Industrielle VS de bureau : dans quel type d’imprimante 3D FDM faut-il investir ?

Pendant des années, un fossé énorme séparait les imprimantes industrielles et les imprimantes de bureau FDM, en raison de différences en termes de précision, de compatibilité des matériaux et de coût. Aujourd’hui, les fabricants d’imprimantes de bureau cherchent à réduire cet écart, et une nouvelle génération de machines « prosommateurs » proposées par des entreprises telles que Bambu Lab et Prusa a démocratisé des fonctionnalités qui étaient auparavant réservées au secteur industriel, telles que les systèmes de mouvement à grande vitesse, le calibrage automatisé et la double extrusion fiable. Alors, qu’est-ce qui différencie encore les machines industrielles ? Dans cet article, nous comparons l’architecture, le contrôle thermique, les matériaux, les logiciels et les prix pour vous aider à comprendre s’il vaut mieux se tourner vers des imprimantes 3D industrielles ou de bureau.

Caractéristiques techniques

Architecture des deux systèmes

L’une des principales différences entre les imprimantes FDM industrielles et les imprimantes de bureau réside dans leur structure. Les imprimantes industrielles sont construites avec des châssis beaucoup plus lourds et rigides, conçus pour éliminer les bruits mécaniques. Les machines industrielles ne devraient pas avoir de problèmes de vibration et n’ont pas besoin de stabilisateurs pour imprimer des géométries hautes et fines. Il faut savoir que les vibrations peuvent créer des imperfections microscopiques qui affaiblissent considérablement une pièce, en particulier dans la direction Z (résistance verticale).

Au-delà de la rigidité du châssis, les imprimantes FDM industrielles et de bureau peuvent varier en termes de calibrage et de système de mouvement (qui détermine le mouvement précis de la tête d’impression et du plateau d’impression). Les systèmes de mouvement des machines industrielles sont conçus pour offrir une grande précision et un faible entretien. En raison de leur taille et de leur construction robuste, les machines industrielles conservent leur calibrage pendant de longues périodes, tandis que les imprimantes de bureau peuvent nécessiter une intervention fréquente de l’utilisateur et un recalibrage pour maintenir leur précision. La précision moyenne (précision dimensionnelle/tolérance) d’une imprimante 3D FDM de bureau standard est généralement de ±0,5 mm, tandis que les imprimantes FDM industrielles haut de gamme atteignent généralement des tolérances d’environ ±0,2 mm.

Gestion thermique

Le contrôle thermique d’une machine FDM fait référence à la gestion de la température à l’intérieur de la chambre d’impression. Il existe deux méthodes principales : le chauffage passif et le chauffage actif. Le chauffage passif, couramment utilisé dans les systèmes de bureau, consiste à utiliser la chaleur générée par des composants tels que la buse et le plateau d’impression pour augmenter la température interne. Bien qu’il s’agisse d’une façon efficace d’utiliser l’énergie, la répartition de la température est inégale et peut influencer le comportement du matériau face à ce changement de température. Cependant, il est important de souligner qu’il existe actuellement des imprimantes de bureau fermées, généralement au-dessus de 1 000 euros, qui intègrent des chambres de chauffage actif.

Dans le domaine industriel, les systèmes utilisent des chambres d’impression à chauffage actif, une capacité indispensable pour traiter les matériaux d’ingénierie. On y trouve des éléments externes tels que des chauffages ou des coussins thermiques pour maintenir une température constante et sans fluctuations. En stabilisant la température ambiante de la chambre à une température proche de celle requise par le matériau, les tensions internes sont minimisées et le matériau peut « se détendre » dans son état imprimé, éliminant ainsi le risque de déformation et assurant une meilleure adhérence des couches.

Vitesse d’impression

En termes de vitesse, les imprimantes de bureau les plus avancées affichent des accélérations pouvant atteindre 20 000 mm/s2, mais ces vitesses sont atteintes sur de longues distances et pour des pièces simples. En revanche, les imprimantes industrielles sont conçues pour maintenir un flux uniforme et continu. Cela signifie qu’elles ne se concentrent pas uniquement sur la vitesse d’impression, mais aussi sur la quantité de matière qu’elles peuvent déposer en un temps limité et sans erreur.

Volume d’impression

Le volume d’impression définit la taille maximale d’une impression sans avoir à la découper en petits morceaux. Cette caractéristique n’est pas exclusive à un type d’imprimante FDM, car il existe des machines grand format qui ne sont pas nécessairement industrielles et des machines compactes qui le sont.

Matériaux

La distinction entre les matériaux utilisés dans les imprimantes FDM de bureau et industrielles est définie par l’intersection entre les propriétés des matériaux et les paramètres des machines. Bien que la frontière entre ces catégories soit de plus en plus floue, la compatibilité dépend en fin de compte de la capacité d’une imprimante à répondre aux exigences thermiques et structurelles spécifiques d’un polymère :

• Matériaux standard et de base : les imprimantes de bureau se distinguent généralement par l’utilisation de thermoplastiques « de base » tels que le PLA, le PETG et l’ABS standard. Ceux-ci sont conçus pour être faciles à utiliser, car ils nécessitent des températures d’extrusion plus basses et un contrôle minimal de l’environnement. Leur prix abordable en fait le choix préféré pour les prototypes visuels et des projets amateurs. Sachez que certaines solutions industrielles ont des difficultés avec ces matériaux. Par exemple, les machines industrielles peuvent avoir du mal à traiter le PLA car leurs boîtiers retiennent trop de chaleur, ce qui peut entraîner un ramollissement et une déformation de l’impression.
• Le pont « prosommateur » : de nombreux systèmes de bureau modernes peuvent désormais prendre en charge des matériaux d’ingénierie de milieu de gamme, tels que le polycarbonate (PC) et le polyamide renforcé en fibres de carbone (PA-CF). Cependant, le succès de ces matériaux dépend du matériel de la machine, en particulier de sa capacité à atteindre des températures plus élevées dans la buse et à maintenir l’adhérence à la base.
• Polymères de qualité industrielle : les polymères hautes performances tels que le PEEK, le PEKK et le PEI (Ultem) nécessitent un système industriel car leurs propriétés sont très strictes. Ces matériaux exigent une gestion thermique précise, qui comprend : des buses chaudes entièrement métalliques à haute température (souvent supérieures à 400 °C), des chambres de chauffage actives et des systèmes d’extrusion renforcés pour traiter les additifs abrasifs tels que la fibre de carbone.

En fin de compte, même si les imprimantes de bureau sont de plus en plus performantes, les applications dans les secteurs aérospatial, automobile et médical, où la stabilité thermique, la résistance chimique et l’intégrité mécanique sont indispensables, nécessitent des imprimantes industrielles.

Bien que les systèmes de bureau et industriels partagent généralement des catégories de matériaux communes (telles que l’ABS et le nylon), les formulations spécifiques diffèrent souvent. Les fabricants industriels, tels que Stratasys, développent des gammes de matériaux brevetés conçus pour être plus résistants et plus fiables que les filaments génériques. Cependant, cela a un prix : les matériaux d’impression pour les machines industrielles peuvent coûter entre 5 et 6 fois plus cher que les filaments grand public. Les matériaux courants tels que le PLA peuvent coûter entre 10 et 20 dollars le kilo, tandis que le filament industriel peut coûter entre 100 et plus de 200 dollars le kilo.

Fabricants

Le marché des imprimantes FDM est sans aucun doute le plus vaste du secteur de l’impression 3D. Le segment industriel est consolidé par des géants ayant des décennies d’expérience. Stratasys, première entreprise à avoir commercialisé le procédé FDM, reste la référence avec ses imprimantes destinées aux secteurs les plus exigeants. Plus récemment, Roboze s’est distinguée par ses solutions de haute précision, capables de traiter des polymères haute performance et des composites pour des applications dans les secteurs de l’aéronautique, de la défense ou de la mobilité. Parmi les autres grands fabricants, on peut citer INTAMSYS, 3DGence ou 3D Systems, ce dernier proposant des imprimantes également axées sur l’extrusion de granulés pour les environnements industriels.

De son côté, le marché des imprimantes de bureau a connu une forte croissance, stimulée par la démocratisation de la fabrication numérique. Des fabricants tels que Prusa Research ont réussi à consolider une grande partie du marché grâce à la fiabilité de leurs équipements et à leur engagement initial en faveur de la philosophie open source, même si ces dernières années, l’entreprise a évolué vers un modèle plus fermé. UltiMaker a orienté son offre vers les environnements professionnels et éducatifs avec des équipements faciles à utiliser. Dans le segment le plus accessible, des entreprises telles que Creality ou Anycubic ont popularisé l’impression 3D avec des solutions faciles à assembler. Depuis 2022, Bambu Lab a fait son entrée sur le marché avec des offres à haute vitesse et automatisées, augmentant ainsi les attentes en matière de performances sur le marché des imprimantes de bureau.

Un facteur déterminant qui confirme l’intérêt pour les solutions industrielles est leur approche axée sur la réparabilité et les qualifications. Contrairement aux systèmes de bureau, les machines industrielles sont conçues pour s’intégrer dans les flux de travail des usines, en incorporant du matériel réglementaire, tel que des indicateurs d’état, et en respectant les certifications requises dans un environnement industriel. De plus, leur architecture offre généralement un accès technique accru pour la maintenance préventive et les réparations, ce qui maximise la disponibilité opérationnelle.

Prix

La technologie FDM est souvent associée à l’idée d’une impression 3D bon marché. Cela est vrai dans le cas des solutions de bureau les plus basiques. Cependant, des fabricants de référence tels que Creality, Anycubic, Bambu Lab ou Prusa ne se limitent plus à une seule gamme de prix, mais proposent des solutions pour différents budgets. Il est ainsi possible de trouver des kits d’entrée de gamme et des modèles compacts à moins de 300 euros, jusqu’à des machines plus robustes et automatisées pouvant atteindre 2 500 euros.

En revanche, si vous recherchez des machines industrielles capables de fonctionner dans des environnements tels que l’automobile ou la production, les prix augmentent considérablement. Les solutions industrielles peuvent facilement dépasser les 15 000 euros et atteindre 500 000 euros pour les modèles grand format et haute température. De plus, ces machines nécessitent généralement des contrats de maintenance annuels obligatoires qui augmentent considérablement l’investissement. Il convient de noter que les prix des imprimantes FDM industrielles ne sont pas toujours indiqués sur les sites web des fabricants ; il est donc nécessaire de contacter le fabricant ou le distributeur pour obtenir un devis.

Outre l’investissement en matériel, les licences logicielles et la sécurité des données représentent un coût opérationnel récurrent qui différencie les deux types d’imprimantes. Alors que les logiciels pour ordinateurs de bureau sont généralement gratuits, les solutions industrielles nécessitent des abonnements annuels pour débloquer la gestion de la fabrication. Par exemple, des licences telles que GrabCAD Print Pro peuvent coûter jusqu’à 5 000 dollars par utilisateur et par an. Ce surcoût garantit la conformité réglementaire et le cryptage des données, ce qui est essentiel dans les secteurs de la défense ou de l’ingénierie de pointe où l’utilisation de systèmes ouverts peut présenter un risque.

Vous l’aurez compris, choisir un modèle d’imprimante 3D de bureau ou industrielle n’est pas une mince affaire et vous aurez de nombreux critères à prendre en compte avant de vous lancer. N’hésitez pas à vous rapprocher de notre équipe si vous avez des questions ou besoin de conseils ! En attendant, pensez à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !