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Exactitude, précision et tolérance dans l'impression 3D

Le fait qu'une imprimante 3D ait "haute résolution" parmi ses spécifications ne signifie pas que toutes les pièces imprimées en 3D seront exactes et précises. Comprendre la signification de l'exactitude, de la précision et de la tolérance est essentiel pour obtenir un bon résultat dans toute impression 3D. Ci-dessous, nous détaillons ce que chacun de ces termes signifie dans le contexte de l'impression 3D.

Exactitude

Nous comprenons exactement à quel point une mesure est proche de sa valeur réelle. Si nous définissons un exemple comme cible, un tir sera d'autant plus exact qu'il sera proche du centre de la cible. En impression 3D, la vraie valeur sera les dimensions projetées dans la conception CAO. Par conséquent, l'exactitude d'une pièce imprimée en 3D sera d'autant plus grande qu'elle ressemble à sa conception numérique.

Précision

La précision mesure la répétabilité d'une mesure. En suivant l'exemple de la cible, les tirs pourraient toujours avoir un impact près du même point (ce qui serait précis), bien que ce point ne soit pas le centre de la cible. Dans le contexte de l'impression 3D, cela se traduit par une fiabilité pour produire les résultats attendus à chaque impression. Dans le domaine de l'ingénierie, lorsque l'on compare différents matériaux d'impression 3D, le terme «précision» est utilisé pour désigner la capacité d'un matériau à imprimer des géométries très complexes.

Exemple de différences entre l'exactitude et la précision

Image 1: Exemple de différences entre l'exactitude et la précision. Source: Formlabs

Tolérance 

La tolérance définit à quel point elle doit être précise dans une impression 3D donnée. La tolérance est définie par l'utilisateur et dépendra de chaque application spécifique. Un composant d'assemblage mécanique, par exemple, nécessitera des tolérances plus strictes que l'impression 3D d'un boîtier en plastique.

Pour revenir à l'exemple de la cible, dans l'exemple de gauche les tirs sont très proches les uns des autres et nous pouvons les définir comme précis, tandis que dans l'exemple de droite ils sont plus éloignés les uns des autres et nous pourrions dire qu'ils ne sont pas précis. Maintenant, si nous définissons comme tolérance une plage de précision acceptable à une distance de 3 anneaux, alors les tirs seraient dans les spécifications.

La tolérance est la plage de précision acceptable

Image 2: La tolérance est la plage de précision acceptable. Source: Formlabs

Exactitude et précision de l'impression 3D

Lors du choix d'une imprimante 3D, il est très important d'identifier les besoins spécifiques. Pour cela, il est essentiel de comprendre les concepts d'exactitude et de précision.

Une imprimante 3D inexacte et précise peut être la meilleure option pour certaines applications. Par exemple, une imprimante FDM 3D à faible coût produira des pièces moins précises, mais pour une utilisation éducative où les élèves apprennent l'impression 3D, il peut ne pas être important que les dimensions de la pièce imprimée correspondent exactement à celles de la conception CAO. Cependant, il sera important d'être sûr que l'imprimante 3D fonctionnera de manière cohérente comme prévu, dans les tolérances dont l'utilisateur a besoin, pour obtenir une expérience réussie.

Au contraire, pour les applications de l'industrie, une imprimante 3D qui garantit l'exactitude et bonne précision avec des tolérances très strictes est sûrement nécessaire.

Il existe quatre principaux facteurs qui déterminent l'exactitude et la précision d'une imprimante 3D:

1. Technologie d'impression 3D

L'impression 3D est un processus additif où les pièces sont construites en couches, et chaque couche présente un risque d'inexactitude. De plus, le processus de formation des couches affecte le niveau de précision (répétabilité) des couches. Dans une impression FDM 3D, les couches sont extrudées par une buse (buse) qui n'a pas la capacité d'obtenir des détails complexes, tandis qu'en impression stéréolithographique 3D (SLA), le matériau de résine liquide est durci avec un laser de haute précision pour former chaque couche, étant capable d'obtenir des détails beaucoup plus fins et plus fiables lorsqu'il s'agit d'obtenir à plusieurs reprises des résultats de haute qualité.

Différence entre une pièce imprimée en FDM et SLA

Image 3: Différence entre une pièce imprimée en FDM (à gauche) et SLA (à droite). Source: Formlabs

Les spécifications de l'imprimante 3D ne représentent pas à elles seules la précision dimensionnelle finale. Une erreur courante est la description de la résolution XY comme précision dimensionnelle. Pour les imprimantes DLP (Digital Light Processing), la résolution XY est la taille de pixel projetée. De nombreux systèmes d'imprimante 3D utilisent cette taille de pixel projetée ou résolution XY comme chiffre de précision globale (par exemple, en prenant une taille de pixel projetée de 75 microns et en déclarant que la précision de la machine est de ± 75 microns). Cependant, ces données n'ont aucune incidence sur le précision d'une pièce imprimée. Il existe de nombreuses sources d'erreur qui peuvent avoir un impact sur la précision, des composants à l'étalonnage, ainsi que les facteurs suivants que nous analyserons (matériaux et post-traitement). En bref, la meilleure façon d'évaluer une imprimante 3D est d'inspecter des pièces réelles par rapport à des pièces théoriques.

2. Matériaux

Les propriétés du matériau utilisé pour l'impression 3D peuvent également affecter la probabilité de déformation d'une impression. Comme nous l'avons indiqué précédemment, tout dépend des besoins de chaque application. Dans l'impression 3D dentaire, l'exactitude par rapport à la conception 3D sera essentielle, il existe donc des produits spécifiques pour ces applications qui garantissent un résultat très précis. Au contraire, pour l'impression 3D d'un prototype non fonctionnel, où l'objectif peut simplement être d'avoir une idée générale du produit physique, l'exactitude sera moins importante.

3. Post-traité

Normalement, les pièces imprimées en 3D avec de la résine nécessitent un processus de durcissement post-impression, dans lequel la pièce peut se contracter. Ceci doit être pris en compte dans la conception, compte tenu de cette contraction pour garantir que la pièce résultante après le processus de durcissement est dimensionnellement précise par rapport à la conception CAO d'origine.

4. Écosystème

La réussite d'une impression 3D nécessite de prêter attention non seulement à l'impression 3D elle-même, mais à l'ensemble du processus dans son ensemble. La conception, le logiciel de plastification, les matériaux, la température, les outils de post-traitement… tout influence le résultat final.

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    Exactitude, précision et tolérance dans l'impression 3D

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    Exactitude

    Nous comprenons exactement à quel point une mesure est proche de sa valeur réelle. Si nous définissons un exemple comme cible, un tir sera d'autant plus exact qu'il sera proche du centre de la cible. En impression 3D, la vraie valeur sera les dimensions projetées dans la conception CAO. Par conséquent, l'exactitude d'une pièce imprimée en 3D sera d'autant plus grande qu'elle ressemble à sa conception numérique.

    Précision

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    Exemple de différences entre l'exactitude et la précision

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    Tolérance 

    La tolérance définit à quel point elle doit être précise dans une impression 3D donnée. La tolérance est définie par l'utilisateur et dépendra de chaque application spécifique. Un composant d'assemblage mécanique, par exemple, nécessitera des tolérances plus strictes que l'impression 3D d'un boîtier en plastique.

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    La tolérance est la plage de précision acceptable

    Image 2: La tolérance est la plage de précision acceptable. Source: Formlabs

    Exactitude et précision de l'impression 3D

    Lors du choix d'une imprimante 3D, il est très important d'identifier les besoins spécifiques. Pour cela, il est essentiel de comprendre les concepts d'exactitude et de précision.

    Une imprimante 3D inexacte et précise peut être la meilleure option pour certaines applications. Par exemple, une imprimante FDM 3D à faible coût produira des pièces moins précises, mais pour une utilisation éducative où les élèves apprennent l'impression 3D, il peut ne pas être important que les dimensions de la pièce imprimée correspondent exactement à celles de la conception CAO. Cependant, il sera important d'être sûr que l'imprimante 3D fonctionnera de manière cohérente comme prévu, dans les tolérances dont l'utilisateur a besoin, pour obtenir une expérience réussie.

    Au contraire, pour les applications de l'industrie, une imprimante 3D qui garantit l'exactitude et bonne précision avec des tolérances très strictes est sûrement nécessaire.

    Il existe quatre principaux facteurs qui déterminent l'exactitude et la précision d'une imprimante 3D:

    1. Technologie d'impression 3D

    L'impression 3D est un processus additif où les pièces sont construites en couches, et chaque couche présente un risque d'inexactitude. De plus, le processus de formation des couches affecte le niveau de précision (répétabilité) des couches. Dans une impression FDM 3D, les couches sont extrudées par une buse (buse) qui n'a pas la capacité d'obtenir des détails complexes, tandis qu'en impression stéréolithographique 3D (SLA), le matériau de résine liquide est durci avec un laser de haute précision pour former chaque couche, étant capable d'obtenir des détails beaucoup plus fins et plus fiables lorsqu'il s'agit d'obtenir à plusieurs reprises des résultats de haute qualité.

    Différence entre une pièce imprimée en FDM et SLA

    Image 3: Différence entre une pièce imprimée en FDM (à gauche) et SLA (à droite). Source: Formlabs

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    2. Matériaux

    Les propriétés du matériau utilisé pour l'impression 3D peuvent également affecter la probabilité de déformation d'une impression. Comme nous l'avons indiqué précédemment, tout dépend des besoins de chaque application. Dans l'impression 3D dentaire, l'exactitude par rapport à la conception 3D sera essentielle, il existe donc des produits spécifiques pour ces applications qui garantissent un résultat très précis. Au contraire, pour l'impression 3D d'un prototype non fonctionnel, où l'objectif peut simplement être d'avoir une idée générale du produit physique, l'exactitude sera moins importante.

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    Normalement, les pièces imprimées en 3D avec de la résine nécessitent un processus de durcissement post-impression, dans lequel la pièce peut se contracter. Ceci doit être pris en compte dans la conception, compte tenu de cette contraction pour garantir que la pièce résultante après le processus de durcissement est dimensionnellement précise par rapport à la conception CAO d'origine.

    4. Écosystème

    La réussite d'une impression 3D nécessite de prêter attention non seulement à l'impression 3D elle-même, mais à l'ensemble du processus dans son ensemble. La conception, le logiciel de plastification, les matériaux, la température, les outils de post-traitement… tout influence le résultat final.

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