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RÉSUMÉ
Eviter la mise en place de couches en fabrication additive (stéréolithographie) ou oublier l’introduction de supports de réalisation d’un objet 3D complexe non déformé, c’est ce que fait l’impression 3D « volumique » par apport précis dans le volume de l’énergie « utile » à la transformation souhaitée. Il s’agit d’exploiter des processus non-linéaires, simultanés ou séquentiels, qui, pour la plupart, font intervenir la lumière. Les avantages précités doivent donc être mis en regard avec le besoin de transparence des milieux réactifs classiques en 3D, empêchant par exemple la réalisation d’objets en métal. Cet article présente l’état de l’art, les tendances actuelles avec des limites, et tout le potentiel de cette technologie en devenir (en particulier en termes de résolution spatiale).
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Jean-Claude ANDRÉ : Directeur de recherche au CNRS
INTRODUCTION
L’impression 3D s’est développée en 1984 sur un principe d’additivité en jouant sur un couplage matière-énergie simple, avec pour première technologie la stéréolithographie, représentant un procédé de photopolymérisation à un photon. Grâce à ce principe, d’autres procédés ont pu émerger, utilisant des matériaux solides, pâteux, pulvérulents, organiques et/ou minéraux. Or, en 1984, les connaissances scientifiques existaient déjà sur des procédés « à seuil » plus complexes qui auraient pu être exploités. Si, dans ce cas, on pouvait éviter de passer par l’étape d’addition de couches, le choix des matériaux utilisables reste plus critique (et la réalisation de pièces métalliques aurait pu être plus tardive ou rester dans les limbes…).
Avec des critères de transparence, il est possible de réaliser des objets 3D sans passer par l’étape de couches superposées parce qu’on exploite des procédés optiques non linéaires ou chimiques à seuils. C’est sur ces fondements que l’impression 3D « volumique » est née (appelée parfois « volumétrique », sans doute parce qu’en anglais on parle de 3D Volumetric), jetant aux oubliettes le terme de « fabrication additive » classiquement utilisé pour faire la différence avec les fabrications soustractives par enlèvement de matière. La 3D volumique dispose d’un spectre d’application plus limité que les autres technologies 3D, mais permet de réaliser des objets avec des temps machine et de conception plus courts et, dans certains cas, avec une meilleure résolution spatiale. Elle devrait donc s’intégrer dans la panoplie des dispositifs 3D présents sur le marché.
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Vers le principe de l’impression 3D volumiqueArticle inclus dans l'offre
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8. Glossaire
Amorceur
L’étape d'amorçage correspond à la réaction d'une molécule A, appelée « amorceur » qui, sous l’effet d’un apport énergétique (lumière, chaleur, etc.) réagit (en tant que A ou plutôt sous forme de fragments comme des radicaux libres) avec un monomère pour amorcer une réaction en chaîne de polymérisation.
Coefficient d’extinction moléculaire
Coefficient d’absorption pour une concentration de substance absorbante unité et une épaisseur unité défini par le taux de lumière transmis (typiquement mole−1.l.cm−1).
Constante de Planck
Constante qui relie l’énergie d’un photon à sa fréquence ; elle vaut 6,626 070 04 x 10−34 m2.kg.s−1.
Critère de Sparrow
Stipule que deux pics sont séparables si la dérivée seconde de l'éclairement s'annule (point d'inflexion), autrement dit si la forme de la somme des deux pics ressemble encore à une selle de cheval.
Déliantage
Élimination, par un traitement thermique ou par l’action d’un solvant, du liant présent dans une pièce préalablement obtenue par mise en forme d’un mélange de poudre minérale et de liant polymère.
Densité de flux
Flux lumineux rapporté à une surface normale à l’axe d’arrivée des photons (W/m2).
Diffraction de Bragg
La loi de Bragg régit la diffraction d’ondes électromagnétiques par un système périodique. La diffraction est le comportement des ondes lorsqu’elles rencontrent un obstacle ou une ouverture.
Donneur-accepteur
Quand une molécule excitée électroniquement (donneur) transfère son énergie sur une autre molécule (accepteur) ; normalement l’énergie du donneur est supérieure à celle qu’aura l’accepteur.
Durée de vie
Temps de relaxation d’un système instable supposé mono-exponentiel.
Électronique neuronale
Électronique qui s’affranchit de la chaîne de réaction « cerveau, nerfs, muscles, interface conventionnelle homme-machine ».
État excité
Lorsqu'un électron d’une orbitale (liante ou non liante) gagne de l'énergie, par absorption d'un photon, il peut en atteindre une autre d’énergie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANDRÉ (J.C.), LE MÉHAUTÉ (A.), DE WITTE (O.) - Dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle. - Brevet français, n° 84 11 241 (1984).
-
(2) - CORBEL (S.), ANDRÉ (J.C.) - Photo-stéréo-lithographie laser. - Polytechnica Ed. (1991).
-
(3) - GÖPPERT-MAYER (M.) - Historic Article – Elementary processes with two quantum transitions. - Annalen für Physik, (Berlin), 18, p. 466-479 (2009).
-
(4) - ADAMSON (A.W.) - Method and apparatus for generating 3 dimensional patterns. - US Patent 3609706 A (1968).
-
(5) - ADELMAN (A.H.), LEWIS (J.D.) - Method and apparatus for generating 3 dimensional patterns. - US Patent 3609707 A (1968).
-
(6) - McGINNISS (V.D.), SCHWERZEL (R.E.) - Photo-polymerizable...
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