Tout savoir sur l’impression 3D multi-axes

Comme dans la plupart des domaines technologiques, l’innovation dans l’impression 3D ne s’arrête jamais. Nous recevons constamment de l’actualité concernant de nouveaux matériaux, de processus optimisés ou d’applications qui semblaient autrefois relever de la science-fiction. Dans ce contexte, l’impression 3D multi-axes, une technique basée sur le dépôt de matière, est devenue une tendance qui repousse les frontières du possible. Mais comment fonctionne-elle ? Quels sont ses avantages et les solutions existantes ?

Qu’est-ce que l’impression 3D multi-axes exactement ? En termes simples, il s’agit d’un système de mouvement qui dote l’imprimante de plus d’« articulations » que les machines standards. Alors qu’une imprimante conventionnelle, qu’elle soit cartésienne, CoreXY ou Delta, se déplace dans trois directions (avant-arrière, gauche-droite et haut-bas), les systèmes multi-axes ajoutent des fonctions de rotation et d’inclinaison, pouvant atteindre 5, 6 axes ou plus. Cette liberté de mouvement n’est pas exclusive à la buse ; selon l’architecture de la machine, la rotation peut se produire au niveau de la tête d’impression, du plateau, ou des deux de manière coordonnée. Cela permet à la tête de pivoter le long des courbes de la pièce en déposant le matériau perpendiculairement, au lieu d’imprimer des couches en escalier. Ce processus est également connu sous le nom de fabrication non-planaire.

Avantages de l’impression 3D multi-axes

La capacité d’orienter le point de contact entre la buse et la pièce permet de lever les limites les plus courantes du dépôt de matière fondue :

• Suppression des supports : en inclinant la pièce ou la tête pendant l’impression, les structures en porte-à-faux peuvent s’appuyer sur le matériau déjà imprimé, ce qui élimine le gaspillage de matériau et le temps de post-traitement manuel.
• Intégrité structurelle et isotropie : dans l’impression standard, les pièces présentent souvent une fragilité entre les couches (anisotropie). Le système multi-axes permet d’aligner les couches de matériau avec la direction des forces que subira l’objet, multipliant sa résistance et offrant un comportement quasi uniforme dans toutes les directions.
• Meilleure finition de surface : en éliminant l’« effet d’escalier » sur les surfaces courbes, la rugosité est considérablement réduite, passant de valeurs proches de 38 µm à seulement 12 µm. On obtient ainsi des textures lisses qui ne nécessitent pratiquement aucun ponçage, selon différentes études menées dans le domaine de la recherche.

Pour que ce système de mouvement fonctionne correctement, une synchronisation parfaite entre le matériel et le logiciel est indispensable. Côté matériel, on trouve des systèmes à portique (gantry), qui offrent une grande stabilité, et des bras robotisés, qui se distinguent par leur flexibilité. De son côté, le logiciel agit comme le cerveau du système : des outils comme AdaOne d’ADAXIS ou 5 Axis Slicer gèrent la planification des trajectoires pour d’éviter les collisions du bras avec la pièce et optimiser le flux de matière en temps réel.

Dans l’impression 3D multi-axes, le matériau suit la géométrie réelle de la pièce (crédits photos : Université de Stuttgart (à gauche) et MAGE Printing (à droite)).

Applications du procédé

Grâce à ce contrôle de l’espace et du matériau, les systèmes multi-axes sont déjà des outils précieux dans des secteurs critiques tels que :

• Aérospatial : fabrication d’aubes de turbine et de supports légers avec des canaux de refroidissement internes optimisés.
• Construction : impression de murs et de façades en béton avec des porte-à-faux allant jusqu’à 60 degrés à l’aide de bras robotisés
• Réparation et maintenance : reconstruction de zones usées sur des pièces métalliques sans avoir à les fabriquer de nouveau.
• Électronique : impression de circuits conducteurs directement sur des surfaces courbes ou organiques.

Enfin, le marché actuel est dominé par des fabricants de systèmes hybrides tels que DMG Mori, Meltio ou Mazak, qui ont réussi à intégrer dans une seule machine l’impression 3D métallique et la précision du fraisage. Les systèmes multi-axes ont longtemps été réservés aux environnements industriels. Cependant, la recherche et le développement de cette cinématique s’intensifient dans le domaine de l’impression 3D de bureau. Un exemple récent est le partenariat entre Aibuild et Generative Machine Company, qui a abouti à la création d’une imprimante de bureau à 5 axes à usage professionnel. L’imprimante, qui sera commercialisée en 2026, vise à démocratiser l’accès à la conception multi-axes pour les ingénieurs et les designers.

L’imprimante FFF GenerationOne 5-Axis d’Aibuild et Generative Machine Company (crédits photo : Generative Machine).

L’impression 3D multi-axes témoigne de l’évolution de l’industrie. Ce qui était autrefois perçu comme des limites s’est transformé en un système de mouvement amélioré, prouvant qu’en impression 3D, la seule constante est le changement.

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*Crédits photo de couverture : Ivan Revenga Riesco