La plupart des choses sont construites en utilisant une combinaison de ces 3 processus d’addition, soustraction, et déformation de la matière … Mais ça, c'est une autre histoire.

Retour à la fabrication additive…

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D…

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à du vrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC)

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à du vrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC) En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes)

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à du vrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC) En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes) Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à du vrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC) En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes) Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches La finesse de tranches, la précision et la taille des objets possible varie selon le processus

Tous les processus « RP » crée l’objet par tranches successives Comme un plan topographique On peut dire que ce n'est pas vraiment du 3D… Mais plutôt un processus 2D en série Les calculs sont effectivement beaucoup plus simples par rapport à du vrai 3D (comme la fraisage d’une surface gauche par CNC) En fait, c'est juste une série de tranches plates (des courbes) Les divers « RP » ont tous des façons différents de créer les tranches La finesse de tranches, la précision et la taille des objets possible varie selon le processus Ainsi que les caractéristiques mécaniques et les matériaux possibles

Quelques-uns des processus les plus courants…

Stereolithography (SLA) A laser beam hardens layers in a bath of liquid resin Materials: Various plastics Characteristics: Highest precision, transparent possible Machine cost: Very expensive Part cost: High

Fused Deposition Modeling (FDM) Heats (softens) and extrudes a solid thermoplastic wire Materials: Various plastics (ABS, polycarbonate) Characteristics: Low precision, strong parts, long print times Machine cost: Moderate (size dependent) Part cost: Medium

Fused Deposition Modeling (FDM) Heats (softens) and extrudes a solid thermoplastic wire

Selective Laser Sintering (SLS) A laser beam fuses particles (powder) together to form solid layer Materials: Plastics, metals, composites Characteristics: Medium to high precision Machine cost: Very expensive Part cost: High

Laminated Object Manufacturing (LOM) Laminates layers of sheet material and cuts them out (plastic, paper) Materials: Plastic (PVC), paper (no longer made) Characteristics: Relatively low precision, semi-transparent parts Machine cost: Very inexpensive (Solido) Part cost: Medium

Polymer Inkjet printing (PolyJet) Prints a thick ink that hardens with UV light (plastic, rubber) Materials: Plastics, elastomer Characteristics: High precision, semi-transparent parts, multi-material possible Machine cost: Expensive Part cost: Medium

3D Printing – inkjet binder – (Z Corp) Inkjet prints a glue (binder) onto a powder to solidify layer Materials: Plaster, starch, ceramic Characteristics: Med-low precision, somewhat fragile parts, fast print Machine cost: Moderate Part cost: Low

Wax printers – (Solidscape, Thermojet) Melts and deposits fine wax droplets to make layers Materials: Wax  metal (lost wax castings for jewelry, medical, etc.) Characteristics: High to very high precision Machine cost: High to moderate Part cost: Medium

Et puis, pour un changement d’échelle…

Bon, revenons à notre petite échelle…

Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ?

Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ? Un modèle 3D CAO…

Qu'est-ce que nous avons besoin pour comencer ? Un modèle 3D CAO… Modéliser vos objets dans le logiciel que vous préférez…

Consignes pour le modèle 3D
Le modèle doit être un ou plusieurs volumes fermés Le fichier avec l’objet doit être en MM et à l’échelle 1:1 (pour le modèle) Nous avertir assez en avance si vous voulez imprimer une pièce Prendre rendez-vous avec Mitch pour des conseils Si c’est fait avec Rhino, amener le fichier en format Rhino (.3dm) Si c’est fait avec un autre logiciel : Soit : exporter en format « volumique » ou « surfaces » si possible (IGES, STEP, SolidWorks etc. – consulter Mitch pour plus d’info) Ou bien : exporter en format .STL (attention aux réglages)

Est-il possible d’envoyer mon fichier Rhino…

…directement à l'imprimante 3D?

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON…

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels…

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels… Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels… Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels… Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels… Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles Donc, le logiciel de modélisation doit avoir la capacité d’exporter un fichier en format .stl (les plupart en ont)

…directement à l'imprimante 3D? Eh, ben, NON… Il existe des dizaines de systèmes, des fabricants, des logiciels… Besoin d’un format de fichier « standard » pour l’échange des infos 3D STL – dérivé du nom du processus original de stéréolithographie STL est un format qui contient uniquement des maillages de triangles Donc, le logiciel de modélisation doit avoir la capacité d’exporter un fichier en format .stl (les plupart en ont) Notre pilote d'imprimante 3D peut alors importer ce fichier et ensuite imprimer l'objet

Que dois-je savoir encore ?
Nos machines sont des Stratasys FDM (Fused Deposition Modeling) Volumes de travail (en mm): Petite machine x 200 x 300 Moyen (nouvelle !) 250 x 250 x 300 Grande machine 400 x 350 x 400 Contraintes : Épaisseur de paroi – minimum 1.5mm Des colonnes verticales de petit taille peuvent échouer ou casser Résolution - épaisseur de tranche 0.25/0.33mm (0.18 avec 1 petite machine) Plus que c'est grand, plus qu’il faut de temps et plus ça coûtera cher…

Donc, combien de temps prendra-t-il?

FDM est un processus loooongue… 

FDM est un processus loooongue…  Le temps d'impression moyen est de 12 heures

FDM est un processus loooongue…  Le temps d'impression moyen est de 12 heures Il peut varier entre une heure ou deux (petites pièces) jusqu’à…

FDM est un processus loooongue…  Le temps d'impression moyen est de 12 heures Il peut varier entre une heure ou deux (petites pièces) jusqu’à… …PLUSIEURS JOURS… (plus gros objets, beaucoup de détails)

Puis-je calculer le temps d'impression moi-même?

En un mot, NON…

En un mot, NON… La quantité de matière «support» requise peut varier considérablement

En un mot, NON… La quantité de matière «support» requise peut varier considérablement La forme et les détails ont un grand effet sur le temps d'impression

En un mot, NON… La quantité de matière «support» requise peut varier considérablement La forme et les détails ont un grand effet sur le temps d'impression Les résolutions plus fines prendront plus de temps

Combien ça va me coûter ?

Combien ça va me coûter ? Encore une fois... sans voir le modèle fini…

Combien ça va me coûter ? Encore une fois... sans voir le modèle fini…
Il est impossible à déterminer :

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire…

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer…

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer… Et donc, combien cela va coûter…

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer… Et donc, combien cela va coûter… La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement »

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer… Et donc, combien cela va coûter… La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement » Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer »

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer… Et donc, combien cela va coûter… La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement » Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer » Le coût est directement lié à la quantité de matière consommée

Il est impossible à déterminer : La quantité de matériel que sera nécessaire… Combien de temps il va falloir pour l’imprimer… Et donc, combien cela va coûter… La seule façon de savoir est d'imprimer le modèle « virtuellement » Pour ce faire, le modèle doit être « prêt à imprimer » Le coût est directement lié à la quantité de matière consommée Le temps d'impression est lié à la quantité de matière et à la complexité de l’objet

Structure des prix EPFL ENAC

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre)

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre) Vous payez ~ 25ct par cm3

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre) Vous payez ~ 25ct par cm3 L'ENAC paie le reste

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre) Vous payez ~ 25ct par cm3 L'ENAC paie le reste Vous ne payez pas les heures machine

Les étudiants paient environ 50% du coût réel de la matière Le prix de la matière est autour de CHF 500/kilo (1 litre) Vous payez ~ 25ct par cm3 L'ENAC paie le reste Vous ne payez pas les heures machine Alors, vous avez de la chance… 

Exemples et démo suivra…

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