Matières et méthodes d'impression 3D : propriétés, prix, stocks et délais

[Zorro_X 583]

Notre offre de pièces reproduites par impression 3D s'agrandissant petit à petit, il devient utile de comprendre plus généralement pourquoi les pièces sont imprimées dans certaines matières et pas d'autres, ainsi que le pourquoi de leur prix et les délais de production :

 

Méthodes d'impression

Nous utilisons actuellement deux méthodes d'impression uniquement. Il faut cependant savoir que d'autres méthodes existent et nous pourrions y avoir recours si c'est utile ou nécessaire pour la ou les pièces à imprimer en 3D :

• Impression par frittage laser sélectif (SLS - Selective Laser Sintering) : cette méthode d'impression permet d'imprimer avec beaucoup de matériaux différents, y compris des métaux. Pour le moment nous avons surtout recours au nylon (voir plus bas pour ses propriétés). Pour imprimer en utilisant cette méthode il faut des imprimantes industrielles qui demeurent financièrement inaccessibles au grand public, nous faisons donc appel à des imprimeurs professionnels qui fournissent ce service. Imprimer de la sorte coûte plutôt cher, tant pour le matériel engagé, comme le temps d'impression et bien entendu les matières premières utilisées. En contrepartie le résultat est vraiment très propre, notamment la finition, mais aussi la qualité et robustesse, grâce aussi aux types de matériaux disponibles.

Cette petite vidéo explique très bien le principe et permet de se rendre compte qu'il ne s'agit pas d'imprimantes que l'on peut installer dans son salon ou son bureau facilement :

 

 

• Impression par la méthode MultiJet Fusion de HP : Il s'agit d'une méthode d'impression brevetée par HP, qui permet d'imprimer des objets plus robustes et résistants qu'avec la méthode SLS, notamment plus résistants à l'abrasion, aux UV et aux agressions chimiques (hydrocarbures, etc...). La matière la plus utilisée est également le Nylon PA-12, mais spécifique pour HP, qui ne permet pas la personnalisation des couleurs et les pièces imprimées sont toujours grises. Cette méthode est particulièrement utile pour les pièces exposées aux intempéries (composants de carrosserie ou de maintien extérieurs).
  Les imprimantes de ce type relèvent du même niveau que les imprimantes SLS, elles sont donc chères, grandes et difficiles à installer. De plus la matière première devant être fournie exclusivement par HP, cela rajoute un coût de production non-négligeable.
   
• Impression de résine UV avec LCD : Cette méthode est proche de la méthode d'impression par dépôt de filament fondu (voir ci-dessous) sauf qu'au lieu d'avoir une tête qui dépose la matière de l'objet à construire, c'est un écran LCD à rayons ultraviolets qui fait durcir une résine sensible aux rayons ultraviolets. C'est une méthode également utilisée par le "grand public". Les couches de matière solidifiée par l'écran LCD-UV sont ainsi superposées successivement pour façonner la pièce. Le résultat est assez intéressant, mais avec une finition où les couches d'impression demeurent visibles. La qualité du résultat dépendra cependant énormement de la résolution de l'écran LCD utilisé ainsi que de la qualité de la résine utilisée. L'impression en utilisant cette méthode n'est pas très chère, surtout en ayant une imprimante à disposition. Il faut cependant passer beaucoup de temps à tester des résines pour trouver celle qui convient à l'usage demandé.
  Par ailleurs cette méthode d'impression 3D impose un environnement, des précautions et du travail supplémentaire (par rapport à l'ipression FDM) car elle nécessite l'utilisation de matériaux chimiques dangereux, notamment les résines qui à leur état liquide sont très dangereuses pour la santé : corrosives, cancérigènes, etc... sans compter les solvants qu'il faut parfois utiliser pour nettoyer les pièces.
   
• Impression par dépôt de filament fondu (DFF ou FDM pour Fused Deposition Modeling en anglais, ou FFF pour Fused Filament Fabrication) : cette méthode d'impression est celle du "grand public". En faisant fondre un filament que l'imprimante dépose par couches superposées, la pièce est façonnée pour parvenir à un résultat intéressant, mais avec une finition où les couches d'impression demeurent visibles, sans compter que parfois il faut des "supports" qui peuvent laisser des traces. Le marché du grand public est déjà inondé d'imprimantes permettant de faire cela avec plus ou moins de précision et des matériaux assez divers, demeurant toutefois la plupart du temps dans la catégorie "plastiques", sauf quelques rares exceptions. Imprimer en utilisant cette méthode n'est pas très cher, surtout en ayant une imprimante à disposition. Il faut cependant se satisfaire des matériaux disponibles et de ceux que l'imprimante accepte convenablement.

Cette vidéo explique en détails le fonctionnement d'une imprimante 3D FDM, vous pouvez vous en tenir aux deux premières minutes si vous ne souhaitez pas rentrer dans les détails :

 

 

Matériaux d'impression

Voici la liste des matériaux que nous utilisons pour fabriquer nos pièces, ils sont triés selon la méthode d'impression qui nous permet de les utiliser. Bien entendu il y a beaucoup d'autres matériaux possibles, au besoin ce tuto sera enrichi si nous sommes amenés à les utiliser :

 

Disponibles via SLS 

Les matériaux listés ci-dessous sont triés du moins cher au plus cher pour un même volume d'impression et même finition :

• Nylon (PA12) : Le nylon "simple" permet d'imprimer des pièces légères et déjà très robustes, elles peuvent se déformer sous la température à partir de 80°C (si elles sont sous une contrainte mécanique), mais elles ne commencent à fondre qu'à partir de 170°C, elles offrent également une bonne résistance aux agressions chimiques. Son grand avantage au-delà de ces premières propriétés déjà bien utiles, c'est qu'il peut être décliné en plusieurs finitions bien pratiques : couleur, polissage, teint mat brillant ou satiné, etc... Ce qui en fait la matière la plus pratique pour la plupart des impressions 3D, notamment lorsqu'il s'agit de pièces visibles qui demandent également une finition d'ordre esthétique.
  Nos kits de réparation de casquette SLS sont imprimés en utilisant cette méthode & matière, avec une finition satinée pour être au plus proche de l'original, voici quelques exemples où vous pourrez constater que le rendu est vraiment irréprochable :

 

• Nylon chargé de verre (3200) : Le nylon chargé de verre est un excellent compromis pour fabriquer des pièces robustes et résistantes aux plus hautes températures que le nylon classique, elles peuvent se déformer à partir de 96°C, mais elles ne commencent à fondre qu'à partir de 176°C. Son grand avantage c'est que le verre ajouté lui confère une résistance accrue aux agressions chimiques, également au frottement et bien entendu aux plus hautes températeures. Cette matière est idéale pour les pièces soumises à contraintes mécaniques (clips, axes, leviers, agrafes, ...) modérées et nécessitant une résistance à la chaleur accrue (pièces placées dans le compartiment moteur par exemple).
  Malheureusement cette matière ne peut être teintée autrement qu'en ajoutant une couche de peinture extérieure, les imprimeurs n'offrent pas ce service en général, raison pour laquelle elles seront toujours blanches (couleur du nylon chargé de verre brut).

Nos agrafes de tableau de bord sont imprimées en utilisant cette matière :

 

 

• Alumide : L'alumide utilise également du nylon, mais cette fois il contient de l'aluminium. Cela a pour effet d'augmenter énormément la résistance de la pièce aux hautes températures : la pièce ne peut se plier qu'à sa température de fusion, soit près des 177°C, mais il est recommandé de ne pas dépasser un environnement de 120°C car les propriétés mécaniques et chimiques peuvent être tout de même altérées par une exposition prolongée au-dessus de ce seuil. L'utilisation de cette matière peut être une alternative plus robuste (mais aussi plus chère) au nylon chargé de verre selon l'environnement où est placée la pièce. Cette matière est naturellement grise et poreuse (donc pas étanche) mais elle peut être légèrement teintée en quelques couleurs de base. Elle gardera cependant un "fond gris" et mate assez perceptible qui fera que la teinture ne sera jamais aussi homogène et "nette" que sur une pièce en Nylon PA12.
  Actuellement nous proposons nos kits de réparation des commandes de chauffage & ventilation imprimés en alumide noir. Des photos seront bientôt disponibles. En attendant voici un exemple de pièce que j'ai déjà imprimé en alumide (poignée de fenêtre) :
  

 

Disponibles via LCD UV :

• Résines UV : Nous nous efforçons de trouver le meilleur compromis entre le prix des résines disponibles et leur propriétés, notamment leur robustesse et résistance aux hautes températures. Actuellement nous utilisons une résine qui résiste assez bien à 100°C devenant seulement légèrement malléable et résistant tout de même pas mal à la compression. Elle est cépendant plus rigide et plus friable que les matières plastiques habituelles, en d'autres mots elle peut casser plus facilement si elle se prend des coups ou si vous forcez trop. Nous continuons à effectuer des recherches pour améliorer nos produits, ce qui pourrait expliquer d'éventuelles variations dans le prix de vente et la couleur de nos pièces.
  Voici un exemple de pièces fabriquées avec notre résine actuellement en utilisation/production :
  

 

Disponibles via FDM :

• PET-G : Le PET-G ce n'est rien d'autre que le PET, plastique que nous connaissons tous pour leur utilisation notamment dans l'industrie alimentaire. En effet les bouteilles plastiques transparentes sont presque toutes faites dans cette matière (eau minérale, jus, etc...) et ce sont malheureusement les mêmes qui polluent nos océans... Ceci dit, cela démontre tout de même leur robustesse aussi bien vis à vis du soleil (rayons UV) que face aux agressions chimiques . De plus, sa température de pliage est entre 70°C et 80°C (selon le fabricant de la bobine). Elle est cependant plus dense (donc une même pièce sera plus lourde imprimée en PET-G qu'en Nylon). Pour information, ce PET est agrémenté de Glycol (d'ou le "G") pour lui permettre d'avoir des propriétés adaptées à l'impression 3D FDM, c'est tout.
  Nous utilisions cette matière et procédé pour la fabrication de nos premières pièces vendues dans la boutique du forum. Ce n'est désormails plus le cas car il s'est avéré que malheureusement dans le cockpit d'une voiture, notamment en été par pleine canicule, la température peut dépasser assez facilement celle de pliage du PET-G, raison pour laquelle nous avons arrêté son utilisation, au profit de résines UV, notamment plus résistantes.
   
• PLA : Le PLA (Acide Poly-Lactique) est une matière plastique organique et elle est très utilisée dans l'impression 3D FDM par sa grande variété de couleurs disponibles ainsi que la facilité d'impression. C'est cependant une matière bien trop malléable, qui se plie dès 60°C, par conséquent complètement inadaptée à une utilisation en tant que produit dans une voiture. Si j'en fais la mention, c'est pour deux raisons : 1) parce que la question m'est souvent posée ("pourquoi tu ne la fais pas en PLA ?")  et surtout 2) parce qu'elle peut être utilisée (et elle l'est) pour faire des prototypes de pièces à faible coût. C'est par ailleurs de cette manière que nous concevons et testons nos pièces.
  Vous ne trouverez par conséquent pas de pièces imprimées en PLA dans notre boutique autre qu'éventuellement des objets décoratifs n'étant pas destinés à "survivre" dans le cockpit (et encore moins dans le moteur !) d'une voiture !

 

 

Les prix

Si vous avez regardé les vidéos expliquant les deux méthodes d'impression, vous vous doutez certainement déjà qu'imprimer auprès d'un industriel en SLS c'est plus cher que le faire chez soi avec un petit appareil (imprimante 3D) que nous avons monté nous-mêmes... et vous avez raison !

Lorsque nous faisons imprimer une pièce en SLS, nous faisons appel à une entreprise de professionnels de l'impression 3D qui imprime la pièce pour vous la livrer directement. Cela coûte plutôt cher : installations industrielles, main d’œuvre (analyse, post-traitement & expédition), matières premières, entretien, etc... sans compter qu'ils imposent de plus en plus souvent un montant minimum d'achat. Ce sont des coûts dont nous n'avons pas du tout à nous en occuper pour notre petite imprimante 3D LCD-UV de la maison... et cela se traduit par une différence de prix notable pouvant aller de 5 à 20 fois plus chère selon la taille (volume) de la pièce à imprimer !

Par conséquent oui, les pièces imprimées en SLS sont "super-chères", nous le savons... et c'est pour cette même raison que nous vous proposons, lorsque les propriétés d'utilisation de la pièce le permettent, l'alternative en résine UV pour les rendre tout de même accessibles au plus grand nombre.

 

Une autre spécificité des pièces imprimées en SLS c'est le fait que vous les trouvez plus souvent par lots et pas à l'unité dans notre boutique. Cela s'explique par le fait que l'imprimeur exige un montant de commande minimum par achat unique, en d'autres mots, si vous commandez à l'unité cela va vous coûter aussi cher que si vous en commandez plusieurs. Les lots en vente dans notre boutique sont donc conçus pour contenir ce minimum d'achat afin que le prix soit le plus avantageux possible pour vous. C'est pour cette même raison (ainsi que l'application de prix légèrement dégressifs sur la quantité par l'imprimeur) que l'organisation de commandes groupées peuvent vous aider à pouvoir acheter uniquement ce qui vous intéresse et à un prix beaucoup plus avantageux.

 

Le délai de livraison/impression, stocks

Étant donné leur grand coût de production (voir le paragraphe précédent "Les prix"), nous ne pouvons nous permettre de prévoir un "stock" de pièces d'avance pour les impressions 3D en SLS. C'est pour cette raison que les pièces imprimées suivant cette technologie sont commandées auprès de l'imprimeur seulement une fois que vous les avez réglées. Afin de réduire leur coût au maximum, nous commandons les pièces avec une production de la manière la moins prioritaire possible. Cela a pour conséquence que la fabrication de la pièce est terminée en moyenne entre 20 et 25 jours après la commande.

Par opposition, en ce qui concerne les impressions en résine UV, nous pouvons nous permettre d'imprimer quelques pièces d'avance et maintenir un petit stock raisonnable permettant la plupart du temps d'expédier la pièce assez rapidement lorsqu'elle est commandée. Le niveau du stock est ainsi affiché dans les propriétés des pièces concernées lorsque vous l'affichez dans notre boutique.

 

D'autres options ?

Il semble clair que les pièces imprimées via LCD-UV sont déjà au minimum, c'est leur but : être financièrement accessibles. J'aurais du mal à proposer des prix plus bas que ceux de notre boutique.

Concernant les pièces imprimées via SLS cependant, organiser une commande groupée permettrait, en plus de pouvoir acheter à l'unité, de gagner un petit peu par le fait d'imprimer un nombre plus grand pour une seule commande : l'imprimeur pratique des réductions sur la quantité, sans toutefois dépasser un pourcentage malheureusement relativement bas.

Enfin, les imprimeurs professionnels n'impriment pas uniquement en SLS ni dans l'une des trois matières exposées ci-dessus, ils peuvent imprimer dans toute une gamme d'autres matières comme les résines ou le métal, ainsi que plein d'autres couleurs (selon la matière). Lors d'une commande groupée ou un devis personnalisé vous pouvez opter pour des pièces imprimées différemment selon vos propres besoins ou envies...

 

J'ai le choix, lequel choisir ?

Pour certaines pièces vous avez le choix de la matière dans laquelle elles sont imprimées. Afin de tenter de faciliter votre choix, voici la liste des principaux points positifs & négatifs de chaque méthode d'impression :

 

Pièces imprimées en SLS / Professionnelles

Les ➕ :

➕ La qualité et finition : pièces légères, dans des matériaux extrèmement résistants avec une finition proche des pièces d'origine ;

➕ Les matériaux d'impression disponibles : Vous pouvez opter pour d'autres matériaux (même en métal) ou couleurs (par devis personnalisé) ;

➕ Commandes groupées : Vous pouvez organiser des commandes groupées pour réduire le prix à l'unité et prendre certaines pièces à l'unité alors que normalement elles sont vendues par lots/kits. Via une commande groupée vous pouvez espérer diviser le prix jusqu'à par 3, ce qui n'est pas négligeable ;

 

Les ➖ :

➖ Le prix : imprimée par un imprimeur professionnel avec un équipement d'impression inaccessible au grand public imposant un minimum d'achat ;

➖ Par lots : minimum d'achat imposé par l'imprimeur, difficile d'acheter les petites pièces à l'unité ;

➖ Délai d'impression : L'impression est demandée uniquement lorsque vous commandez et réglez votre pièce, elle peut durer jusqu'à 25 jours.

 

Pièces imprimées avec une résine UV sur une imprimante LCD / Artisanales
Les ➕ :

➕ Le prix : c'est clairement leur seule raison d'être ;

➕ La disponibilité : si la pièce est en stock elle vous sera expédiée immédiatement ;

 

Les ➖ :

➖ La finition : les pièces seront moins robustes que celles imprimées en SLS, plus friables (dures mais faciles à casser, un peu comme du verre), légèrement plus lourdes que les originales, avec une finition d'imprimante 3D grand public, à finir éventuellement par vous-même (ponçage et peinture) ;

➖ Frais de port et taxes : ces pièces étant fabriquées hors UE, les frais de port sont plus chers et il y a souvent la TVA à régler en plus (plus frais de gestion) qui s'ajoutent au prix de la boutique, selon les réglementations douanières du pays de destination ;

 

Comment choisir ?

Toute la question est là, tout dépendra donc de votre budget ainsi que du rendu que vous préférez obtenir, et de votre patience : les pièces et kits en résine UV vous permettront de vous dépanner rapidement à moindre coût, ou d'obtenir un meilleur rendu après un post-traitement de votre part (ponçage, peinture, ...). Le pièces et kits imprimés en SLS seront les versions "grand luxe", prêtes à l'emploi et d'une grande qualité, robustesse et finition.

 

J'espère que ce petit guide vous a au moins aidé à comprendre pourquoi ces prix si différents et comment mieux faire votre choix lorsque c'est possible.

[Zorro_X 583]

Sujet mis à jour : le PET-G n'est plus utilisé dans notre boutique, ce sont désormais les résines UV.