FDM vs. SLS - Quelles sont les différences et quand utiliser ces techniques

L'impression 3D  est le synonyme de la fabrication additive qui regroupe de nombreuses technologies et procédés de production. Selon l'objet que vous souhaitez imprimer et vos contraintes de coûts et de qualité, l'une de ces technologies sera plus adaptée à vos besoins. Dans cette article nous détaillons les avantages et les inconvénients de technologies FDM et SLS.

L'impression par dépôt de fil  (FDM) ainsi que l'impression par frittage laser sélectif ou SLS, sont les deux procédés les plus répandus et accessibles aujourd'hui. Ils sont souvent utilisés dans un même but. Mais alors, quelle technologie entre FDM et SLS est la plus adaptée à votre projet? 

Les imprimantes 3D FDM existent en différentes gammes et donc à différents prix. Par exemple les imprimantes Makerbot Replicator ou Mojo, sont des imprimantes FDM personnelles, cela signifie qu'un particulier a les moyens d'acheter ce type d'imprimante, et que les usages restent essentiellement à visée personnelle avec une production en nombre d'objets limitée à de petites séries. En ce qui concerne le frittage laser sélectif, les imprimantes SLS sont des imprimantes 3D dites professionnelles. Le coût d'acquisition de ces machines représente un investissement significatif. Elles peuvent produire des séries de tailles moyennes et possèdent une plus grande variété de matériaux.

Si vous êtes curieux à propos de l'impression 3D mais ne possédez pas d'imprimante, peut-être vous demandez vous si l'investissement dans un modèle personnel vous serait profitable ? De même, si vous souhaitez imprimer des objets avec de bonnes propriétés mécaniques, ou obtenir une qualité de finition professionnelle alors vous devez certainement hésiter entre ces deux technologies?

Si c'est le cas, alors vous trouverez la réponse à vos questions dans cette comparaison faite sur la base d'une expérience concrète de ces deux technologies avec différentes complexités d'impression.  

FDM vs SLS - La comparaison

La technologie FDM des imprimantes 3D personnelles représente l'entrée de gamme de l'impression 3D. C'est l'un des procédés d'impression 3D les plus populaires, probablement à cause de la variété d'imprimantes 3D qui ne cessent de se diversifier, de son coût très abordable comparé à d'autres procédés d'impression 3D. Il y a aussi un vrai plaisir à imprimer chez soi, et le FDM est une des rares techniques qui offre la satisfaction d'avoir crée votre objet vous même de la conception à la finition sans recourir à un tiers. 

Le principal avantage de la technologie SLS est la facilité de création de formes plus complexes et emboîtées (la poudre non frittée fait office de support et la précision est souvent supérieure à l'impression FDM). Une imprimante SLS représente un investissement compris entre 150 000 et 500 000 euros. La bonne nouvelle est que vous n'avez pas à débourser une telle somme si vous souhaitez utiliser cette technologie. C'est la raison d'être de Sculpteo : vous permettre d'utiliser cette technologie sans devoir amortir le coût d'un investissement initial.

Si vous souhaitez obtenir une meilleure perspective des différentes techniques d'impression 3D et des matériaux, n'hésitez pas à consulter notre page Techniques, Technologies et Procédés d'impression 3D .

Comment établir une comparaison objective de ces deux technologies ?  

Cette question soulève la difficulté de vouloir rassembler la diversité des techniques de fabrication additive sous un même terme, tel que l'impression 3D. 

Les vitesses, le coût, les matériaux différent tellement selon le modèle de votre imprimante qu'il devient difficile de trouver un point de convergence (si ces critères vous intéressent vous pouvez consulter l'étude que nous avons réalisé sur les différentes imprimantes sur le marché, basée sur ces caractéristiques).  

Dans cette comparaison FDM vs SLS, nous avons pris le parti de mettre en valeur l'expérience utilisateur. Ainsi, nous nous sommes demandés selon votre usage, quelle technique sera la plus appropriée?

Pour cela nous avons crée trois catégories d'utilisateurs en fonction de la complexité des objets qu'ils souhaitent imprimer. Plus un objet a une forme complexe ou des spécificités techniques singulières, plus l'une ou l'autre des technologies sera adaptée. Nous avons donc établi un protocole de test suivant pour comparer le FDM vs SLS :

Les trois niveaux de complexité

  1. Complexité facile : la forme de l'objet 3D est simple avec peu d'angles et ne nécessite pas de propriétés techniques particulières. Une toupie est un parfait exemple de ce type de d'objet.

  2. Complexité moyenne: L'objet 3D est imprimé en une seule fois mais a besoin d'avoir des éléments mobiles. Cette mobilité représente une propriété technique basique mais qui a besoin d'un matériau de bonne qualité. Une maille totalement mobile représente cette difficulté. C'est ce type de maille qui sera déterminant dans l'industrie du textile.

  3. Complexité difficile: L'objet 3D doit avoir des propriétés techniques avancées et être à la fois solide et flexible. Une balle rebondissante est un exemple pertinent pour démontrer les possibilités de l'impression 3D mais aussi le niveau de complexité qui peut être attendu. Cette balle possède de nombreux ressorts pour lui permettre de rebondir, demandant un matériau très résistant et flexible. 

La comparaison s'est faite avec les paramètres suivants, que nous avons estimé comme comparables:

FDM: Imprimante MOJO avec une précision de 178 Microns, en utilisant comme filament du P430 ABS PLUS et comme dissolvant de support du SR-30 soluble. C'est une imprimante à double extruder, que nous avons paramétré par défaut pour la création de support afin d'en avoir le moins possible.

SLS: EOS P110 Printer avec une précision de 100 microns, en utilisant du PA blanc basique avec une finition brute. C'est le matériau le plus basique utilisé pour l'impression SLS.

 

Complexité facile - La Toupie

 
FDM TOP.jpg    SLS TOP.jpg
                              La Toupie FDM                                                                          La Toupie SLS 

La Toupie FDM: Afin de correctement imprimer la courbe de la coque de la toupie nous avons séparé le design en deux dans le sens de la longueur pour faciliter l'impression. Nous aurions pu l'imprimer dans le sens de la largeur afin d'avoir un meilleur aspect esthétique mais cela aurait impliqué d'imprimer et d'assembler trois parties différentes et l'utilisation de plus de support. Le sens de la longueur nous a donc semblé être une meilleure option. La toupie a été imprimée en une heure et la première impression fut la bonne. Les deux pièces ont été collées ensemble et la toupie fonctionnait parfaitement. 


La Toupie SLS :  La toupie finale a été imprimée en deux jours et d'un seul bloc. L'impression en elle-même n'a pas pris deux heures mais le processus d'impression globale, oui. En effet, quand vous choisissez un service d'impression en ligne pour utiliser la technologie SLS, une impression est lancée une seule fois pour imprimer plusieurs objets en même temps par souci d'économies d'échelle. L'impression de la toupie seule a aussi duré une heure, mais il a fallut une journée de travail pour que celle-ci soit sortie de l'imprimante en même temps que le reste de la production. La seconde journée était consacrée aux étapes de dépoudrage, sablage et autres finitions ainsi qu'à la préparation et l'envoi du colis. Il aurait fallu deux jours de plus pour que vous puissiez la recevoir chez vous. La toupie fonctionnait parfaitement.

Pour ce niveau de complexité, la principale différence entre les deux toupies et l'esthétique finale. Si vous souhaitez une apparence plus lisse, alors privilégiez l'impression SLS. Aussi, il est important que vous preniez en considération vos connaissances en matière de logiciel de modélisation CAO et vos capacités manuelles quant à la finition. La séparation de la toupie en deux peut prendre à peine quelques minutes pour un utilisateur familier de ces logiciels tandis que cela peut être plus problématique pour les novices. Concernant la finition, afin que vous soyez satisfait du résultat, elle nécessite de la minutie et du temps.

Si vous ne vous sentez pas à l'aise avec l'une de ces étapes, alors un service d'impression en ligne serait adapté pour votre utilisation car vous serez totalement accompagné dans le processus d'impression. N'oubliez pas que le prix d'une commande sera dégressif, puisque le coût de transport (6€ environ en Colissimo) se répartit sur le nombre de pièces que vous commandez.

Complexité moyenne - La Maille

 
FDM Chain_1.jpg SLS chain 2.jpg
 
                                           Maille FDM                                                                                          Maille SLS 

 
 

Maille FDM :   Cette maille a été imprimée en une seule fois en 4 heures et sans post-assemblage nécessaire. La finition est brute et manque de qualité esthétique pour un usage comme dans le textile par exemple. La mobilité entre les composants est bonne pour une fabrication de prototypes et idéale pour réitérer plusieurs impressions et ajustements dans une courte période de temps.

 

Maille SLS:  Cette maille a été imprimée en une seule fois, en deux jours selon le procédé décrit précédemment dans la complexité facile. L'aspect final est lisse et pourrait être utilisé dans l'industrie textile. La mobilité des composants était plus fluide que sur le modèle FDM, permettant un mouvement plus naturel de la maille. Cette Maille peut aussi être utilisée pour la création d'un prototype. A défaut de permettre des modifications sur du très court terme, elle permettra de mettre le prototype final en valeur avec un meilleur aspect esthétique.

 

La flexibilité finale est identique pour les deux mailles, même si nous devons forcer un peu plus sur le modèle FDM à cause de l'aspect rugueux de la pièce. La photo ci-dessus illustre parfaitement la notion de couches, très apparentes sur le modèle FDM. La dernière couche a crée des aspérités sur la surface. Ce détail n'est pas problématique sauf si vous souhaitez teindre votre pièce. Dans ce cas là, il vous faudra passer par des étapes de finitions manuelles.


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Complexité très élevée : La Balle Rebondissante 

 
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La Balle Rebondissante SLS :  Elle a été imprimée en une fois, sans post-assemblage, en deux jours selon le procédé décrit précédemment. Nous avons réalisé une dizaine de lancers et la balle a rebondi et roulé comme attendu. La difficulté principale dans l'impression de cet objet est d'obtenir une forme assez solide et flexible pour faire rebondir la balle.

 
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La Balle rebondissante FDM:  Nous n'avons pas réussi à réaliser cette impression. Nous avons eu besoin de deux jours pour imprimer la balle ( 14 heures d'impression) et enlever le support (7 heures). Généralement il est déconseillé de laisser un objet aussi longtemps dans le solvant car celui-ci commence à attaquer le plastique de l'objet. Toutefois nous voulions voir combien de temps il fallait pour enlever tout le support. Les ressorts ont été trop affaiblis et ont cédé dès que nous avons sorti la balle. Aussi nous avons procédé à une seconde impression par soucis d'impartialité en respectant une limite de 3 heures pour le trempage dans le solvant. Cette fois-ci les ressorts ont rompu au premier lancer.

Pourquoi ce modèle est si fragile et complexe?

Les ressorts expliquent en grande partie cette complexité. Le matériau doit à la fois être résistant et flexible pour réaliser le mouvement illustré dans les photos ci-dessous. Les filaments NinjaFlex ont cette propriété, mais à cause du nombre de trous dans la structure de la balle, même avec une filament de très bonne qualité, la quantité de support requise pour une impression FDM limite ses chances de succès. 

 
 

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SLS Sprincy ball 2.jpg   SLS Sprincy ball 3.jpg
 
 

Quand utiliser la technologie FDM plutôt que le SLS?

   

Lorsque vous souhaitez imprimer un objet avec une complexité facile, l'impression FDM est votre meilleur choix: c'est plus rapide, moins cher, propose de bons résultats et surtout, vous avez le plaisir de l'avoir fabriqué vous-même.

Toutefois, si jamais vous souhaiter imprimer une petite série, comme pour un événement marketing par exemple, le prix de l'impression SLS par unité va décroitre. Pour cela, vous pouvez vous référer à notre étude sur les coûts de l'impression 3D basée sur le nombre d'impression dont vous avez besoin.

Si vous souhaitez imprimer un objet d'une complexité moyenne, vous pouvez vous poser trois questions importantes:

Quel va être l'usage de cet objet?

Quelles sont les propriétés mécaniques dont vous avez besoin ? 

Quels matériau et qualité de finition avez vous besoin ?  

Selon les réponses à ces questions alors vous devriez peut-être considerer l'option d'une impression SLS.

En effet une finition plus lisse vous permettra d'obtenir un objet avec une meilleure esthétique, plus propice à l'utilisation pour un prototype ou un objet final destiné au commerce. Aussi, n'oubliez pas que le matériau utilisé est du plastique et qu'il existe différentes qualités de plastique, mais surtout que l'impression SLS peut vous permettre d'ouvrir vos possibilités de choix en terme de matériaux.  

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Enfin, pour les objets d'une complexité difficile, la technologie FDM n'est pas très adéquate. L'impression SLS est très efficace pour réaliser les impressions de structures ouvertes et permet d'avoir un choix important pour les finitions qui permettent de donner un aspect comparable à celui d'un objet manufacturé selon les techniques traditionnelles.