Comment l'impression 3D par laser sculpte-t-elle précisément les modèles ?

Lorsqu'on mentionne l'impression 3D, on pense d'abord à l'empilement de filament plastique. Mais il existe une technologie d'impression 3D laser — la stéréolithographie (SLA) basée sur un balayage à galvanomètre haute vitesse — capable de créer des modèles délicats comme si l'on « sculptait avec la lumière », tout en évitant le défaut de type « tête d'allumette ». Comment parvient-elle à concilier haute précision et efficacité ?

Contrairement à la modélisation par dépôt de filament (FDM) ordinaire, qui construit des objets en superposant des filaments de plastique fondu, la SLA utilise une résine photosensible liquide. Un laser ultraviolet durcit la résine là où il l'atteint, et un galvanomètre agissant comme un « stylo lumineux » contrôle le laser pour dessiner le contour de chaque couche, qui est ensuite empilée pour former le modèle. Le galvanomètre haute vitesse et le système de commande intelligent sont les clés permettant au laser de « dessiner rapidement et avec précision ».

Le galvanomètre est le « navigateur de précision » de l'impression 3D laser. Composé de miroirs et de moteurs de balayage, il commande le laser pour qu'il balaie rapidement dans les directions X et Y, plus vite et plus stable que les anciennes plates-formes mobiles à axes XY. Toutefois, à grande vitesse, les galvanomètres peuvent présenter un décalage, comme l'arrondi des angles, et les variations de vitesse peuvent provoquer un durcissement inégal de la résine, entraînant l'effet « tête d'allumette ».

La solution consiste à ajouter un schéma de commande intelligent au galvanomètre :

• Utilisez un algorithme de planification de vitesse pour calculer la vitesse maximale pour différents angles (environ 750 mm/s pour les angles à 180°, jusqu'à 2500 mm/s pour les angles à 20°), permettant une traversée précise des coins.
• Ajustez en temps réel la puissance du laser en fonction de la vitesse afin d'assurer une énergie de polymérisation uniforme de la résine et d'éviter une solidification anormale.
• La lecture efficace des fichiers de modèles 3D est également cruciale. Des fichiers comme Gcode et SLC peuvent atteindre plusieurs centaines de mégaoctets, ce qui rend leur lecture directe lente et la visualisation de couches spécifiques difficile. Les chercheurs utilisent un système de cache segmenté en plusieurs canaux : ils divisent le fichier, le analysent en parallèle et utilisent une recherche binaire pour localiser rapidement les couches cibles, améliorant ainsi grandement l'efficacité.
• Après avoir analysé les contours, l'algorithme de ray casting est utilisé pour distinguer les contours intérieurs des contours extérieurs (un nombre impair d'intersections signifie un contour intérieur, un nombre pair signifie un contour extérieur). L'ordre est ajusté selon des règles prédéfinies et un « arbre de contours » est construit afin d'empêcher le laser de « dessiner des limites incorrectes ».

Aujourd'hui, la technologie SLA peut imprimer des modèles très détaillés, allant de petits modèles dentaires à de grandes pièces industrielles, et est utilisée dans la fabrication de bijoux, la conception de prototypes industriels et la restauration médicale. Il ne s'agit pas seulement d'"empiler des matériaux", mais de "sculpter des détails avec la lumière et des algorithmes", promettant davantage de produits hautement précis et personnalisés à l'avenir.