La fabrication additive et soustractive

La fabrication additive (FA) a révolutionné notre façon de concevoir et fabriquer. Nous le remarquons encore plus en ce temps de pandémie de Covid-19 où les imprimantes 3D sont venues en aide afin de concevoir des supports pour visières, des masques et des pièces pour des respirateurs.

Aujourd’hui, grâce aux imprimantes 3D, nous pouvons recréer un cœur avec tous ses vaisseaux sanguins à partir de cellules provenant d’un patient. Cette technologie, à la portée de tous, a un avenir prometteur dans pratiquement tous les domaines. Comment se compare-t-elle donc avec un procédé plus traditionnel : la fabrication soustractive (usinage CNC).

Qu’est-ce que la fabrication additive ?

La fabrication additive (FA), plus connue sous le nom de l’impression 3D, est un procédé de fabrication qui consiste à réaliser une pièce complète à partir d’empilement de couches de matériaux. Il existe différentes méthodes de fabrication additive. Voici les plus populaires :

1. La FDM (Fused Deposition Modeling ou modelage par dépôt de matière en fusion) est la méthode est la plus connue et la plus accessible au grand public. Une tête d’extrusion chauffe des filaments de plastique jusqu’à des températures de 200°C et une buse dépose des couches de filament espacées entre 0,80 à 3 mm sur un plateau. Après chaque couche, le plateau descend (ou la tête d’extrusion remonte) afin d’en déposer une autre. Ces couches se durcissent en température ambiante.
2. La SLA (Stéréolithographie Apparatus) est aussi une méthode de prototypage rapide. Elle s’appuie sur le principe de photopolymérisation. Dans ce cas, le plateau est plongé dans un liquide plastique monomère (de la résine photosensible en d’autres mots). Un rayon ultraviolet orienté par des plateaux déflecteurs va venir solidifier les couches de résine.
3. La PolyJet est le troisième type d’impression 3D. Cette méthode de fabrication additive fonctionne également par le principe de photopolymérisation et contient plusieurs têtes d’impression. Grâce à ces têtes d’impression multiples, nous pouvons imprimer une même pièce en plusieurs matériaux et plusieurs couleurs. De plus, ce type d’impression 3D est utilisé afin d’imprimer des pièces complètes comme des circuits imprimés. Comme la SLA, la matière photosensible est déposée sur un plateau qui se durcit à l’aide d’une lumière ultraviolette.
4. La SLS (Selective Laser Sintering ou Frittage sélectif par laser). Cette méthode de fabrication est la plus utilisée par les industriels et le coût des imprimantes est beaucoup plus élevé. Le principe est simple. De la poudre est placée dans une cuve et un laser assemble par fusion les couches à des endroits précis, c’est ce qu’on appelle le frittage. Avec cette méthode de fabrication, nous pouvons imprimer des pièces métalliques comme des supports ou même des aubes de turbine. Cette méthode est très utilisée dans le domaine aéronautique et automobile.

Il y a plusieurs avantages à utiliser une imprimante 3D. En ce qui concerne la faisabilité, cette méthode de fabrication nous permet d’avoir une liberté de fabrication presque infinie. Les ingénieurs et les concepteurs pourront ainsi produire leurs concepts optimisés sans se soucier des étapes de fabrication. De cette façon, nous utilisons moins de matière et les pièces sont plus légères: c’est ce qu’on appelle de l’écoconception. L’impression 3D pourrait permettre de réduire de près de 7% le poids d’un avion, avec pour conséquence un gain final sur le carburant de près de 6,4%, ce qui engendre moins d’émission de CO₂ dans l’air.

Il existe plusieurs autres avantages comme le temps de fabrication des outils ou bien le coût lié à la fabrication d’une pièce spécifique. Nous l’avons remarqué lors de la conception des supports à visière lors de la pandémie de Covid-19. Chez Techso, nous avons réussi à en produire plusieurs dizaines de supports en seulement quelques jours.

Qu’est-ce que la fabrication soustractive?

La fabrication soustractive (SA) est un terme générique qui regroupe toutes opérations qui permettent à transformer un bloc de matériau solide par retrait progressif de matière, notamment par usinage, afin d’arriver à la forme désirée d’une pièce. Voici quelques procédés de fabrication :

1. L’Usinage avec des machines-outils à commande numérique (CNC) est une famille de techniques de fabrication utilisée dans la majorité des compagnies industrielles aujourd’hui. Le retrait de matière se fait avec une série de procédés d’usinage, notamment le forage, le filetage, le tournage et le fraisage.
2. L’EDM (Électroérosion par enfonçage) et un procédé qui consiste d’enlever de la matière à l’aide de décharges électriques.
3. La découpe Laser, comme son nom l’indique, est un type de traitement par séparation thermique très précis à l’aide d’un laser qui frappe la surface d’un matériau pour le faire fondre.
4. La Découpe par Jet d’eau est un procédé qui permet de découper une grande variété de matériaux à l’aide d’un jet d’eau à haute pression.

Fabrication Additive vs. Fabrication Soustractive

Les procédés soustractifs sont les méthodes de fabrication les plus utilisées. La fabrication additive a ouvert la porte à de nouvelles applications dans plusieurs domaines manufacturiers. Dans le tableau suivant, ces deux méthodes sont comparées à l’aide de quelques critères pertinents aux applications industrielles d’aujourd’hui:

Bien que les procédés additifs et soustractifs présentent des différences apparentes, ils prennent souvent des rôles complémentaires dans le cycle de vie d’un produit en industrie. L’arrivée des procédés additifs a révolutionné le prototypage. Malgré les nombreux avantages qu’apporte la fabrication additive, la fabrication soustractive est toujours considérée comme la méthode traditionnelle et fiable pour les compagnies de production en masse. Notamment avec l’exploration de nouvelles technologies comme la Découpe par Laser et l’EDM, cette technologie ne risque pas de disparaitre.