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La Productique et sa Culture : Plaquette 3D Systems France (1990)



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LA STÉRÉOLITHOGRAPHIE


Avec la CAO, les industries performantes ont déjà considérablement réduit la durée de conception de leurs pièces de mécanique. Néanmoins, la phase ultérieure de réalisation des maquettes et prototypes, permettant de mettre au point les procédés de fabrication en série, peut prendre encore plusieurs semaines et même plusieurs mois, selon la complexité des pièces. En outre, la rupture des méthodes de travail entre la conception des pièces par CAO et la réalisation des modèles en atelier par usinage se traduit souvent par des erreurs de transmission de données.

La Stéréolithographie est un procédé nouveau qui permet d'obtenir directement un modèle de pièce mécanique, même très complexe, à partir de données de CAO-CFAO-IAO ceci, en quelques heures sans aucun usinage, mais, surtout, sans rupture de la chaîne digitale de l'information.

II s'agit, en fait, d'un procédé d'impression en trois dimensions, où l'objet est réalisé par tranches successives, dont l'épaisseur unitaire dépend de la précision requise.

L'objet final est construit dans un matériau plastique et peut être immédiatement utilisé pour des essais d'assemblage, de contrainte mécanique, voire d'aérodynamique en soufflerie ou, tout simplement, pour une présentation d'ensemble (modèle réduit). Le modèle de plastique dur peut même être utilisé directement pour évaluer et réaliser les moules de fonderie de tête de série et même les moules prototypes d'injection plastique.

Le procédé repose sur le durcissement localisé d'un liquide organique (monomère) par photopolymérisation à l'aide d'un laser ultraviolet. Le schéma de fonctionnement de l'appareil est indiqué sur la figure 1 ci-après.

A partir des données de CAO, un premier processeur transforme les coordonnées globales de l'objet en données correspondant aux tranches successives qui vont être durcies localement par le laser. Les données sont ensuite utilisées par un second processeur, dont le rôle est de coordonner le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil et, en particulier, de son réacteur photochimique.

Le réacteur de photopolymérisation est construit sur une cuve de monomère liquide, dont le niveau est maintenu constant. L'objet à réaliser est construit par tranches successives à partir de celle du bas, qui repose sur un plateau immergé mobile verticalement. Le faisceau laser est défléchi horizontalement en X et Y sur la surface du monomère à l'aide de miroirs de balayage mobile commandés par le second processeur.  Ce faisceau irradie en ultraviolet la zone calculée par le premier processeur pour la durcir localement par photopolymérisation.

Lorsque le balayage laser a été effectué sur la première tranche, le plateau support s'enfonce verticalement, recouvrant ainsi la tranche avec sa zone durcie d'une épaisseur de monomère liquide, dont la valeur dépend de la précision verticale que l'on souhaite avoir pour l'objet. On peut alors commencer le nouveau balayage laser horizontal correspondant à la tranche suivante.

La dimension des pièces que l'on peut réaliser dépend du type de machine  considérée. Les performances des  trois machines actuellement commercialisées sont indiquées sur la figure 2.

Le système est d'ores et déjà prévu pour être interfacé par réseau Ethernet aux principaux systèmes de CAO-CFAO actuellement développés dans le monde. Le principal intérêt de la Stéréolithographie repose sur la rapidité de réalisation des maquettes et prototypes. La figure 3 donne une idée des gains de temps considérables ainsi réalisés dans différents domaines de l'industrie. On voit donc l'intérêt de ces modèles fabriqués de façon très rapide comme outil de communication dans l'entreprise mais aussi à l'extérieur de l'entreprise pour des présentations aux clients ou des consultations de sous-traitants. Ces exemples d'application sont indiqués sur la figure 4.

Mais au delà de l'aspect communication, la StéréoLithographie ouvre la voie aux procédés de PROTOTYPAGE RAPIDE sans rupture de la chaîne digitale de l'information.  La maquette de Stéréolithographie peut être utilisée directement comme modèle de fonderie ou pour réaliser une pièce unique très complexe en métal par le procédé de plastique perdu analogue à la cire perdue. On a également accès aux petites séries soit par duplication simultanée des pièces dans la machine, soit par recopie en résine, ayant les propriétés voulues, par coulage dans les moules silicones. Enfin, il est également possible de réaliser très rapidement des moules prototype d'injection plastique par des procédés de type TAFA (projection de métal en fusion) ou de type TARTAN (frittage de poudres métalliques).

Enfin, les résines actuellement utilisées dans le procédé de Stéréolithographie sont appelées à se diversifier dans le cadre du laboratoire de développement de CIBA GEIGY en Suisse. En particulier, sont à l'étude des résines très souples de type caoutchouc, des résines identiques à la cire perdue, des résines à retrait nul (pièces très précises), des résines à forte résistance à l'impact, des résines à haute température d'essai.

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