« Impression 3D 101 » : le fonctionnement et les matériaux

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(suite du dossier)

Avant d’aborder la question du choix de l’imprimante 3D, il y a un critère important à considérer : le filament. C’est un peu comme se questionner sur le type de cartouches d’encre pour une imprimante conventionnelle. Et avant de considérer le filament, il faut comprendre le fonctionnement intégral de l’appareil.

Fonctionnement

Par définition, l’imprimante 3D fonctionne de façon additive, c’est-à-dire qu’elle fait fondre l’une sur l’autre de très fines couches de thermoplastique qui fusionnent pour former l’objet conçu à l’aide d’un logiciel de conception tridimensionnelle. Ce thermoplastique est livré, la plupart du temps, en bobines ressemblant étrangement au fil de remplacement d’un taille-bordure et il est habituellement accroché derrière l’appareil, ce qui permet de prendre l’extrémité du filament et de la connecter au mécanisme d’extrusion à travers un tube. Le fil est fondu au fur et à mesure que l’imprimante fabrique un objet et la bobine se déroule. Ultérieurement, il faudra évidemment la remplacer.

Ces bobines sont, règle générale, vendues à un poids de 750 grammes de matériau et ledit fil thermoplastique qui y est enroulé présente généralement un diamètre de 1,75 mm. Contrairement à ce qu’on pourrait croire, le fil est rarement vendu à la longueur!

Les deux principaux matériaux utilisés par les imprimantes 3D en milieu scolaire sont l’ABS et le PLA (expliqués un peu plus loin). Ici, il semble important de mentionner qu’il n’existe pas de polymère idéal. Comme dans tout, il y a des avantages et des inconvénients à chacun. De plus, outre l’ABS et le PLA, plusieurs autres matériaux existent : le nylon, le ninjaflex et d’autres types de polymères.

 

L’ABS

L’acrylonitrile butadiène styrène, mieux connu sous l’acronyme ABS, est un plastique très présent dans nos vies. On n’a qu’à penser aux fameux blocs Lego ou à diverses pièces de plastiques sur de petits électroménagers à usage quotidien. Ce type de polymère est réputé pour sa solidité et c’est pour cette raison qu’il sert souvent de structure pour une pièce ou un objet. Sa température de fusion étant relativement élevée pour un polymère, l’ABS est peu affecté par les températures élevées.

Concrètement, un objet imprimé avec un filament d’ABS ne risque pas de se déformer s’il se trouve à proximité d’un calorifère, d’un électroménager, d’une lumière ou de toute autre source de chaleur domestique.

Grâce à sa solidité, il est possible de fabriquer des vis de plastique ou des pièces qui s’emboitent. Il est même possible de sabler légèrement la pièce.

Cependant, l’ABS a deux inconvénients majeurs. Dans un premier temps, tant qu’il n’a pas figé, il demeure fragile. C’est la raison pour laquelle l’impression est déposée sur un plateau chauffant ou, dans certains cas, réalisée dans une enceinte chauffée pour éviter les risques de déformation lors d’un changement rapide de température. Également, l’ABS peut dégager une odeur de plastique fondu. Les manufacturiers ne s’entendent pas à savoir si une ventilation est nécessaire et plusieurs recherches démontrent que les toxines libérées dans l’air sont près de cinq fois inférieures aux normes de santé publique aux États-Unis. Ceci dit, les recherches sont réalisées à des températures de fusion largement supérieures à celles employées par les imprimantes 3D à usage non commercial.

 

Le PLA

L’acide polylactique, ou PLA, est un autre polymère utilisé dans les imprimantes 3D. Sa particularité est qu’il est biodégradable puisqu’il est habituellement fabriqué à partir de fécule de maïs ou de résidus de canne à sucre. Cela en fait un matériau particulièrement prisé puisque son empreinte écologique est moindre que celle de l’ABS. D’ailleurs, le PLA est fréquemment utilisé dans les emballages alimentaires et dans les plusieurs instruments médicaux. Sa température de fusion est moindre que l’ABS. Cela signifie qu’un objet imprimé avec un filament de PLA risque de se déformer s’il se trouve à proximité d’un calorifère, d’un électroménager ou si on l’oublie dans la voiture lors d’une canicule en été…

Plusieurs estiment que le PLA est un polymère moins solide que l’ABS. Cependant, dans le cadre d’une utilisation à des fins pédagogiques, peu de projets pourront constater les limites du polymère. Bien évidemment, le PLA étant fabriqué à partir de matériaux organiques, l’odeur qui se dégage du plastique en fusion est peu dérangeante, voire même agréable. Si elle ne passe pas carrément inaperçue, une subtile odeur de sucré est perceptible, laquelle ressemble, selon certains, à une odeur de sirop d’érable.

L’impression de la pièce en PLA se fait sur une plaque non chauffée. Il est généralement recommandé d’y placer un ruban adhésif pour augmenter l’adhérence de la pièce. Certains choisissent de vaporiser du fixatif à cheveux pour maximiser cette adhérence. D’autres fabriquent une colle spéciale à cet effet. Pour l’avoir expérimenté, il est effectivement souhaitable d’utiliser le ruban et le fixatif pour faciliter la prise des premiers filaments imprimés sur la plaque. Aussi, une compagnie européenne a développé un fixatif dédié uniquement à l’impression 3D, le 3DLAC.

Vous pourrez faire vos propres essais, mais voici une combinaison qui fonctionne bien : le ruban bleu 3M 2090 de deux pouces de largeur (disponible dans la section peinture de votre quincaillerie préférée) et le fixatif 3DLAC en question. Une bonne adhérence du PLA dès le début maximise les chances de réussite de l’impression en plus d’éviter que la pièce ne tangue et, possiblement, abime la buse.

 

La bonne bobine

Les prix d’une bobine de fil PLA varient généralement entre 40 $ et 80 $ pour 750 grammes à un diamètre de 1,75 mm. Idem pour les bobines de filament ABS, lesquelles peuvent cependant être un peu plus chères. Bien souvent, les fabricants offrent un léger rabais à l’achat de plusieurs bobines (entre la demi-douzaine et la dizaine). Également, des compagnies autres que les fabricants offrent des bobines de filament à des prix inférieurs que ceux normalement recommandés. Habituellement, on peut envisager de payer une dizaine de dollars de moins.

Par exemple, la compagnie néerlandaise ColorFabb offre du filament d’excellente qualité, dans une multitude de coloris, et ce, à des prix avoisinants les 40 $. Ils offrent même des filaments contenant de la poussière de bronze recréant des œuvres d’art pouvant ressembler à s’y méprendre, une fois polies, à de véritables statuettes! Un dernier détail, et non le moindre, la bobine de filament ColorFabb est transparente. Cela permet d’estimer facilement la quantité de filament restante.

Voici deux choses à considérer pour épargner en achetant le filament. Dans un premier temps, la meilleure façon d’économiser demeure d’acheter plusieurs bobines dans une même commande. Il y a alors possibilité d’épargner entre trois et cinq dollars par item lorsqu’on en achète plus d’une dizaine. Informez-vous à votre revendeur. Deuxièmement, il existe du filament peu dispendieux sur des sites de revente comme eBay. Avant de faire un tel choix, qui risque d’abimer ou de boucher la buse d’impression, rappelez-vous qu’il est relativement compliqué de faire les réparations soi-même sur un tel appareil. Et les pièces de rechange sont onéreuses. Lorsqu’une buse bloque, les projets qu’elle doit imprimer bloquent aussi et des élèves demeurent dans l’attente. C’est à ne pas négliger. Bien souvent, les économies réalisées ne justifient pas les risques pédagogiques ou les réparations qui vous attendent.

 

Sommaire du dossier :

  1. Introduction : Petit guide de l’impression 3D à l’école
  2. Le potentiel pédagogique de l’impression 3D
  3. Impression 3D à l’école : par où commencer?
  4. « Impression 3D 101 » : le fonctionnement et les matériaux
  5. Cinq imprimantes 3D testées pour vos activités pédagogiques
  6. Questions fréquemment posées à propos des imprimantes 3D