Comment ça marche ?

Il existe de nombreuses techniques d'impression 3D (résine en poudre, résine orthodurcissante aux UV, fraisage, découpe laser). Celle qui nous intéresse est la FDM (Fuse Deposition Modeling), car c'est ce sont les machines les plus courante et les moins cher parmi les imprimantes domestiques.

L'imprimante utilise une bobine de fil de plastique qui passe par une buse chauffante (la tête d'impression) et sort sous la forme d'un filament fondu.
Ce filament est déposé sur un plateau et permet de 'dessiner' une couche de l'objet à imprimer.
Lorsqu'une couche est finie, le plateau descend et une autre couche est déposée par dessus.
Cet empilement de couches forme petit à petit l'objet.

Des couches fines donne une meilleure précision mais aussi nécessite un plus grand nombre de couche et donc un temps d'impression beaucoup plus long.
Contrairement à ce qu'on pourrait penser, les objets imprimés ne sont pas pleins mais sont composés d'une enveloppe extérieure et d'un remplissage fait de croisillons ou d'alvéoles. Cela permet d'économiser de la matière et de réduire le temps d'impression. Si on désire obtenir des objets plus solides, il est nécessaire d'augmenter l'épaisseur de la couche extérieure et la densité du remplissage.

Quel type de plastique utiliser ?

les plus courant sont l'ABS et le PLA. certaines machines accèptent les 2 plastiques, d'autres 1 seul. les plastiques alimentent les machines sous forme de fils sur une bobine.

l'ABS fond à plus haute température, est imputrécible mais sensible au solvants polaire comme l'acétone. Le PLA est un plastique dérivé de l'agroalimentaire, bio dégradable et biorésorbable et résiste mal aux acides et au base, mais insensible à l'acétone. l'ABS est un peu plus solide et est plus transparent (si non coloré) que le PLA.

Qu'est-ce qu'on peut imprimer ?

A l'heure actuelle, les imprimantes grand public permettent d'obtenir des objets dont la taille est contenu dans des cube de 15 à 30 cm selon les machine... ça semble vouloir dire que la taille des objet à imprimer est très limité : en réalité il suffit de trancher l'objet 3D en plusieurs morceaux avec un logiciel 3D (par exemple netfabb basic, sur windows, linux ou macosx, en suivant ce tuto) , d'imprimer successivement chaque morceau et de réassembler le tout avec un peu de colle.

Combien de temps ça prend ?

Le temps d'impression dépend de la taille de l'objet, de la précision utilisée (nombre de couches) et de la vitesse de l'imprimante. Même sans imprimer en qualité maximale, l'impression prend plusieurs heures.
Comptez aussi des pertes de temps du à un mauvais réglage de l'impression ou à des casses du filament : le filament casse ou la buse s'encrasse au milieu de l'impression et il faut recommencer.
Voici quelques exemples d'objets avec leur temps d'impression (couches de 1/10 mm, parois épaisses de 0.8mm, remplissage à 20%). Ces temps sont donnés à titre indicatif, ils peuvent varier selon l'imprimante utilisée :

La qualité d'impression est-elle bonne ?

La qualité d'impression est très satisfaisante avec des couches de 1/10 mm (mais c'est très long avec ce réglage).
Le principal problème avec les objets imprimés en 3D, c'est qu'ils ne sont pas lisses mais laissent apparaître des défauts liés à la technique d'impression :
. surfaces verticales : l'empilement des couches est visible (mais peu gênant)
. surfaces arrondies/inclinées : l'empilement des couches est très visible
. surfaces horizontales : les filaments soudés entre-eux apparaissent, il peut y avoir des jours entre les filaments (assez moche et pas étanche si on veut imprimer un moule)
Il faut tout de même relativiser car les couches de 1/10mm ne sont visibles que lorsqu'on regarde l'objet de près et seront invisibles sur une photo de type portrait ou plain pied.

Comment améliorer la finition ?

Un objet qui vient d'être imprimé n'est pas parfait. Selon la qualité du plastique utilisé, il peut y avoir des bavures ou des filantes. Pas de problème, ça s'enlève très bien au cutter et au papier de verre. Pour les surfaces verticales, un ponçage avec du papier à grain fin (>600) élimine l'effet de couches. Il faut juste faire attention à ne pas passer à travers l'enveloppe extérieure de l'objet et donc prévoir une épaisseur suffisante lors du paramétrage de l'impression (au moins 1mm).
Pour les surfaces horizontales, le ponçage atténue un peu l'effet de couches mais laisse tout de même apparaître des sillons sur la surface. Le seul moyen que j'ai trouvé est de boucher les trous avec du mastic.
L'utilisation d'une Dremel pour polir ou poncer est risqué car le plastique chauffe rapidement et on a vite fait de massacrer la surface.
Certaines personnes utilisent des vapeurs d'acétone chauffée pour faire fondre le plastique (ABS uniquement) et donner un aspect lisse et brillant.

Peut-on imprimer des pièces multicolores ?

On peut imprimer des pièces en deux couleurs si l'imprimante 3D dispose de deux buses.
Le plus simple reste de peindre l'objet car le changement de matériau est assez fastidieux et ça augmente le coût de la machine.

Comment peindre des pièces imprimées ?

La peinture est une phase obligatoire si on veut réaliser des accessoires réalistes avec une couleur proche du modèle.
Les objets imprimés se peignent comme n'importe quel objet en plastique : couche de base + couche(s) de peinture + vernis mat ou brillant. La peinture peut être appliquée au pinceau, à la bombe ou à l'aérographe.
Étant donné la taille relativement petite des objets, l'usage de la bombe est délicat car le flot de peinture est important et il est difficile d'atteindre les recoins sans noyer l'objet.
Pour les petits objet la peinture acrylique pour figurines convient. Elle a l'avantage de sécher très rapidement, d'être non toxique et lavable à l'eau. Attention au peintures en spray lorsque l'objet est imprimé en ABS : certains solvant le font fondre

Comment concevoir des objets ?

Beaucoup de sites proposent des objets prêts à être imprimés. Avec de la chance, on peut trouver celui qui nous intéresse. Il est également possible de réaliser soi-même les objets mais ça demande du temps et de bonnes compétences en modélisation.
La modélisation 3D étant un sujet très vaste, je me limiterai à quelques conseils :
. Les objets sont des volumes : il ne doit pas y avoir de paroi sans épaisseur, toutes les surfaces doivent être fermées et orientées dans le bon sens (normale pointant vers l'extérieur).
. Toutes les facettes doivent être adjacentes : il ne doit pas y avoir d'intersection des surfaces.
. Il est préférable de diviser les objets en plusieurs petites parties : l'impression et la modélisation peuvent être faites en parallèle et en cas de problème, on perd moins de temps et de matériau.
. Pour les arrondis, ne pas lésiner sur le nombre de facettes : les arêtes des faces sont nettement visibles sur les objets imprimés, il vaut donc mieux subdiviser au maximum les surfaces.
. La modélisation doit être rigoureuse : ne jamais faire de supposition (c'est bon, ça va passer...), un demi millimètre peut faire qu'une pièce ne s'emboite pas ou ne tient pas.
. La peinture à une épaisseur : il faut en tenir compte lorsqu'on conçoit des pièces qui doivent s'emboiter.
. La précision de l'imprimante doit être prise en compte lors de la conception : il est inutile de modéliser des détails minuscules si l'imprimante n'est pas capable de les imprimer.
. L'impression 3D n'aime pas les objets troués : les couches de plastique ne peuvent pas tenir toutes seules dans les airs, elles doivent forcément reposer sur quelque chose : le plateau de l'imprimante, la couche inférieure ou un support. Le logiciel d'impression peut générer automatiquement des supports pour combler les vides et soutenir les couches supérieures, cependant, il est préférable d'éviter d'avoir des supports si c'est possible lors de la conception. En effet, le retrait des supports est assez fastidieux et laisse des traces sur les surfaces.
. Orienter l'objet à imprimer dans le bon sens : le sens d'impression de l'objet à impact sur l'aspect (visibilité des couches) mais aussi sur la stabilité. Si l'objet possède une ou plusieurs surfaces planes, la plus grande surface devra être posée sur la plateau d'impression.

Combien ça coûte ?

. Imprimantes : Une imprimante 3D représente un investissement assez conséquent. Si vous avez besoin d'imprimer un objet de temps à autre, il vaut mieux le faire imprimer en boutique ou sur Internet.
Si vous avez décidé d'acheter une imprimante, le choix d'un modèle n'est pas facile car il en existe des dizaines à des prix allant de 400 à 2500 euros.
Les imprimantes les moins chères ont une vitesse et un volume d'impression réduits (certaines sont à monter soi-même). Il faut donc trouver le bon compromis entre le budget et le besoin.
. Consommables : La plupart des imprimantes utilisent des bobines de filament de plastique (PLA ou ABS)...le fil est de qualité variable selon les marques (régularité du fil, carges incorporé,...) donc essayer avec de petite quantité et plusieurs marques avant d'acheter des gros stocks.

les machines les moins chères sont récemment tombée à moins de 400 euro (xyzprinter da Vinci junior par exemple), mais ces machines (à l'instar des machines à café à dosette) n'acceptent que les bobines de fil de la marque (un puce RFID inclus dans la bobine sert de mouchard pour interdire l'usage d'un filament générique), ce qui permet à la marque de rattraper son bénéfice en vendant les consommables de fil très cher (on trouve du fil générique en PLA jusqu'à 12 euro le kilo pour du fil noir, mais xyz vend son fil 45 euro les 600 g (soit entre 6 et 2.5 fois le prix du fil générique selon la couleur) et offre une gamme de couleur assez limité.
il y a bien sur des bidouilleurs sur le net qui proposent des méthodes pour tromper la machine et la puce espion et lui faire accepter le fil générique (et ça n'est pas illégal) mais ça annule généralement la garantie de la machine et à chaque mise à jour logicielle de la machine, le constructeur tente systématiquement de contrer les méthodes de contournement de la puce en modifiant le pilote de la machine.
si vous comptez imprimer de grandes quantités d'objet, les imprimantes à fil propriétaire ne sont donc pas forcément rentable à long terme : vérifiez ce point avant d'acheter ( cet inconvénient est souvent complètement ommis des publicités de ces machines)... autre probléme, si le constructeur fait faillite ou arrête de produire ce modèle et les consommables qui vont avec ou décide d'abuser de son monopole pour encore plus augmenter le prix de ses consommables, vous êtes bon pour jeter la machine (ou changer la carte mère en se fiant aux bidouilleurs d'internet).