La modélisation et la fabrication numériques est un processus de conception et de production associant modélisation 3D ou conception assistée par ordinateur (CAO) à une fabrication additive et soustractive. La fabrication additive est également appelée impression 3D, tandis que la fabrication soustractive peut également être qualifiée d’usinage, et de nombreuses autres technologies peuvent être exploitées pour produire physiquement les objets conçus.

Le terme modélisation numérique ou fabrication numérique désigne le processus permettant de créer des objets solides et tridimensionnels à partir de conceptions numériques. Ce processus, largement utilisé dans la fabrication pour la création rapide de modèles et de prototypes, peut exploiter diverses techniques de fabrication, à la fois additives (telles que l’impression 3D) et soustractives telles que le découpage au laser et le fraisage.

En général, les machines utilisées pour la modélisation numérique se caractérisent par une facilité d’utilisation et un coût relativement bas; Ces éléments, ainsi que la diffusion de logiciels de conception et de modélisation à usage simple, ont conduit plusieurs observatoires internationaux à prévoir la diffusion de la fabrication également auprès d’utilisateurs non professionnels. Ce phénomène, appelé « Fabrication personnelle », est également alimenté par l’émergence de communautés dans lesquelles les dessins numériques sont partagés et mis à disposition gratuitement par les utilisateurs, ainsi que de services permettant l’accès à certaines technologies de fabrication numérique directement en ligne ou même par des communautés qui échangent expériences dans la création de prototypes ou d’artefacts numériques.

La modélisation
Les objets fabriqués numériquement sont créés avec une variété de progiciels de CAO, utilisant à la fois le dessin vectoriel 2D et la modélisation 3D. Les types de modèles 3D incluent quatre modèles filaires, solide, de surface et maillé. Une conception a un ou plusieurs de ces types de modèle.

Machines pour la fabrication
Trois machines sont populaires pour la fabrication:

1. Routeur CNC
2. cutter laser
3. Imprimante 3D

Routeur CNC
CNC est synonyme de contrôle numérique par ordinateur. Les usines ou les routeurs à commande numérique comprennent un logiciel propriétaire qui interprète les dessins vectoriels 2D ou les modèles 3D et convertit ces informations en un code G, qui représente des fonctions spécifiques de la commande numérique au format alphanumérique pouvant être interprétées par l’usine à commande numérique. Les codes G pilotent une machine-outil, un dispositif mécanique motorisé généralement utilisé pour fabriquer des composants. Les machines à commande numérique sont classées en fonction du nombre d’axes qu’elles possèdent, les machines à 3, 4 et 5 axes étant toutes communes, les robots industriels étant décrits comme ayant jusqu’à 9 axes. Les machines à commande numérique sont particulièrement performantes pour le fraisage de matériaux tels que le contreplaqué, les plastiques, les panneaux de mousse et le métal à une vitesse élevée. Les lits des machines à commande numérique sont généralement assez grands pour permettre la découpe de feuilles de matériau de 123 x 246 cm (4 pi x 8 pi), y compris de la mousse de plusieurs pouces d’épaisseur.

Coupeur laser
La découpeuse au laser est une machine qui utilise un laser pour couper des matériaux tels que des panneaux de particules, des panneaux mats, du feutre, du bois et de l’acrylique jusqu’à une épaisseur de 3/8 pouce (1 cm). La découpeuse laser est souvent associée à un logiciel pilote qui interprète les dessins vectoriels produits par un nombre quelconque de plates-formes logicielles de CAO.

Le coupeur laser est capable de moduler la vitesse de la tête laser, ainsi que l’intensité et la résolution du faisceau laser. Il est ainsi capable de couper et de marquer du matériel ainsi que des graphiques raster approximatifs.

Les objets découpés dans des matériaux peuvent être utilisés dans la fabrication de modèles physiques, qui ne nécessiteront que l’assemblage des pièces plates.

Imprimantes 3D
Les imprimantes 3D utilisent diverses méthodes et technologies pour assembler des versions physiques d’objets numériques. Généralement, les imprimantes 3D de bureau peuvent créer de petits objets 3D en plastique. Ils utilisent un rouleau de filament de plastique mince, faisant fondre le plastique, puis le déposant précisément pour le refroidir et le durcir. Ils construisent normalement des objets 3D de bas en haut dans une série de nombreuses couches horizontales en plastique très fines. Ce processus se produit souvent au cours de plusieurs heures.

Modélisation par dépôt fondu
La modélisation par dépôt fondu, également connue sous le nom de fabrication de filament fondu, utilise un système robotique à 3 axes qui extrude un matériau, généralement une matière thermoplastique, une couche mince à la fois, et qui forme progressivement une forme. La Dimension 768 et l’Ultimaker sont des exemples de machines utilisant cette méthode.

Stéréolithographie
La stéréolithographie utilise un projecteur de lumière de haute intensité, utilisant généralement la technologie DLP, avec une résine polymère photosensible. Le profil d’un objet sera projeté pour former une seule couche, durcissant ainsi la résine. Ensuite, l’imprimante écartera légèrement l’objet et projetera le profil du calque suivant. L’imprimante Form-One et Os-RC Illios sont des exemples de périphériques utilisant cette méthode.

Frittage laser sélectif
Le frittage laser sélectif utilise un laser pour tracer la forme d’un objet dans un lit de matériau finement pulvérisé pouvant être fusionné par application de la chaleur dégagée par le laser. Après qu’une couche ait été tracée par un laser, le lit et la partie partiellement finie sont déplacés, une fine couche du matériau en poudre est étalée et le processus est répété. Les matériaux typiques utilisés sont l’alumide, l’acier, le verre, les thermoplastiques (en particulier le nylon) et certaines céramiques. Les exemples d’appareils incluent le Formiga P 110 et l’Eos EosINT P730.

Imprimante à poudre
Les imprimantes à poudre fonctionnent de manière similaire aux machines SLS et utilisent généralement des poudres qui peuvent être durcies, durcies ou autrement solidifiées par l’application d’un liant liquide fourni via une tête d’impression à jet d’encre. Les matériaux courants sont le plâtre de Paris, l’argile, le sucre en poudre, le mastic liant la pâte à bois et la farine, qui sont généralement durcis avec de l’eau, de l’alcool, du vinaigre ou une combinaison des deux. L’avantage majeur des machines à poudre et SLS réside dans leur capacité à supporter en permanence toutes les parties de leurs objets tout au long du processus d’impression avec de la poudre non imprimée. Cela permet la production de géométries difficiles à créer autrement. Cependant, ces imprimantes sont souvent plus complexes et coûteuses. Les imprimantes ZCorp Zprint 400 et 450 sont des exemples d’imprimantes utilisant cette méthode.