Sculpture numérique et impression 3D, matérialisation du virtuel: le prototypage rapide

Fractals Flowers, stéréolithographie par Miguel Chevalier

Nous avions abordé Zbrush et le digital sculpting dans un précédent article.

Une telle forme d’art numérique reste-t-elle emprisonnée dans l’abstraction informatique de nos logiciels, vide « interpixeral » abscon ?

Techniques : du logiciel CAO à la sculpture tangible

Il existe plusieurs techniques pour faire passer nos modèles 3D du merveilleux monde des pixels à celui, ô combien plus terre à terre, de la tangible réalité matérielle.

La méthode soustractive: sculptures, robots et lasers

A partir d’un modèle 3D et d’un logiciel CAO (conception assistée par ordinateur), on parvient à sculpter numériquement : robots de découpe au laser, machines de découpe par fil chaud, fraiseuses numérique ou encore graveurs laser 3D sont commandés informatiquement.

Cependant, il reste impossible de créer des modèles trop complexes, avec des vides intérieurs. En outre, cette technique entraîne une perte de matière puisqu’on taille dans la masse.

Notamment sous l’impulsion d’industriels, on imaginât une autre technique, moins dispendieuse, et susceptible de produire des modèles complexes mécaniquement

Prototypage rapide, la méthode additive

Impression 3D, stéréolithographie, frittage de poudre…Non, non… ces termes ne sont pas sortis d’un épisode de Star Trek, il s’agit bien d’imprimer des objets.

Cette technique est notamment utilisée par des des industriels qui ont régulièrement besoin de créer des prototypes visuelles (avant usinage, pour promouvoir un projet…) ; plus rapide et moins onéreuse qu’un usinage classique (pour une production de prototype… donc en toute petite quantité), on l’associe souvent aux techniques dites de « prototypage rapide ».

A la façon d’un imprimante, on dépose des couches successives de matière qui sont travaillées sous l’action d’un laser ou encore d’UV, il ne reste plus qu’à assembler les différentes couches…  Il ne s’agit donc pas de sculpture à proprement parler (malgré le titre outrageusement aguicheur de mon article) puisqu’on ne taille pas dans la masse, on ajoute et met en forme de la matière, on modèle donc, plus qu’on sculpte.

Passons en revue quelques unes des techniques les plus utilisées.

La photopolymérisation ou stéréolithographie

Le terme de « stéréolithographie » tantôt est utilisé comme terme générique associé à l’impression 3D et au prototypage rapide additif,  tantôt désigne l’impression par photopolymérisation.

Ne fuyez pas à cause d’un nom aussi barbare (d’autant plus que ce ne sera pas le dernier…).

Vulgarisons quelque peu le principe : on traite une à une des couches de résine (composé de monomère et d’un photoinitiateur) avec un laser, cette action entraine la polymérisation : les monomères deviennent des polymères –euhhhhh logique !- soit vulgairement des grosses molécules… solides. Les couches  ainsi créés en 2D sont superposées.

A l’origine, ce procédé ne pouvait créer des objets qu’en résine (acrylique ou époxyde). De plus, il faut un support pour maintenir l’objet et pour combler nos fameux vides intérieurs lors du procédé de fabrication dans la cuve de résine.

Le frittage de poudre

Ce n’est pas le cas avec le procédé dit du frittage sélectif par poudre, étant donné que la poudre « non fritté » fait office de support. Le procédé reste néanmoins très proche de la stéréolithographie par photopolymérisation : au lieu de la résine, on utilise des poudres polyamides (contenant du verre, de l’aluminium ou du carbone) qui se solidifient sous l’action d’un laser.

On peut varier les matières. De plus, les prototypes ainsi obtenus sont fonctionnels, ils ont les mêmes caractéristiques mécaniques que l’objet usiné. De bonne stabilité dimensionnelle, ils sont résistants, contrairement aux objets fabriqués en résine photopolymérisée ; la résine originale supporte en effet mal le soleil, l’humidité et le vieillissement, les objets créés avec de telles résines ne sont pas stables et supportent mal la manipulation.

Par contre, ceux-ci sont plus fidèles au modèle de référence en CAO. En effet, le frittage par poudre exige pour ces modèles un retrait de 3%:  la haute température de fusion entraîne un risque de déformation, particulièrement accru lors du refroidissement.

Le dépôt de fil

Un autre procédé permet de pallier aux défauts de la photopolymérisation et du frittage, parvenant à créer un prototype précis ET résistant, celle dite du « dépôt de fil ». Pour créer nos couches 2D, on extrude un fil plastique ou cire (bon pour simplifier… on le fait fondre) grâce à une buse chauffée (non pas l’oiseau!!!!).

On parvient ainsi à créer des modèles ayant les mêmes propriétés qu’un modèle thermoplastique injecté usiné, stable, tout en pouvant créer des formes très complexes. On peut également déterminer la densité des objets ; on n’est pas obligé de remplir tous les volumes, on peut imprimer en réseau « nid d’abeille ».

Ces procédés de fabrication, bien que complexes et à l’origine coûteux, ne sont pas restés cantonnés à l’univers du prototypage rapide. Loin d’être le seul apanage des industriels, les artistes ont su utiliser ces nouveaux outils, d’autant plus qu’ils permettent de s’affranchir d’un certain nombre de contraintes technique.

De cette incursion de l’impression 3D dans le monde de l’art à sa démocratisation et son adoption par la société de consommation, où en sommes-nous?