Les suspensions céramiques utilisées avec les machines 3DCERAM sont des suspensions photosensibles. Cela signifie qu'elles réagissent aux longueurs d'onde UV. Il est donc impératif de les protéger de la lumière blanche. Pour cela, la salle où se trouve la machine doit être équipée d'un éclairage jaune et, en cas de présence de fenêtres, celles-ci doivent être occultées avec un film jaune ou rouge.

Le contrôle de la température, de l'hygrométrie et de la qualité de l'air permet à la machine de fonctionner dans les meilleures conditions. Pour cela, il est recommandé d'installer la machine C101 EASY LAB ou FAB dans une pièce :

- Propre et exempte de zones susceptibles de générer de la poussière,
- Climatisée,
- où l'hygrométrie peut être contrôlée.

Dans le procédé d’impression 3D, la réalisation de la pièce n’est qu’une première étape. Une fois la pièce imprimée il faut la nettoyer pour éliminer toute la formulation céramique. Cette étape est généralement réalisée sous une hotte à l’aide d’un solvant.

Une fois l’étape de nettoyage achevée, c’est le moment du déliantage.

Le déliantage est une phase essentielle du processus d'impression 3D céramique, qui intervient après l'impression et avant le frittage final de la pièce. Son objectif est d'éliminer les liants organiques utilisés pour donner de la « cohésion » à la formulation céramique lors de l'impression.

Le déliantage permet d'obtenir une pièce céramique « pure ». C’est une étape importante car elle prévient la formation de défauts lors du frittage final, afin de donner les propriétés recherchées dans le produit final.

Le déliantage consiste à faire chauffer lentement la pièce imprimée à 600 ° pour permettre aux composants organiques de se volatiliser . Cette étape peut durer de quelques heures à plusieurs jours, tout dépend de la pièce imprimée. Il existe plusieurs procédés et le déliantage peut être effectué sous air, ou sous azote. Il s’ensuit la création de porosité dans la structure de la pièce imprimée.

Le déliantage est une étape importante et délicate qui requiert une maîtrise précise pour éviter les déformations ou fissures. Cette étape influence directement la qualité et les performances des pièces céramiques imprimées en 3D.

Une fois le déliantage réalisé, c’est l’étape du frittage qui est la dernière étape du processus. Cette phase intervient après le déliantage et transforme la pièce « poreuse » en une pièce céramique dense et résistante.

Le frittage est donc un traitement thermique consistant à « cuire » la pièce à haute température, généralement entre 1300°C et 1700°C. Ce processus provoque la consolidation et la densification de la céramique.

Les objectifs du frittage sont :

- Densifier la structure de la pièce,

- Améliorer les propriétés mécaniques,

- Augmenter la résistance et la dureté.

Étapes du processus de frittage :

- Montée en température : Chauffage progressif et contrôlé

- Palier de frittage : Maintien à température maximale

- Refroidissement : Descente en température maîtrisée

Paramètres du frittage en impression 3D céramique, comme la température maximale dépend de la céramique utilisée. La durée du frittage dépend de la pièce.

Il est important de noter que lors du processus de frittage, ce sont les particules céramiques qui se lient entre elles. Elles se densifient en faisant croître les grains, ce qui élimine toute la porosité issue du déliantage. Dès lors la pièce finale rétrécie et perd en moyenne 20 % de son volume.

Phénomènes physiques lors du frittage :

Le frittage est une étape délicate qui nécessite une maîtrise pour obtenir les propriétés désirées de la pièce céramique imprimée en 3D. Cette phase finale détermine largement les caractéristiques et la qualité du produit fini.

Oui, les céramiques imprimées en 3D disposent des mêmes propriétés que celles fabriquées par des procédés conventionnels, à condition d'utiliser la même poudre et le même cycle de frittage. La technologie de stéréolithographie (SLA) utilisée pour l'impression 3D de céramiques n'impacte pas les propriétés intrinsèques du matériau.

Les caractéristiques suivantes demeurent constantes, assurant ainsi la qualité et la performance des pièces imprimées en 3D :
- la résistance mécanique
- la conductivité thermique
- la résistance chimique

Dès lors que les formulations sont produites sur les mêmes bases de poudre céramique, il n’y aura pas d’impact, car seul un liant sous forme de résine est ajouté pour permettre l'action du laser, qui durcit le matériau afin de lui donner sa forme.
Le cycle de cuisson permet ensuite d’éliminer toute la résine lors du cycle de déliantage à 600°. La densification des grains de céramique s’effectue lors du dernier cycle avec le frittage à partir de 1300°, cela dépend de la céramique (Alumine, Zircone, etc…). En effet, cette étape dépend du type de céramique concernée, selon que ce soit un oxyde ou un non-oxyde, les cuissons se font sous air, argon ou autre.

La stéréolithographie (SLA) présente plusieurs avantages significatifs par rapport aux autres technologies d'impression 3D céramiques :

• Densité élevée : les pièces imprimées par stéréolithographie présentent une densité proche de 100%, réduisant la porosité. La densité élevée des pièces produites par stéréolithographie (SLA) est l'un des avantages les plus significatifs de cette technologie d'impression 3D céramique. Et c’est une des premières questions posées.

Qu’est-ce que la densité en céramique ? : La densité d'une pièce céramique représente le rapport entre sa masse et son volume. Une densité proche de 100% signifie que la pièce contient très peu de vides ou de pores, ce qui est généralement souhaitable pour la plupart des applications céramiques.

Une densité élevée se traduit par une meilleure résistance mécanique, une dureté accrue et une meilleure ténacité.

Par ailleurs, les céramiques denses conduisent mieux la chaleur, ce qui est crucial pour certaines applications thermiques.

Une densité élevée rend les pièces plus étanches aux liquides et aux gaz.

Moins les pièces céramiques sont poreuses, plus elles sont résistantes aux agents corrosifs.

Grâce à une formulation précise de la suspension : Le "slurry" utilisé en SLA est composé de particules céramiques fines qui sont dispersées dans une résine photosensible.

Le processus de polymérisation couche par couche permet une polymérisation contrôlée et uniforme, en créant des couches denses et homogènes.

Post-traitement, le processus de déliantage et de frittage est soigneusement contrôlé pour éliminer la résine et densifier la structure céramique.

En comparaison avec d'autres technologies, la SLA permet d'obtenir des densités plus élevées que d'autres méthodes d'impression 3D céramique comme le FDM (Fused Deposition Modeling) ou le Binder Jetting.

Cela a un impact sur les applications. La haute densité obtenue par SLA élargit le champ des applications possibles pour les céramiques imprimées en 3D, notamment dans les secteurs exigeants comme l'aérospatiale, le médical ou l'électronique de haute performance.

Bien que la SLA permette d'atteindre des densités élevées, le contrôle précis des paramètres d'impression et de post-traitement reste crucial pour maximiser la densité tout en minimisant les défauts potentiels comme les fissures ou les déformations.

La stéréolithographie ou SLA est une technique de fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, qui utilise la photopolymérisation pour créer des objets en trois dimensions. Voici les principales étapes de son fonctionnement :

- Modélisation 3D : Le processus commence par la création d'un modèle numérique en 3D  réalisé avec un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Le modèle est ensuite converti en un format compatible avec l'imprimante SLA, généralement un fichier STL.

- Préparation de l'imprimante : Le fichier 3D est importé dans le logiciel de l'imprimante, qui le découpe en une série de couches 2D. Le modèle est alors positionné dans le volume d'impression, et les paramètres de l'impression sont ajustés.

- Réservoir de la formulation : L'imprimante SLA utilise un réservoir rempli de de formulation photosensible, c’est un matériau liquide qui durcit lorsqu'il est exposé à une source de lumière ultraviolette (UV).

- Impression couche par couche : L'impression commence par la première couche qui consiste à étaler la formulation sur l’ensemble du plateau d’impression. Un faisceau laser UV est dirigé à travers un système de miroirs mobiles (galvanomètres) pour dessiner la section transversale de l'objet sur la formulation qui se solidifie uniquement là où le laser la frappe, formant une fine couche de matériau solide.

- Mouvement de la plateforme : Une fois une couche durcie, un racleur vient déposer et étaler une nouvelle couche de formulation céramique. Le laser répète alors le processus pour solidifier la nouvelle couche. Ce processus est répété, couche par couche, jusqu'à ce que l'objet entier soit formé.

En savoir plus la stéréolithographie 

Ce sont des formulations qui se présentent sous forme liquide et peu visqueuse.

Contrairement à d’autres technologies qui utilisent de la poudre, des filaments et des pellet, l’impression 3D par stéréolithographie nécessite des slurries d’environ 5 Pa.s.

Plusieurs éléments doivent être pris en considération pour évaluer la vitesse d'impression par SLA :

- L’épaisseur de couche : plus les couches sont fines, plus le temps d'impression sera long.
- La vitesse et puissance du laser impactent directement le temps d’impression. Aussi, afin de parvenir à un équilibre qui permette de ne rien sacrifier à la qualité de l’impression, l’ensemble de ses paramètres sont testés et ajustés en fonction de la formulation et du projet d’impression pour parvenir à la recette la plus profitable.
- La géométrie de la pièce : les pièces complexes avec beaucoup de détails seront logiquement plus longues à imprimer. Cependant, il est possible de contracter le temps d’impression grâce à l’aire d’impression disponible et qui permettra alors d’imprimer simultanément une série de pièces.

Parmi les oxydes céramiques imprimables par SLA, on trouve notamment l'alumine (Al2O3), la plus utilisée également en impression 3D, toutes applications confondues. La zircone (ZrO2) et la silice (SiO2) sont souvent utilisées. Ces matériaux aux propriétés uniques, telles qu'une grande dureté, une excellente résistance à l'usure et à la corrosion, ainsi qu'une bonne stabilité thermique, offrent un large champ d'applications dans des secteurs de pointe comme l'aérospatiale, l'électronique et les dispositifs médicaux.

La SLA permet également l'impression de céramiques à base de nitrures, comme le nitrure de silicium (Si3N4) et le nitrure d'aluminium (AlN). Ces matériaux se caractérisent par une résistance mécanique élevée, une grande stabilité thermique et une conductivité thermique remarquable. Leurs propriétés en font des candidats de choix pour des applications nécessitant des performances thermiques et mécaniques extrêmes, telles que les composants de moteurs et de turbines.

Potentiellement, la plupart des céramiques sont imprimables en 3D avec l’une ou l’autre des technologies existantes.

Oui, chez 3DCeram, nous avons travaillé sur l’automatisation du process et avons abouti à la création d’une station de recyclage qui se positionne en sortie d’imprimante. Celle-ci accueille la cuve imprimée après sa sortie du cycle d’impression et filtre la formulation qui n’a pas été polymérisée afin que cette dernière soit remise dans le circuit d’impression.

3DCeram a développé ses propres logiciels d’impression 3D pour ses imprimantes, il s’agit de CPS – Ceramaker Printing Software.

En 2023, une version augmentée a vu le jour avec l’objectif d’offrir un confort d’utilisation plus important pour les usagers, académiques ou industriels.

CPS 2.0 est un logiciel user-friendly conçu pour simplifier et réaliser l'impression 3D de céramiques, avec l’objectif de préparer les fichiers d'impression.
Ce système intégré offre un contrôle complet du processus d'impression, du design à la production.

CPS 2.0 propose une interface utilisateur intuitive pour préparer les fichiers 3D.
L’objectif est de disposer d’une gestion optimisée des paramètres d'impression et de proposer un contrôle en temps réel du processus d'impression. CPS 2.0 procède à l’analyse et produit un rapport de production détaillé.

Dans la suite logiciels proposée par 3DCeram, CPS 2.0 fonctionne en accord avec Build-It, un outil polyvalent de préparation de fichiers pour l'impression 3D.

Build-It est un plug-in simple d'utilisation. Il permet de travailler sur la conception de la pièce finale et de gagner du temps sur les exigences du processus d'impression.

Build-It est en réalité une sorte de boîte à outils qui permet de gagner du temps grâce à ses nombreuses fonctions :

- Translation et rotation
- Correction
- Facteur d'échelle
- Compensation Z
- Supports d'impression
- Poches
- Côtes
- Duplicata