L’impression 3D par jet de matière (material jetting), on vous explique tout !

Il existe actuellement de nombreuses technologies de fabrication additive sur le marché, chacune associée à des matériaux différents et des applications bien spécifiques. Après nos articles sur le frittage sélectif par laser et le dépôt de matière fondue, nous vous présentons aujourd’hui l’impression 3D par jet de matière, ou material jetting en anglais, un procédé permettant, entre autres, d’obtenir des objets combinant plusieurs matières et couleurs.

Histoire et Développement du Jet de Matière

L’impression 3D par jet de matière, brevetée par la société Objet Ltd. en 1999 (qui a fusionné avec Stratasys en 2012), combine la technologie Inkjet et l’utilisation de photopolymères. La technologie à jet d’encre est utilisée par les imprimantes 2D classiques sur papier tandis que les photopolymères sont des matériaux qui durcissent au contact des rayons ultraviolets. Cette technologie possède de nombreux avantages : une excellente résolution (jusqu’à 0,016 mm), des surfaces lisses (pas d’effet d’escalier contrairement aux objets imprimés par FDM par exemple) ainsi qu’un large choix de matières et de couleurs pour un coût et un temps d’impression relativement faibles.

Comment fonctionne l’impression 3D par jet de matière ?

La résine liquide est chauffée à 30-70 ° C, obtenant ainsi la viscosité adaptée pour l’impression. La tête d’impression, très similaire à celle d’une imprimante à jet d’encre, projette ensuite des centaines de micro-gouttelettes de résine photopolymère sensible à la lumière ultraviolette. Les buses qui équipent la tête d’impression peuvent projeter différents matériaux et même les combiner pour bénéficier de performances mécaniques, de propriétés esthétiques particulières ou de supports solubles. Les gouttelettes de matériau sont projetées sur le plateau d’impression et solidifiées durant l’impression à l’aide d’une source de lumière UV. Celle-ci est intégrée à la tête d’impression et vient durcir le matériau pour former chaque couche. Tout comme le procédé de stéréolithographie, cette technologie repose sur le principe de la photopolymérisation.

Bien que le material jetting soit souvent décrit exclusivement comme le Polyjet (originalement développée par Objet et désormais utilisé par Stratasys), il existe d’autres technologies d’impression 3D par jet de matière, notamment  :

• La technologie de drop on demand (DOD) : cette technologie utilise une tête d’impression équipée de deux buses qui déposent le matériau d’impression et les supports solubles point par point. Une fois les gouttelettes de matériau d’une couche projetées sur le plateau d’impression, l’imprimante rectifie la surface à l’aide d’une fraise coupante pour assurer une surface parfaitement plane. La technologie de DOD est majoritairement utilisée pour créer des moules et des objets destinées à la fonderie à la cire perdue.
• Le jet de nanoparticules (NPJ) : développée et brevetée par XJet, cette technologie utilise une tête d’impression équipée d’une buse qui projette un liquide contenant des nanoparticules métalliques ou céramiques. Une source de chaleur permet de maintenir l’enceinte d’impression à une température environnant les 300°C pour assurer l’évaporation du liant. Une phase de frittage permet de solidifier la pièce après l’impression.

Principaux Avantages du Jet de Matière

Le principal avantage de la technologie Material Jetting réside dans sa capacité à imprimer des pièces multi matériaux et multicolores. Grâce à ses multiples têtes d’impression, chaque matériau peut être stocké dans une tête distincte, ce qui permet donc de traiter différentes matières et couleurs. Le matériau composite obtenu est appelé Digital Material et convient à la création de prototypes détaillés qui se rapprochent du modèle final (résistance à la température, bio-compatibilité, rigide ou souple, etc.)

Matériaux Compatibles avec l’Impression 3D par Jet de Matière

Cette technologie offre un large choix de matières, des élastomères aux matériaux rigides, et permet la création de pièces combinant différentes propriétés. Les photopolymères utilisés dans le processus peuvent être adaptés à diverses applications, y compris médicales, grâce à leur bio-compatibilité. La variété des matériaux disponibles étend les possibilités de conception et convient à des secteurs diversifiés.

Post-traitement

En fonction de la technologie de material jetting utilisée, une étape de post-traitement additionnel (le frittage par exemple) peut néanmoins être nécessaire.

Le Marché du Jet de Matière : Fabricants et Applications

L’impression 3D par jet de matière trouve des applications dans la production de prototypes détaillés et fonctionnels. Elle est particulièrement prisée dans le secteur médical pour la création de modèles anatomiques précis et colorés. Parmi les fabricants de machines utilisant cette technologie, Stratasys, avec sa série PolyJet, occupe une position de leader. 3D Systems propose également des imprimantes 3D par jet de matière, utilisant la technologie MultiJet.

Comme indiqué précédemment, Stratasys est le pionnier de cette technologie et commercialise diverses machines utilisant la technologie par jet de matière – appelée ici PolyJet. Les plus connues sont sans doute la J750 et la J350. Elles sont toutes les deux compatibles avec les couleurs Pantone et peuvent imprimer des prototypes dans plus de 500 000 couleurs, textures, dégradés, transparences et dureté de matériaux. 3D Systems propose également une gamme d’imprimantes 3D par jet de matière, une technologie baptisée MultiJet, telles que le ProJet MJP 5600. La variété de couleurs n’est pas aussi grande que celle de Stratasys, mais la méthode peut également être utilisée pour fabriquer différents prototypes, avec des matériaux élastiques ou durs.

Cette technologie continue d’évoluer, ouvrant de nouvelles perspectives dans divers secteurs tels que la médecine, l’art, la joaillerie et bien d’autres. Avec des fabricants innovants et des applications en expansion, l’impression 3D par jet de matière reste une méthode polyvalente pour la fabrication additive.

Et vous, utilisez-vous l’impression 3D par jet de matière ? Que pensez-vous de cette technologie ? Partagez votre opinion en commentaire de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives.

*Photo de couverture : Modèle médical imprimé avec la Stratasys J750 (crédits : SYS Systems)