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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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Stéréolithographie à deux photons absorbés simultanémentArticle inclus dans l'offre
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2. Procédés d’excitations résolues dans l’espace
Dans ces conditions où l’on contrôle la cinétique chimique, il n’est pas nécessaire de chercher à exploiter des systèmes d’absorption multiphotoniques, d’où dans les années 1980-1990, l’utilisation de lasers continus pour « travailler » la résine en surface. En choisissant un tel principe, le premier procédé s’est donc appuyé sur la mise en place des couches, ce qui a engagé (sans que cela ait été souhaité à l’époque) les autres procédés dans ce principe d’additivité. C’est ainsi qu’ont été développés depuis 1984 les procédés de stéréolithographie, puis les autres procédés. Mais en dehors de ce procédé « simple » rappelé dans Techniques de l’Ingénieur , plusieurs solutions ont été tentées pour éviter de passer par l’étape des couches ; depuis Tommaso , le domaine a beaucoup changé et les procédés récents, avec leurs intérêts, promesses et échecs, sont décrits ci-après.
2.1 Fenêtre optique transparente
La figure 4 présente le principe d’un procédé où une fenêtre transparente aux photons est placée sur l’objet en cours de construction en imposant mécaniquement une épaisseur e entre l’objet et la fenêtre. Si l’on est capable de réaliser la polymérisation, le problème de l’adhésion du polymère sur la fenêtre (ou l’extrémité d’une fibre optique) n’est pas soluble avec des plaques de verre optique imperméables, ce qui conduit à...
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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).
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(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).
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(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).
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(6) - McGINNISS (V.D.), SCHWERZEL (R.E.) - Photo-polymerizable...
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