Qu’est-ce que l’impression 3D en technologie SLS ?
Les technologies de fabrication additive, plus communément appelées impression 3D (3DP), sont considérées comme l’avenir du prototypage rapide ainsi que des petites — voire grandes — séries de production dans l’industrie. Il existe plusieurs technologies distinctes, fondées sur différents principes physiques et utilisant des matériaux variés. Dans cet article, vous découvrirez le fonctionnement de l’impression 3D par frittage sélectif par laser (SLS) ainsi que les principales différences entre les technologies d’impression 3D les plus répandues.
Les technologies d’impression 3D les plus populaires
La technologie FDM (Fused Deposition Modeling), ou modélisation par dépôt de filament fondu, est la plus connue et la plus accessible. Elle consiste à faire fondre un filament thermoplastique — une bobine de matière sous forme de fil — et à le déposer couche par couche sur un plateau d’impression, selon un modèle numérique découpé. Le FDM utilise principalement des matériaux plastiques comme l’acide polylactique (PLA) ou l’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS).
Une autre technique populaire est la stéréolithographie (SLA) — le plus ancien procédé d’impression 3D, développé dans les années 1970 — basé sur la photopolymérisation et le durcissement de la résine à l’aide de lasers UV. Les matériaux utilisés dans ce procédé sont principalement des résines, qu’elles soient synthétiques ou d’origine naturelle.
Parmi les nombreuses autres technologies, l’une se distingue par un potentiel remarquable encore peu exploité : le frittage sélectif par laser (SLS).
Comparaison des principales technologies d’impression 3D
| Paramètre | Fused Deposition Modeling | Stereolitografia | Selektywne spiekanie laserowe | Selektywne topienie laserowe |
|---|---|---|---|---|
| Abréviation | FDM | SLA | SLS | SLM |
| Principe de fonctionnement | Extrusion de filament fondu | Photopolymérisation aux UV | Frittage de poudre au laser | Fusion complète de poudre métallique au laser |
| Matériaux imprimés | Polymère thermoplastique sous forme de filament (PLA, ABS) | Résines/liquides photopolymérisables | Poudres polymères frittables (ex. PA, TPU, TPE) | Alliages métalliques divers |
| Avantages | Coûts faibles ; impression rapide | Très haute résolution ; processus automatisé | Pas besoin de structures de support ; prototypes fonctionnels ; pièces mobiles | Grande robustesse des pièces |
| Inconvénients | Structures de support nécessaires ; retrait thermique du filament | Choix limité de matériaux ; maintenance coûteuse | Temps d’impression plus long | Coûts très élevés |
Applications | Prototypage rapide ; éducation ; production en petite série | Prototypes complexes ; modèles dentaires | Éducation ; prototypes fonctionnels ; dispositifs médicaux ; pièces mécaniques mobiles | Industrie automobile et aérospatiale ; pièces finales |
| Épaisseur de couche | 0,1 – 0,3 mm | 0,05 – 0,15 mm | 0,060 – 0,15 mm | 0,02 – 0,1 mm |
| Impression sans structures de support | Non | Parfois nécessaire | Oui | Parfois nécessaire |
| Impression d’objets avec pièces mobiles | Difficile, faible précision | Non | Oui | Non |
En quoi consiste le frittage sélectif par laser (SLS) ?
Le principe du SLS repose sur le frittage de poudres à l’aide d’un laser infrarouge, dans un environnement à température élevée. Cette préchauffe favorise la cohésion des particules avant même leur exposition directe au faisceau laser. Dans une imprimante SLS conventionnelle, on trouve un plateau de fabrication (souvent appelé « bed »), sur lequel un rouleau répartit une fine couche de poudre. Le laser vient ensuite fritter sélectivement cette couche en suivant les contours découpés d’un modèle numérique 3D, tel qu’un fichier .stl généré à partir d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO).
Ensuite, la plateforme descend légèrement, et le processus est répété couche après couche jusqu’à la formation complète de la pièce finale. Une fois l’impression terminée, la phase de post-traitement commence : elle consiste à extraire la pièce imprimée de la poudre non frittée puis à la sabler pour en retirer les résidus.
C’est précisément à ce stade que se révèle l’un des grands avantages de la technologie SLS. Contrairement à la technologie FDM, le SLS permet l’impression de géométries complexes sans structures de support. En effet, les objets imprimés restent « suspendus » dans le lit de poudre qui joue le rôle de support naturel. Mieux encore, cette méthode autorise l’impression directe de pièces comportant des éléments mobiles, en une seule opération.
Matériaux pour imprimantes 3D SLS et perspectives
Une question essentielle concerne les matériaux disponibles pour l’impression SLS. L’éventail est vaste — allant de diverses poudres métalliques, principalement utilisées dans l’industrie automobile, jusqu’aux polyamides (par exemple le Sinterit PA12 Smooth, une poudre de nylon 12) et aux polyuréthanes thermoplastiques (TPU) comme le Flexa Grey. Tous ces matériaux en poudre peuvent être adaptés à des applications spécifiques, permettant ainsi d’atteindre les propriétés mécaniques souhaitées pour chaque pièce imprimée.
La technologie SLS est, en réalité, un procédé sans production de déchets — ce qu’on appelle « zéro waste ». En effet, la poudre non frittée peut être réutilisée plusieurs fois pour de nouvelles impressions. Un aspect clé de ce processus réside dans la manière dont la poudre usagée est recyclée, ainsi que dans son taux de rafraîchissement — c’est-à-dire la proportion de poudre neuve qu’il convient d’ajouter à la poudre usagée pour garantir une qualité d’impression optimale. En théorie, il est possible de réutiliser entièrement la même poudre en y ajoutant seulement une petite quantité de matière fraîche. Toutefois, certaines poudres s’oxydent rapidement et nécessitent une atmosphère gazeuse neutre, comme l’azote, pour préserver leurs propriétés. Ce type de solution est intégré à l’imprimante Sinterit Lisa Pro, équipée d’un système d’injection d’azote.
On distingue deux grandes catégories d’imprimantes SLS : les systèmes industriels haut de gamme et les imprimantes dites « de bureau » ou compactes. Les premières, très performantes, atteignent des prix de plusieurs dizaines de milliers de dollars. Les secondes — comme la Lisa ou la Lisa Pro — sont bien plus abordables, avec un coût de quelques milliers de dollars. La différence entre ces deux classes réside principalement dans le volume d’impression, le niveau d’automatisation du processus et la compatibilité avec une large gamme de matériaux. Les imprimantes de bureau sont parfaitement adaptées à la recherche universitaire, au prototypage rapide ou même à la petite production en série.
Le véritable potentiel du SLS réside dans l’exploration de nouveaux matériaux aux propriétés sur mesure — conductivité spécifique, résistance thermique, imperméabilité… les possibilités sont pratiquement infinies. Pour de nombreux futurologues, la fabrication additive représente une technologie industrielle qui surpasse déjà les standards du futur.
Paweł Piszko
Conseiller scientifique
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