Découvrez la stéréolithographie, technologie fondatrice de l’impression 3D

La stéréolithographie, ou SLA, est une technologie fondatrice de l'impression 3D. Brevetée en 1984 par Charles Hull, elle repose sur le principe de photopolymérisation d'une résine liquide sensible aux UV. Utilisée principalement pour le prototypage rapide et la production de moules dans divers secteurs industriels, la stéréolithographie ne cesse d'évoluer pour offrir une précision et une rapidité accrues.

📅 Date clé

La stéréolithographie a été brevetée pour la première fois en 1984 par Charles Hull, marquant ainsi la naissance de l'impression 3D.

Origines et évolution de la stéréolithographie

La stéréolithographie, ou SLA, est l'une des techniques pionnières de l'impression 3D, inventée dans les années 1980 par Charles Hull. Elle a ouvert la voie au développement et à la démocratisation de la fabrication additive. Cette technologie repose sur le principe de photopolymérisation d'une résine liquide sensible aux UV. Un laser vient solidifier la résine couche par couche en suivant les contours d'un modèle 3D numérique, permettant de fabriquer progressivement l'objet.

Fonctionnement de la stéréolithographie

Le processus d'impression par SLA comporte plusieurs étapes clés :

1. Tout d'abord, un modèle CAO 3D de la pièce à imprimer est créé puis découpé en fines tranches numériques par un logiciel.
2. Ces données sont envoyées à l'imprimante 3D. Celle-ci comporte un bac rempli de résine liquide photosensible, surmonté d'une plateforme mobile.
3. Un laser à rayons ultraviolets est dirigé vers la surface de la résine et suit précisément le contour de chaque couche du modèle 3D.
4. Au contact du laser, la résine se solidifie et forme une fine couche de plastique durci.
5. La plateforme descend ensuite d'une épaisseur équivalente à celle d'une couche et le laser vient polymériser la tranche suivante par-dessus, en l'assemblant à la précédente.
6. Le processus se répète ainsi couche par couche jusqu'à obtenir la pièce complète.

Post-traitement

Une fois l'impression terminée, la pièce doit être soigneusement nettoyée dans un bain de solvant, comme de l'alcool isopropylique, pour éliminer l'excès de résine liquide restant à sa surface. Dans la plupart des cas, une post-polymérisation aux UV est également nécessaire pour durcir complètement la pièce et lui faire atteindre ses propriétés mécaniques optimales. Enfin, comme pour d'autres technologies d'impression 3D telles que le FDM, des supports sont générés pendant l'impression SLA pour soutenir certaines parties en porte-à-faux. Ceux-ci doivent être détachés manuellement à la fin du processus.

Caractéristiques et applications de la SLA

La stéréolithographie permet d'obtenir des pièces avec un excellent niveau de détails et une très bonne qualité de surface, d'aspect légèrement vitreuse. Elle offre une précision supérieure au frittage laser (SLS) ou au dépôt de fil fondu (FDM). Les imprimantes SLA sont majoritairement utilisées pour le prototypage rapide, la fabrication de modèles, ainsi que la production de moules pour l'injection ou la fonderie, en particulier dans des domaines comme la joaillerie et le dentaire. Il existe aujourd'hui une grande variété de résines techniques pour la SLA, allant de matériaux standards à des formulations avancées imitant les propriétés mécaniques et thermiques de certains thermoplastiques. D'abord limitée à des équipements industriels imposants et coûteux, la stéréolithographie s'est démocratisée à partir des années 2010 avec l'arrivée d'imprimantes SLA de bureau abordables comme celles de Formlabs, ouvrant cette technologie à de nouveaux usages.

Comment fonctionne la stéréolithographie

La stéréolithographie est l'un des procédés phares de l'impression 3D, permettant de créer des objets avec une grande précision et une excellente qualité de surface. Cette technologie repose sur la photopolymérisation d'une résine liquide sensible aux rayons ultraviolets. Voici comment fonctionne le processus d'impression 3D par stéréolithographie étape par étape :

Préparation du fichier 3D

Comme pour toutes les technologies d'impression 3D, le point de départ est un fichier numérique 3D, généralement au format STL. Ce fichier est "découpé" par le logiciel de l'imprimante en fines couches d'une épaisseur définie (typiquement entre 25 et 100 microns). Le logiciel génère les trajectoires que le laser devra suivre pour chaque couche.

Remplissage du bac de résine

L'imprimante 3D dispose d'un bac rempli de résine liquide photosensible. Cette résine est composée de monomères et d'oligomères qui se lient entre eux lorsqu'ils sont exposés à une certaine longueur d'onde de lumière ultraviolette. Le bac contient la quantité nécessaire de résine pour fabriquer la pièce.

Photopolymérisation couche par couche

Une plateforme d'impression est plongée dans le bac de résine, à une profondeur correspondant à l'épaisseur d'une couche. Un laser UV balaie alors la surface de la résine en suivant les trajectoires définies par le fichier 3D. Aux endroits exposés, la résine liquide se solidifie par photopolymérisation et forme la première couche de l'objet. La plateforme remonte ensuite très légèrement pour se positionner à la hauteur de la couche suivante. Le laser vient alors polymériser sélectivement la résine pour former la deuxième couche qui se lie à la première. Ce processus est répété couche après couche jusqu'à ce que la pièce soit entièrement formée.

Post-traitement de la pièce

Une fois l'impression terminée, la pièce est retirée du bac de résine. Elle est d'abord nettoyée à l'alcool isopropylique pour éliminer l'excédent de résine non polymérisée. La plupart des résines nécessitent une étape de post-polymérisation dans une enceinte à rayons UV afin de durcir complètement le matériau et d'atteindre les meilleures propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle. La dernière étape consiste à retirer manuellement les supports d'impression qui ont permis de maintenir certaines parties en porte-à-faux pendant la fabrication. La pièce est alors prête et peut éventuellement subir des finitions complémentaires comme du polissage. La stéréolithographie permet d'obtenir des pièces d'une grande précision, avec une excellente qualité de surface et des détails fins. Le procédé est cependant plus lent que d'autres technologies comme le dépôt de fil fondu. La gamme de matériaux est aussi plus restreinte et se limite essentiellement aux résines liquides photopolymères.

Applications diversifiées de la stéréolithographie

La stéréolithographie s'est imposée comme une technologie d'impression 3D essentielle dans un large éventail de secteurs industriels. Si le prototypage rapide reste son application phare, permettant de valider des designs et de tester des concepts en un temps record, la SLA révèle tout son potentiel dans des domaines plus spécialisés.

Un atout précieux pour l'industrie joaillière

La haute précision de la stéréolithographie en fait un procédé de choix pour réaliser les moules utilisés en fonderie joaillière. Des résines spéciales "castables" permettent d'imprimer des modèles qui seront ensuite coulés en cire, puis transformés en pièces métalliques par le procédé de fonte à cire perdue. Cette technique ouvre la voie à une joaillerie plus créative et personnalisée, s'affranchissant des limites des méthodes traditionnelles.

Des applications médicales prometteuses

Dans le domaine médical et dentaire, la SLA permet de fabriquer sur-mesure des prothèses, des implants ou des guides chirurgicaux avec une précision inégalée. Des résines biocompatibles sont utilisées pour produire des pièces qui seront en contact direct avec le corps humain. La combinaison de l'imagerie médicale et de l'impression 3D personnalise les traitements et améliore le confort des patients.

Exemples d'applications médicales de la SLA :

• Gouttières dentaires et prothèses sur-mesure
• Pièces anatomiques pour planifier des opérations complexes
• Implants et prothèses parfaitement adaptés à la morphologie du patient
• Modèles pour former les chirurgiens aux nouvelles techniques

L'avènement de nouvelles technologies dérivées

La résolution et la vitesse limitées de la SLA classique au laser ont poussé les fabricants à innover. Parmi les évolutions marquantes :

• Le DLP (Digital Light Processing) remplace le laser par un projecteur, réduisant drastiquement les temps d'impression en polymérisant des couches entières
• Le CLIP (Continuous Liquid Interface Production) de Carbon3D contrôle l'apport d'oxygène dans la résine pour imprimer 25 à 100 fois plus vite qu'en SLA
• La micro-stéréolithographie (PµSLA) atteint des résolutions de l'ordre du micron pour fabriquer des pièces microscopiques

Ces progrès technologiques ne cessent de repousser les limites de la SLA et d'ouvrir de nouveaux champs applicatifs, du médical aux micro-systèmes électromécaniques (MEMS) en passant par l'électronique imprimée. Procédé pionnier de l'impression 3D, la stéréolithographie n'a pas fini de nous surprendre. Portée par des innovations constantes et une demande croissante pour des pièces complexes et performantes, elle s'affirme comme un maillon essentiel de l'industrie 4.0.

Un avenir prometteur

La stéréolithographie a ouvert la voie à l'impression 3D et continue de se développer. Les avancées technologiques comme le DLP et le CLIP permettent d'améliorer la vitesse et la précision d'impression. À l'avenir, on peut s'attendre à une utilisation croissante de la SLA dans des domaines tels que la médecine personnalisée, l'aérospatiale et l'automobile, où la création de pièces complexes et de haute qualité est essentielle.