[Impression 3D] Réparer des objets

L'impression 3D (ou la fabrication additive) est une technologie permettant de fabriquer des objets en ajoutant de la matière par couches successives. C'est une méthode de fabrication qui (par rapport aux méthodes de fabrication soustractives traditionnelles) permet de consommer moins de matières premières et de réaliser des géométries complexes.

Lorsque l'on parle de fabrication additive on ne parle en réalité pas d'un moyen de fabrication, mais plutôt d'une méthode qui englobe de nombreux procédés. Le site 3DHubs détaille très bien les différentes technologies et leurs utilisations.

Une technique courante est l'impression 3D FDM (Fused Deposition Modelling) où un filament thermoplastique est chauffé pour être ramolli et est déposé couche par couche sur un plateau pour fabriquer un objet du bas vers le haut. Dans la vidéo ci-dessous on voit comment l'ajout de plastique au fur et à mesure permet de fabriquer un vase.

L'impression 3D est une technologie idéale pour passer rapidement de l'idée à l'objet et permet de développer rapidement des innovations. Le champ d'application de l'impression 3D est vaste et un cas d'utilisation est la fabrication d'objets cassés en plastique. Cela permet de lutter contre l'obsolescence programmée et de recentrer la fabrication de nos objets localement.

Nous allons détailler ici les différentes étapes pour réparer un objet cassé grâce à l'impression 3D FDM. A commencer par identifier si l'objet est réparable ou non.

A - Valider la faisabilité de la fabrication de l'objet en impression 3D

Pour réparer un objet en plastique nous avons besoin de la pièce complète et de connaitre sa fonction et son emplacement final. En effet si la pièce est incomplète, cela peut être compliqué de la reproduire. De même connaitre la fonction et l'emplacement de la pièce peut aider à modéliser cette dernière. L'impression 3D ne permet pas de fabriquer n'importe quelle forme. Comme chaque technologie elle a des limites. Il faudra alors parfois faire des concessions sur la forme pour que la fonction soit correctement remplie.

Le tableau ci-dessous permet d'avoir un ordre d'idée des limites de fabrication en fonction de la technologie de fabrication additive.

A noter tout de même que les valeurs dépendent de différents paramètres qui doivent être testés pour chaque machine et chaque matière.

D'autres limitations sont la taille de l'objet (qui dépend des caractéristiques de la machine) et le comportement mécanique de la pièce. En effet s'il s'agit d'une pièce mécanique il faut prendre en compte la solidité (ou l'élasticité) de la pièce, l'étanchéité, ou encore la résistance aux chocs ... On peut utiliser différents paramètres d'impressions ou différentes matières pour aller au plus près du besoin mais il existe là aussi des limitations.

B - Récupérer un fichier 3D de l'objet

Pour utiliser une imprimante 3D nous avons besoin d'un fichier 3D (.STL ou .OBJ) sur notre ordinateur. Pour avoir le fichier 3D de l'objet trois options s'offrent à nous :

Récupérer un fichier en ligne

C'est la solution la plus simple mais il n'est pas toujours évident de trouver la pièce dont on a besoin. Il existe de nombreux sites où des utilisateurs (ou certains fabricants) partagent leurs fichiers 3D. Le site www.3dnatives.com nous partage 12 sites pour télécharger gratuitement des fichiers. A noter que tous ces fichiers ne sont pas forcement adaptés à l'impression 3D et que ce n'est pas parce qu'ils sont téléchargeables gratuitement qu'ils sont libres de droit.

Scanner en 3D

Il existe un équipement qui permet de scanner en 3D des objets pour en faire un modèle numérique 3D. L'avantage de cette méthode est qu'aucune compétence technique n'est nécessaire pour générer le modèle. Le principal inconvénient est que l'équipement est très couteux pour une résolution acceptable. Le scanner ne permet également pas de modéliser les parties internes et il faut un objet de bonne qualité pour le reproduire.

Modéliser l'objet en 3D

C'est souvent la solution la plus efficace. Avec un peu de connaissance technique il est possible de remodéliser les objets cassés. Les avantages sont que l'on peut avoir une représentation fidèle, et qu'il est simple de modifier l'objet si besoin. En revanche il faut apprendre à utiliser un logiciel de CAO 3D (logiciel 3D), ce qui n'est pas forcement accessible à tous.

C - Transformer l'objet en code machine

Une fois l'objet modélisé, il faut le passer dans le logiciel de la machine (que l'on appelle un slicer) pour le transformer en code que la machine exécutera pour fabriquer l'objet.

Ici le logiciel représente le plateau de la machine et on va placer les objets à imprimer sur ce dernier.

Pendant cette étape, nous devons définir les éléments suivants :

- Choix de l'orientation de la pièce sur le plateau (en fonction des contraintes mécaniques et de l'imprimabilité de la pièce)

- Choix du matériaux (qui dépend de la fonction de la pièce et qui aura une incidence sur les températures, les vitesses et le refroidissement du plastique lors de l'impression)

- Choix du remplissage (une pièce imprimée en 3D n'est pas pleine, on choisit un motif et un pourcentage de remplissage)

- Choix de l'épaisseur de couche (en général, une couche fait entre 0.1mm et 0.3mm d'épaisseur, plus la couche est fine, plus le modèle est précis, plus elle est épaisse plus le modèle est solide)

Le bon paramétrage est ici primordial pour assurer un bon fonctionnement de la machine et de la pièce.

En fonction de la taille de l'objet et de la machine, il est possible d'imprimer plusieurs pièces en même temps.

Une fois tout paramétré, le logiciel va alors découper le plateau en tranches et programmer le déplacement de tous les moteurs pour chaque couche.

D - Imprimer l'objet

Le logiciel nous permet d'obtenir un fichier gcode (code machine). Dans ce code est regroupé l'ensemble des informations nécessaires pour que la machine fonctionne correctement (températures, vitesses, déplacements ...). Il ne nous reste qu'à récupérer ce fichier sur un périphérique externe et à nous diriger vers la machine.

Avant de lancer l'imprimante, il faut vérifier, l'état de propreté générale de la machine, s'assurer que le bon filament soit inséré. Il est alors possible de lancer le fichier depuis le périphérique externe via un écran sur la machine. Cela permet d'éviter d'avoir un ordinateur constamment branché à l'imprimante

Il est recommandé de garder un œil sur la machine en cas de problèmes. Il est impératif de s'assurer que la première couche s'imprime correctement (d'expérience 90% des problèmes d'impression se produisent lors de l'impression de la première couche). Les impressions peuvent être longues (plusieurs dizaines d'heures). Un coup d'œil de temps en temps est suffisant pour éviter les catastrophes.

E - Cas de réparation d'une pièce

Un cas de réparation que nous avons pu faire est la réparation d'une pièce servant à générer un jet d'eau. Restant à l'extérieur, la pièce a subit les effets du temps et s'est cassée.

Dans ce cas, la pièce était incomplète, mais la partie manquante est simple à imaginer.

Pour une pièce de ce type, la solution la plus simple est de la remodéliser.

Le logiciel découpe le fichier et prépare l'impression.

Il est intéressant de noter ici que le logiciel a généré automatiquement des impressions supplémentaires (en vert dans la vidéo) qui s'appellent du support. Dans certains cas les pièces présentent des parties en porte-à-faux. Le support est alors nécessaire afin d'imprimer la pièce. C'est une partie qui se détache après impression.

L'impression a duré 7 heures et 17 minutes et nous avons utilisé du PETG (le même plastique que celui des bouteilles d'eau) pour sa capacité à résister aux UV.

La nouvelle pièce a pu remplacer l'ancienne pour répondre au besoin initial. Le tout a pris 12 heures, du moment où nous avons récupéré la pièce au moment de la réinstaller.

F - Aller plus loin

Voici quelques liens pour aller plus loin sur le sujet :

- TOY RESCUE : la plateforme collaborative lancée par le fabricant français d'imprimantes 3D Dagoma pour que les particuliers partagent des fichiers entre eux afin de réparer des jouets.

- HAPPY 3D : La plateforme de la chaine de magasins Boulanger qui partage à tous des fichiers pour réparer nos équipements électroménagers.

- Un autre exemple est l'entreprise SEB qui utilise l'impression 3D pour leur SAV depuis 2016.