L’impression 3D par Stéréolithographie, on vous explique tout !

La Stéréolithographie est considérée comme le procédé à l’origine de l’impression 3D, avec le premier équipement breveté en 1984 par Charles Hull et la première machine commerciale développée par 3D Systems en 1988. Que trouve-t-on derrière cette technique?

Le procédé de Stéréolithographie, plus connu sous le nom de SLA (stereolithograph apparatus), utilise le principe de photopolymérisation pour fabriquer des modèles 3D à partir d’une résine sensible aux UV. Celle-ci est solidifiée par le passage d’un laser couche après couche. Elle permet d’obtenir une surface d’impression parmi les plus qualitatives des technologies d’impression existantes.

D’un point de vue historique, la Stéréolithographie est considérée comme le procédé à l’origine de l’impression 3D, toutefois quelques jours avant son créateur américain, un trio de chercheurs français composé de Jean-Claude André, Olivier de Witte, et Alain le Méhauté imaginaient un brevet similaire pour le compte du groupe Alcatel. Un brevet tombé depuis en désuétude…

Les imprimantes 3D SLA sont caractérisées par leur matériau d’impression liquide et par la présence d’un capot de protection anti-UV (en général de couleur orange, vert, rouge ou jaune). Elles offrent un volume de production relativement restreint en comparaison à d’autres technologies d’impression même si certaines machines comme la Mammoth de chez Materialise permet de réaliser des pièces de plus de 2 mètres de long.

La Form 2 de Formlabs, une imprimante 3D reposant sur la technologie SLA

Fonctionnement de l’impression 3D par Stéréolithographie

Comme pour toute technique d’impression 3D, un fichier numérique est nécessaire et peut s’obtenir via un logiciel de CAO  comme SolidWorks, Sculpt ou Maya par exemple. Ce fichier, souvent au format STL, est transmis à la machine, où un second logiciel (appelé slicer) réalise une découpe du modèle en fines couches d’impression d’une épaisseur fixe. Une fois le fichier découpé, les instructions sont alors envoyées à l’imprimante 3D.

Parmi les différents composants d’une machine de Stéréolithographie, on retrouve un bac de résine, une plate-forme mobile (axe Z), un système de raclage (axe X), un laser à rayons UV, une optique de focalisation et un miroir galvanométrique (axes X et Y).

Le faisceau laser balaie la surface de la résine liquide selon le modèle 3D numérique fourni à l’imprimante. Une fois la première couche de matériau solidifiée, la plate-forme descend d’un niveau, correspondant à l’épaisseur d’une couche d’impression, et une nouvelle section est alors solidifiée. Il y a autant de cycles d’impression que de couches nécessaires à l’obtention du volume complet de la pièce.

Sur certains modèles de machines SLA (comme chez Formlabs par exemple), la production de la pièce se fait à l’envers. La plate-forme est immergée dans le bac de résine après chaque couche solidifiée tandis que le laser agit de bas en haut.

La technologie SLA utilise un matériau sous forme de résine liquide

Une fois l’impression finie, une étape de nettoyage de la pièce, à l’aide d’un solvant (en général de l’alcool isopropylique aussi appelé isopropanol), est nécessaire afin d’enlever l’excédent de résine non-solidifiée. À la différence d’autres techniques comme le Frittage Sélectif par Laser (SLS) ou le Dépôt de Matière Fondue (FDM), un post-traitement au four UV est généralement nécessaire pour finaliser le processus de photo-polymérisation et accroître au maximum la résistance du matériau.

Aussi, comme pour la technologie FDM, le SLA recourt à l’utilisation de supports lors de l’impression de formes complexes. À la manière d’un échafaudage, ceux-ci permettent de « supporter » les parties qui s’élancent dans le vide. Une fois l’impression terminée, les supports sont supprimés manuellement.

La technologie de Stéréolithographie offre un rendu de surface légèrement vitreux mais globalement supérieur aux procédés FDM ou SLS (pour une même épaisseur de couche). Il n’est d’ailleurs pas rare que les différentes strates d’impression soient à peine visibles. Toutefois peu de coloris sont disponibles en SLA.

L’impression 3D SLA a donné naissance à de nombreuses technologies

Suite à la tombée des premiers brevets relatifs à la Stéréolithographie, de nombreux acteurs ont travaillé pour améliorer la technologie. On pourra ainsi citer le procédé DLP, qui utilise un vidéo-projecteur à la place du laser afin de couvrir une surface plus large, avec à la clef une vitesse d’impression accrue. Le français Prodways a également mis au point une technique appelée MovingLight qui vient déplacer rapidement ce vidéo-projecteur, permettant d’accélérer davantage la production de pièces. Le britannique Photocentric utilise de son côté un écran LCD comme source de lumière UV.

Plus récemment, c’est le fabricant Carbon3D qui dévoilait son procédé CLIP (pour Continuous Liquid Interface Production) qui vient contrôler très finement la quantité d’oxygène lors de la réaction de photo-polymérisation, avec à la clef, une vitesse d’impression 25 à 100 fois plus rapide. Autre initiative intéressante, ONO levait $2,3 millions de dollars pour un système utilisant la lumière UV générée par votre smartphone pour solidifier la résine.

Un exemple de pièces réalisées sur une imprimante 3D SLA. Notez l’aspect vitreux.

Parmi les principaux fabricants d’imprimantes 3D SLA, on retrouve bien évidemment 3D Systems, à l’origine de la technologie, ainsi que d’autres acteurs industriels comme EnvisionTEC, DWSlab ou Asiga. Avec la tombée des brevets, des fabricants de machines SLA low-cost ont également fait leur apparition comme B9Creator ou Formlabs. Basée à Boston, la startup Formlabs lançait en 2011 une campagne de crowdfunding sur Kickstarter, levant la jolie somme de 3 millions de dollars, lui permettant de produire la Form 1, première imprimante 3D SLA de bureau, commercialisée sous la barre des $5,000.

Le prix des imprimantes 3D par Stéréolithographie varient ainsi de 1000€ pour les versions low-cost jusqu’à plusieurs dizaines de milliers d’euros pour les machines professionnelles équipées d’un large volume de fabrication. Retrouvez à cette occasion notre sélection d’imprimantes 3D résine ICI.

Les applications offertes par la Stéréolithographie

La SLA est plus souvent utilisée pour le prototypage, dans tous les domaines de l’industrie grâce à sa rapidité, mais, selon la qualité de l’imprimante, il est aussi possible d’obtenir des pièces immédiatement fonctionnelles. Le SLA est également utilisé pour la réalisation de moules d’injection ou de fonderie en particulier dans l’univers de la joaillerie et du dentaire.

La fonte à cire perdue est un exemple de procédé de fabrication indirecte ayant recours à la Stéréolithographie. Cette technique millénaire repose désormais sur l’impression 3D d’une réplique fidèle du modèle final (aussi appelé master en joaillerie) dans une cire calcinable. Une fois la forme imprimée, celle-ci est enveloppée dans un matériau réfractaire, créant ainsi le moule. Un métal en fusion est alors coulé dans le moule et vient remplacer la cire. Une fois débarrassé du moule, la pièce en métal est alors disponible.

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