Sur le marché actuel de l’impression 3D de bureau, les deux technologies les plus répandues sont la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) et l’impression résine (SLA). Pour les différencier, on a souvent tendance à généraliser (pas toujours à tort) : les imprimantes FDM sont moins chères, les imprimantes résine produisent des résultats plus détaillés… Mais la distinction ne s’arrête pas là ! Pour choisir, vous allez devoir rentrer dans les détails.
Dans cet article, nous étudions de plus près tout ce qui différencie FDM et SLA : technologies, matériaux, avantages et inconvénients, fourchette de prix, etc.
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Impression FDM
L’impression 3D FDM est une technologie de fabrication additive qui relève d’une catégorie plus large, l’extrusion de matériaux. Comme son nom l’indique, toute machine relevant de cette catégorie extrude de la matière en suivant des tracés spécifiques afin de produire une forme finale. La FDM repose sur l’utilisation du plastique fondu (parfois combiné à d’autres matériaux) comme support d’extrusion.
La FDM fonctionne de manière très similaire à un pistolet à colle chaude : un filament solide est poussé à travers une buse chaude qui le fait fondre, ce qui permet au « liquide » obtenu de s’écouler et se déposer en couches plates. Dans le cas d’une imprimante 3D, ces mouvements pour créer le tracé de la couche sont dirigés avec précision le long des axes X et Y d’un système de coordonnées cartésiennes. La première couche est déposée sur la surface d’impression, avant rapidement de refroidir et se solidifier. Une autre couche est ensuite ajoutée par-dessus la précédente : le processus se répète, construisant lentement un objet en trois dimensions, couche par couche.
Contrairement aux imprimantes résine, qui peuvent reposer sur différents processus d’impression, le processus d’extrusion et de dépôt du plastique fondu sera toujours assez similaire pour les imprimantes FDM. Et c’est pourquoi, techniquement, elles appartiennent toutes à la même technologie. Par contre, évidemment, il existe différents types d’imprimantes FDM, la plus répandue étant l’imprimante « rectiligne » (que l’on trouve aussi sous le nom de « cartésienne », même si cette description peut prêter à confusion).
Toujours dans la catégorie FDM, les machines qui se démarquent vraiment du lot sont les imprimantes multimatériaux, qui peuvent imprimer en plusieurs couleurs et matériaux dans une seule et même impression. Notez que certaines imprimantes FDM à extrusion unique peuvent être modifiées afin d’offrir cette capacité multimatériaux, par exemple en ajoutant le kit MMU 2S de Prusa ou bien le module Mosaic Palette 2S Pro.
Impression résine
L’impression résine est un terme générique recouvrant les technologies de fabrication additive appartenant à la catégorie plus large de polymérisation en cuve (il ne s’agit donc ici plus du tout d’extrusion).
La plupart des imprimantes résine sont dotées d’un récipient dont le fond est transparent et flexible, que l’on appelle le plus souvent cuve, ou réservoir. Cette cuve est remplie d’une résine photosensible qui durcit, ou se solidifie, au contact des rayons UV. Depuis la partie supérieure de l’imprimante, la plaque d’impression est ensuite immergée dans la cuve. Située sous le fond transparent de cette cuve, une source de lumière envoie ses rayons afin de polymériser la résine selon un modèle spécifique, ce qui permet de lier la première couche durcie à la plaque.
La plaque d’impression remonte ensuite légèrement pour créer un espace pour la couche suivante et permettre à la nouvelle résine de s’écouler entre la couche précédente et le fond de la cuve. Cette nouvelle couche est ensuite durcie par la source lumineuse, et le processus se répète jusqu’à la création de l’objet 3D fini.
Il existe différents types d’imprimantes résine, car elles n’ont pas toutes la même méthode pour générer la lumière et l’appliquer à la résine. Il s’agit chaque fois de technologies très différentes, c’est pourquoi on distingue plusieurs catégories à part entière d’imprimantes résine.
Impression LCD
La forme la plus accessible d’impression résine est l’impression LCD (également connue sous le nom d’impression MSLA). Les imprimantes LCD utilisent une puissante source de lumière UV qui peut illuminer une couche entière en une seule fois. Pour créer la forme de la couche, la lumière ne passe pas partout : elle est « bloquée » par un écran à cristaux liquides (un LCD) apposé au-dessus de la source lumineuse. L’écran LCD affiche une image négative de la couche pour ne laisser passer la lumière que là où la résine doit être durcie, un peu comme un pochoir.
Selon certains, cette technologie peut réduire la qualité d’impression, car la résolution de l’écran LCD détermine la résolution obtenue sur l’impression. Par contre, en contrepartie, c’est la méthode d’impression résine la plus rapide. Les imprimantes LCD sont aussi de loin les moins chères dans la catégorie résine, et sont donc plus adaptées aux débutants et aux amateurs.
Impression SLA
La toute première méthode d’impression résine (et, d’ailleurs, la toute première méthode d’impression 3D tout court) est la SLA, version abrégée de stéréolithographie.
Cette technologie fonctionne de manière très similaire aux imprimantes LCD, mais avec une source de lumière laser. Ce laser est dirigé vers la cuve par un miroir motorisé qui peut modifier son angle de réflexion. Le laser trace sur la résine la forme de la couche en cours, un peu comme la buse d’une imprimante 3D FDM ordinaire trace une nouvelle couche point par point.
Cette technologie est souvent plus chère que le système LCD en raison de sa complexité et du nombre de pièces mobiles, mais elle offre généralement une résolution élevée.
Impression DLP
La dernière technologie courante d’impression résine est l’impression DLP, qui fait appel à un projecteur à traitement numérique de la lumière (DLP). Cette technologie est assez similaire à l’impression LCD, dans la mesure où une couche entière est exposée en même temps. La différence entre les deux réside dans la manière dont la lumière frappe la résine pour obtenir une forme spécifique. Ici, le projecteur projette une image sur un réseau de miroirs, qui à leur tour dirigent l’image réfléchie sur le fond de la cuve, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un écran supplémentaire pour bloquer la lumière inutile.
Cette méthode d’impression reste la moins courante des trois mentionnées ici, car sa qualité d’impression est affectée par la résolution de l’image projetée, laissant souvent de petits pixels sur l’impression finale. Mais d’un point de vue historique, on peut dire que l’impression DLP a ouvert la voie de l’impression SLA et LCD.
Matériaux
De par la nature de leur fonctionnement, l’impression FDM et l’impression résine n’utilisent pas du tout les mêmes matériaux. Et, au sein même de ces deux groupes, les différences sont nombreuses.
FDM
Pour l’impression FDM, la principale exigence est d’utiliser des matériaux à base de thermoplastique. Ceux-ci se présentent sous la forme d’un long fil de plastique, d’un diamètre de 1,75 ou 2,85 mm, enroulé sur une bobine.
Le plus populaire est l’acide polylactique, ou PLA : c’est le filament le plus utilisé en raison de sa facilité d’utilisation et de sa grande qualité. Il s’agit aussi d’un matériau quasi inodore et l’un des moins nocifs pour l’environnement. Le PLA permet d’imprimer toutes sortes de choses, par exemple des objets appelés à être en contact avec des aliments (à condition d’utiliser des marques certifiées).
Un autre matériau très populaire est le polyéthylène téréphtalate modifié au glycol, ou PETG. Comme le PLA, ce matériau est très facile à utiliser, mais il possède de bien meilleures propriétés mécaniques, notamment une plus grande résistance et une meilleure flexibilité. Principale différence entre les deux : le PETG s’imprime à environ 245 °C, alors que le PLA s’imprime autour des 200 °C. Le PETG se prête à de nombreuses applications, notamment pour les modèles exposés aux aléas de la météo ou qui nécessitent une plus grande résistance ou durabilité.
Pour certains matériaux FDM plus avancés, tels que l’ABS ou le nylon chargé de fils de carbone, l’imprimante aura besoin d’être configurée spécialement, et il conviendra d’appliquer certaines mesures de sécurité. Ces matériaux nécessitent souvent des températures de buse plus élevées que le PLA. L’imprimante doit aussi posséder un plateau d’impression chauffant, pour éviter que le matériau ne se rétracte pendant le refroidissement.
Pour obtenir de meilleurs résultats avec ces matériaux plus avancés, il est aussi préférable que la zone d’impression soit fermée. Cela permet de maintenir l’homogénéité de l’air à l’intérieur, mais aussi d’éviter que des émanations nocives ne s’échappent. Celles-ci peuvent avoir de nombreux effets indésirables, à commencer par le fait qu’elles sentent très mauvais. Plus grave, elles peuvent être dangereuses pour le système respiratoire. De nombreuses machines haut de gamme s’entourent donc d’une enceinte fermée et sont équipées de systèmes intégrés qui filtrent l’air interne et éliminent les particules.
L’offre de filament est extrêmement riche : bois, soie, marbre, filament transparent, phosphorescent, qui change de couleur, ou encore multicolore, le PLA se décline sous toutes les formes. Côté composition, on n’est pas en reste : fibre de carbone, métal, polycarbonate, nylon, et même filaments recyclés… L’impression FDM peut prendre de nombreuses formes et servir différentes fonctions.
Il est aussi important de noter que les filaments doivent être stockés correctement. Parfois, il faut même les sécher avant de les utiliser, car la plupart sont hygroscopiques (ils absorbent l’humidité).
Résine
Avec les imprimantes résine, le choix de matériaux est un peu plus limité mais reste très polyvalent, allant des plastiques ordinaires aux plastiques calcinables, flexibles et lavables à l’eau. Toutes les résines sont stockées dans une bouteille ou un pochon résistant aux UV afin d’empêcher la lumière d’atteindre le liquide. Sans cela, la résine durcirait avant même d’avoir été utilisée.
Chaque type de résine demande des paramètres d’impression différents, notamment pour le temps d’exposition, qui peut également être affecté par la couleur du matériau.
Même si certaines marques offrent une grande variété de couleurs, notez que pour obtenir une impression multicolore, vous devrez imprimer les pièces séparément (en ajoutant peut-être d’abord une goupille de repérage). Sinon, vous pouvez aussi teindre la résine pour obtenir différents résultats.
La technologie utilisée peut aussi affecter la résine choisie. En effet, les résines durcissent différemment en fonction de la longueur d’onde de la lumière, et il convient donc de vérifier leur compatibilité avec la configuration de votre imprimante. Ainsi, les lasers SLA émettent généralement des ondes d’environ 395 nm, tandis que les imprimantes LCD et DLP ont une longueur d’onde d’environ 405 nm.
Résolution et qualité
L’impression FDM et l’impression résine se distinguent souvent par la qualité et la résolution de leurs résultats. Ces facteurs vont de l’aspect général à la qualité des petits détails, mais aussi à des facteurs mécaniques, comme la résistance.
FDM
L’une des différences les plus évidentes entre l’impression FDM et l’impression résine est la résolution. Les imprimantes FDM créent des modèles en superposant des couches de plastique fondu, les résultats ont donc tendance à être moins précis et exacts, car le matériau est généralement déposé en lignes de 0,4 mm de large. Les couches en elles-mêmes sont également grandes par rapport à l’impression résine, allant de 0,1 à 0,35 mm. Cette hauteur de couche crée des lignes visibles sur toutes les surfaces et empêche souvent d’utiliser les pièces imprimées directement.
Il faut en effet généralement d’abord passer par l’étape du post-traitement pour poncer ces lignes ou les lisser à l’aide de solvants. Ces méthodes permettent d’obtenir un aspect totalement lisse sur les impressions FDM, mais elles exigent aussi du temps et des compétences pour être bien réalisées. Elles risquent aussi d’estomper les détails les plus fins en surface.
Les impressions FDM ont l’avantage d’être résistantes. De ce côté-là, elles s’en sortent souvent mieux que les impressions résine, mais cela dépend aussi du matériau et des paramètres d’impression utilisés. Par exemple, un taux de remplissage élevé, un motif de remplissage adapté et une épaisseur de paroi supérieure permettront d’obtenir une pièce plus solide. Revers de la médaille, l’impression prendra aussi plus de temps.
Résine
Les imprimantes 3D résine, elles, ont l’avantage de produire des résultats bien plus détaillés. On les préfère d’ailleurs pour créer des figurines ou des modèles très complexes, qui méritent un peu plus d’effort.
De par la nature même de ces technologies, la hauteur de couche est incroyablement faible, entre 10 microns (0,01 mm) et 100 microns (0,1 mm). D’ordinaire, elle tourne autour de 50 microns (0,05 mm), soit environ un quart de celle de l’impression FDM. La résolution XY se situe également dans cette fourchette.
Cela permet d’imprimer des détails incroyables et des objets de haute qualité, les impressions finies ne présentant souvent aucune trace des couches elles-mêmes : on obtient l’équivalent d’une pièce de plastique solide et lisse. Comme pour la FDM, il est possible de poncer la pièce finale pour obtenir un aspect encore plus lisse, mais cette étape est inutile dans la plupart des cas, car les couches sont déjà remarquablement fines.
En ce qui concerne la résistance, les résines dures produisent des pièces imprimées qui sont généralement plus solides que les pièces FDM. Toutefois, la comparaison n’est pas tellement pertinente, car le résultat dépend des matériaux FDM utilisés.
Vitesse
Autre grande différence entre l’impression FDM et l’impression résine : la vitesse d’impression. Celle-ci dépend de nombreux facteurs, notamment de la technologie utilisée et des paramètres d’impression.
FDM
Le temps nécessaire à une imprimante FDM pour terminer une impression dépend principalement de la taille de l’objet à imprimer, ainsi que de la hauteur de couche, du remplissage et de la vitesse sélectionnés. En d’autres termes, plus l’objet est grand et plus la hauteur de couche est faible, plus l’impression sera longue, et vice versa.
La densité du remplissage affecte également la durée d’impression : plus elle est élevée, plus l’imprimante doit déposer de filament et plus l’impression est longue.
Résine
Pour l’impression résine, le calcul du temps d’impression est un peu plus simple. Pour l’impression LCD et DLP, il faut entre 2 et 10 secondes pour durcir une couche, peu importe la quantité de résine qu’elle représente. Le processus est donc plus rapide que pour la SLA, car le laser doit aller de point en point, il ne peut pas sécher toute une couche en même temps.
Mais d’autres variables viennent aussi affecter le temps d’impression : la hauteur de l’axe Z, la hauteur de couche et le temps nécessaire à l’imprimante pour faire monter et descendre la plaque d’impression pour la couche suivante. Néanmoins, en supposant que l’on utilise une imprimante LCD, on peut dire que l’impression résine est nettement plus rapide que l’impression FDM dans la plupart des cas.
Facilité d’utilisation
La facilité d’utilisation est un critère important pour les débutants comme pour les utilisateurs avancés, car plus on passe du temps à régler l’imprimante, moins on passe de temps à imprimer (ou à faire toute autre chose, d’ailleurs). Les différentes technologies FDM et résine ont chacune leurs avantages et inconvénients à cet égard.
FDM
Les imprimantes FDM sont généralement faciles à utiliser et sont donc adaptées aux débutants :
après avoir chargé le filament, il suffit de lancer l’impression. Une fois l’impression terminée, elle devrait être facile à retirer et peut, dans la plupart des cas, être immédiatement utilisée pour l’application prévue. Certaines impressions, comme les récipients impreméables, peuvent nécessiter des réglages très précis ou une certaine forme de revêtement pour être totalement prêtes à l’emploi. Et, comme nous le disions plus haut, il est parfois nécessaire de passer par une étape de post-traitement afin d’obtenir l’aspect souhaité.
Naturellement, les imprimantes FDM rencontrent parfois quelques problèmes, notamment le stringing, le warping et la patte d’éléphant. Pour éviter ces défauts, elles nécessitent généralement plus de maintenance et de calibrage.
Résine
En comparaison avec l’impression FDM, l’impression résine demande un peu plus d’efforts pour obtenir des résultats satisfaisants en toute sécurité. Tout d’abord, rappelons que la résine est toxique, ce qui signifie qu’il est dangereux de la toucher et d’en inhaler les émanations. En raison de ce risque, il est nécessaire de porter des gants et un masque pour manipuler la résine et les impressions (avant qu’elles ne soient complètement durcies).
L’une des caractéristiques communes à toutes les imprimantes résine est d’ailleurs leur capot, qui recouvre la zone d’impression et la cuve de résine. Ces couvercles sont souvent en plastique transparent de couleur orange ou rouge. Leur mission : faire rempart aux rayons UV extérieurs afin qu’ils n’atteignent pas la résine liquide dans cuve, mais aussi protéger les yeux des personnes qui se trouvent autour contre les UV générés par l’imprimante elle-même. Tout aussi important, le capot empêche les émanations toxiques (et souvent nauséabondes) de s’échapper de la machine.
Une fois la résine versée dans la cuve de l’imprimante, le processus d’impression est relativement simple. Par contre, quand l’on retire le modèle fini de la plaque d’impression, la résine n’est pas encore tout à fait polymérisée (c’est-à-dire durcie). Il convient d’abord de la rincer dans un solvant, en général de l’isopropanol. Ensuite, votre objet doit terminer sa polymérisation sous les rayons d’une source lumineuse UV, par exemple sous une lampe ou tout simplement le soleil. Ce n’est qu’une fois ces différentes étapes achevées que l’objet perdra sa toxicité et pourra être manipulé sans protection.
L’impression résine comprend donc quelques étapes supplémentaires par rapport à la FDM, ce qui en fait une technologie un peu plus compliquée à prendre en main et moins adaptée aux débutants. Vous aurez en plus besoin d’une zone de travail plus vaste pour accueillir les produits et équipements nécessaires au rinçage et à la polymérisation.
Il arrive que les imprimantes résine rencontrent quelques problèmes qui font rater les impressions, mais ceux-ci sont généralement plus faciles à résoudre qu’avec les imprimantes FDM. Le plus souvent, ce sont les couches durcies qui adhèrent mal à la plaque d’impression.
Enfin, soulignons qu’il est indispensable d’éliminer correctement la résine.
Prix sur le marché
Pour vous décider entre imprimante FDM et imprimante résine, un autre facteur important peut être le prix. On peut trouver des machines abordables dans l’une comme dans l’autre de ces deux catégories, aux alentours de 200$. Mais à partir du moment où vous rechercher plus grand ou plus qualitatif, vous constaterez que le prix des imprimantes 3D résine grimpe plus vite que celui des FDM.
Côté imprimante FDM, on trouve d’excellentes options à moins de 200, 300 et 500 €. Si vous visez un volume d’impression plus généreux, le prix sera d’autant plus élevé. S’il existe de très bonnes imprimantes résine, les plus grandes sont au moins de fois plus chères que les imprimantes FDM grand format. Par exemple, la grande imprimante 3D résine Sonic Mega 8K de Phrozen coûte environ 2 250 € pour un volume d’impression de 300 x 185 x 400 mm. En comparaison, une imprimante FDM telle que la Kobra Max d’Anycubic, avec son volume de 400 x 400 x 450 mm, vous coûtera environ 550 €.
Au-delà des machines en elles-mêmes, l’entretien et la maintenance reviennent souvent plus chers pour les imprimantes résine. Il faut par exemple remplacer l’écran des imprimantes LCD après 2 000 heures d’utilisation environ (le prix varie selon la taille de l’écran). Les imprimantes DLP sont un peu moins répandues sur le marché amateur, mais leur écran a le mérite de tenir environ 20 000 heures. Le coût de maintenance des imprimantes FDM est quant à lui souvent insignifiant, car il est facile de trouver des pièces de remplacement pas trop chères.
Verdict ?
Nous arrivons à la question cruciale : FDM ou résine, quelle imprimante choisir ?
Pour faire simple, si vous cherchez une machine que vous pouvez personnaliser pour imprimer un peu de tout, visez les imprimantes FDM. Ces machines peuvent imprimer une grande variété d’objets dans une qualité raisonnable, qu’il s’agisse de grands supports structurels suffisamment solides pour résister à de lourdes charges ou de petits modèles et accessoires sans trop de détails.
Mais si vous devez imprimer des miniatures aux détails très fins, si vous misez sur la transparence, la solidité ou la flexibilité de vos pièces, ou si vous souhaitez imprimer des bijoux, nous vous conseillons plutôt l’impression résine. La prise en main peut être plus compliquée au départ, et l’investissement initial est aussi plus élevé, mais c’est une technologie qui reste tout à fait gérable pour les amateurs.
Si vous devez choisir entre FDM et résine, posez-vous surtout cette question : quels objets allez-vous imprimer, et pour quelle utilisation ?
Licence : Le texte de l'article "Imprimante 3D résine ou filament (FDM vs SLA) : que choisir ?" écrit par All3DP est publié sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).