En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l'utilisation de cookies pour vous proposer des contenus et services adaptés à vos centres d'intérêts.

LEFILDENTAIRE est un site réservé aux professionnels de la santé dentaire.
Si vous n'êtes​ pas un professionnel de santé, vous pouvez obtenir des réponses à vos questions par des experts sur Dentagora.fr en activant le bouton Grand Public.

Je suis un professionnel Grand Public

IMPRESSION 3D : 3 IMPRIMANTES AU BANC D’ESSAI

0

3D SYSTEMS NEXTDENT 5100 – SPRINTRAY – FORMLABS FORM 3B

Considérée comme l’industrie 4.0, l’impression 3D bouscule de plus en plus le paysage de la CFAO dentaire en se déployant à grande vitesse dans nos laboratoires et cabinets dentaires. Côté clinique, la démocratisation des caméras de prise d’empreinte optique a considérablement fait évoluer la synergie avec le laboratoire et cette synergie va d’autant plus loin et plus vite avec l’impression 3D. La possibilité d’imprimer au cabinet a pour intérêt de faciliter les échanges et limiter le nombre d’allers-retours notamment grâce à l’impression de prototypes.

 

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Pour rappel, il existe deux grandes techniques de production des éléments dessinés numériquement : les procédés soustractifs tels que l’usinage et les procédés additifs représentés notamment par l’impression 3D. Le principe de base de l’impression 3D est de faire passer une résine de l’état liquide à l’état solide, couches par couches. Pour cela, on utilise des résines dites photosensibles, qui vont réagir à une longueur d’onde spécifique pour se solidifier, un peu à l’image des résines composites ou des colles que nous utilisons au quotidien. Deux grandes technologies équipent les imprimantes 3D : le DLP et le SLA.

  •  Technologie SLA (Stéréolithographie) (Fig. 1a) : le principe de fonctionnement de la technologie SLA fait appel à un laser qui est redirigé par des miroirs montés sur des galvanomètres. cela permet de tracer sur une couche de résine liquide la forme du modèle à imprimer. Le laser parcourt alors l’ensemble de la surface pour polymériser la résine et ainsi la solidifier. cela implique donc que plus la surface à imprimer est importante, plus le temps de parcours du laser est long.

Figure 1a : technique SLA

  • Technologie DLP (Digital Light Processing) (Fig. 1b) : soit en français le « traitement numérique de la lumière ». Cette technologie a tout d’abord été mise au point en 1987 par Larry Hornbeck de l’entreprise américaine Texas Instruments qui s’en servait pour fabriquer des puces DLP, utiles dans la production de projecteurs et applicables dans les téléphones portables ou encore en impression 3D. Les imprimantes 3D DLP utilisent un projecteur à écran numérique qui va projeter une image de la couche sur l’ensemble de la plateforme de fabrication, polymérisant tous les points de la couche simultanément.

Figure 1b : technique DLP

  • Comparaison de vitesse entre SLA et DLP ces deux technologies d’impression 3D étant relativement proches, il est normal de comparer l’un des aspects les différenciant : la vitesse d’impression. En effet, malgré des procédés proches, le principe de polymérisation de la résine n’est pas identique.

Comme nous l’avons expliqué en amont, la technologie SLA utilise un laser pour tracer la surface de la couche à imprimer alors que la technologie DLP flashe en une fois la forme de la couche. cela permet de mettre en relief 2 phénomènes distincts :

  • • la durée de polymérisation d’une couche est globalement plus longue sur la technologie DLP car la matrice de pixels projetée est d’une intensité plus faible qu’un laser. cela avantage donc la technologie SLA pour l’impression de modèles d’une faible surface.
  • la durée de polymérisation étant globalement la même, qu’importe la surface de la couche sur la technologie DLP, cela lui donne un avantage lorsqu’il y aura un besoin d’imprimer sur une large couche. En effet, la technologie SLA mettra plus de temps à tracer au laser une large surface.

Schématiquement, une pièce large donne l’avantage du temps d’impression au DLP, tandis qu’une pièce de petite et moyenne surface (ou orientée « en hauteur ») est avantagée par une technologie SLA. Il est à noter que les temps mécaniques propres aux 2 technologies (hausse du plateau notamment) tendent à rendre l’impact global du temps d’impression plus minime, dans les 2 sens (dans une impression, il n’y a pas que le temps d’impression). Nous avons matérialisé ces différences sur un graphique simple à comprendre et vulgarisant les 2 phénomènes développés précédemment. (Fig. 2)

Figure 2 : comparaison SLA DLP vitesse

  • Comparaison de la qualité entre SLA et DLP mise à part la vitesse de fabrication, l’intérêt majeur de l’impression SLA ou DLP sera la qualité du rendu. Les deux méthodes de projection d’UV étant différentes en fonction de la technologie, il est important de discerner les inégalités d’aspect.
  • Sur une faible surface ou des modèles très géométriques, la technologie DLP aura son avantage. (Fig. 3) En effet, la matrice de pixels projetée permet l’impression par « blocs » d’une dimension comprise entre 100 et 40µ de côté.

Figure 3 : pixel DLP

Cependant, dans la majorité des cas, les pixels sont projetés à travers une lentille permettant de recouvrir l’intégralité de la surface d’impression. L’utilisation d’une lentille aura alors pour effet de concentrer les rayons au centre mais de les diffracter sur les pourtours extérieurs. cela se traduit donc par un niveau de détail plus faible pour les pièces dépassant les 5 – 10 cm de largeur (ces dimensions sont bien sûr arbitraires et peuvent varier d’une imprimante 3D à une autre), mais conserve sa qualité d’impression sur les petites surfaces lorsque le flash est concentré sur une petite zone

  • La technologie SLA, exploitant quant à elle un laser, ne souffrira pas des mêmes variances de précision. Le laser étant déplacé à l’aide de galvanomètres, sa dimension de tracé initial ne varie pas en fonction de sa position sur la surface d’impression. c’est notamment pour cette raison qu’il est plus intéressant d’imprimer de large modèles détaillés ou une multitude de petits modèles sur une imprimante SLA. Encore une fois, nous avons pu compiler ces différences de qualité entre SLA et DLP sous forme d’un graphique interprétant les deux tendances. (Fig. 4)

Figure 4 : comparaison SLA DLP qualité

 

ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS D’UNE IMPRIMANTE 3D
  • Un logiciel : appelé le slicer nous permet de charger, vérifier et préparer les fichiers STL pour les imprimer. Le logiciel va convertir l’objet 3D en une multitude de couches 2D qui va être projetée sur la résine. La qualité d’impression et la vitesse sont directement corrélées au choix de l’épaisseur des couches, plus les couches sont fines et plus il y aura de couches à projeter, plus le résultat sera fin mais plus le temps d’impression sera long.

Le logiciel va aussi créer les supports qui vont faire le lien entre la plateforme d’impression et la pièce à imprimer, il est important de bien stabiliser la pièce imprimée pour ne pas la déformer et éviter son décollement.

  • Un bac où est contenue la résine. Le bac est un élément très important dans la reproductibilité des pièces. c’est un consommable avec une durée de vie. Il a un impact majeur sur le rendu d’impression. s’il est usé, il altère le passage de la lumière qui le traverse et peut produire des pièces non conformes. Le fait d’utiliser des bacs avec des membranes souples évite l’effet de succion lors de l’impression.
  • Une unité de nettoyage à l’alcool isopropylique, pour nettoyer les pièces sorties d’impression pour supprimer les résidus de résine non polymérisée.
  • Un four UV. A la fin du traitement, un passage au four est obligatoire pour avoir une polymérisation homogène des pièces.

 

BANC D’ESSAI

Les 3 machines testées proposent chacune une large gamme de résines pour des applications similaires. Il est important de noter que c’est le couple résine, imprimante et chaîne de post-traitement (nettoyage alcoolique et polymérisation) qui permet d’obtenir une impression d’un dispositif médical sur mesure certifié biomédical.

Les indications suivantes sont proposées :

  • modèles (wax up, gouttières thermoformées, modèles d’étude, orthodontie…)
  • gouttière d’occlusion
  • guide implantaire, guide de gingivectomie
  • résine provisoire, mise en charge implantaire, bridges provisoires ou prototypes, validation avant usinage
  • permanent crown resin couronnes unitaires, inlays, onlays et facettes permanentes
  • PEI et base d’occlusion
  • clé d’injection
  • digital dentures (base rose et dents résine pour impression de complet provisoire)
  • try-in pour essayage des maquettes de prothèse totale
3D SYSTEMS NEXTDENT 5100 : LA RAPIDITÉ

3D SYSTEMS fait partie des pionniers de l’impression 3D. Dotée d’une expérience forte de dizaines d’années, 3DS nous propose une NexDent 5100 redoutable, alliant vitesse et précision ainsi qu’une gamme de résines biomédicales couvrant l’ensemble des indications. Le logiciel maison 3DSprint est très complet, probablement un peu plus complexe à prendre en main que ceux des compétiteurs mais il regorge de nombreuses fonctionnalités professionnelles. La chaîne de post traitement est rudimentaire : un bac à ultrasons tout ce qu’il y a de plus classique, accompagné par un gros four UV. (Fig. 5a, b, c et d)

  • technologie : Digital Light Processing (DLP), 1920 x 1080 pixels.
  • Longueur d’onde : 405 nm.
  • Système de décollement : Bac à membrane sans contact.
  • Volume d’impression : 124.8 x 70.2 x 196 mm.
  • Épaisseur de couche (résolution verticale) : 25, 50, 100 microns.
  • Résolution horizontale : 65 microns.
  • Structure de support : générée automatiquement via le logiciel 3D sprint. facilement détachable.
  • Système de remplissage de la résine : manuel.

 

Figure 5a : NexDent Four UV

Figure 5b ; NextDent
Agitateur de résines

Figure 5d : imprimante 3D NextDent 5100

Figure 5c : résines NextDent disponibles

FORMLABS FORM 3B : LA SIMPLICITÉ

Figure 6a : Formlabs Form 3B

 

Figure 6b : Form Wash et FormCure – La chaîne de post traitement de chez Formlabs

 

 

 

 

 

 

Formlabs est une startup de l’impression 3D qui est très rapidement devenue un des leaders de l’impression de table avec son prix très accessible et la qualité de finition de ses impressions. Initialement, la Formlabs première du nom a vu le jour grâce à un site de crownfounding (financement participatif).

L’immense succès de cette première version a permis à la société de rapidement proposer une imprimante de seconde génération qui a réellement démocratisé l’impression stéréolithographique de bureau au sein des bureaux d’études, des écoles et chez les professionnels de santé. La dernière mouture de chez Formlabs, la Form 3B va plus loin en proposant une version spécifique pour le dentaire, signe que le marché y est très porteur.

Aujourd’hui, Formlabs est une marque d’imprimantes parmi les plus répandues dans les laboratoires et les cabinets dentaires. (Fig. 6a, b, c, d, e et f)

Figure 6c et d : résines FormLabs

Figure 6e : vue du
logiciel Formlabs Preform

Figure 6f : vue du logiciel Formlabs Preform

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Technologie : Low force stereolithography (LFS™)
  • Longueur d’onde : 405 nm.
  • Système de décollement : Bac à membrane souple.
  • Volume d’impression : 114,5 × 14,5 × 18,5.
  • Épaisseur de couche (résolution verticale) : 25 – 300 microns.
  • Résolution horizontale : 25 microns
  • Structure de support : générée automatiquement via le logiciel Preform – facilement détachable
  • Système de remplissage de la résine : automatique
SPRINTRAY : OUVERTE ET PLUG AND PLAY

SprintRay est un des leaders américains qui débarque sur le marché européen, avec une machine alliant compacité, esthétique et prix contenu. La technologie est similaire à ce que propose NextDent, à savoir du DLP. c’est donc une machine rapide et compacte qui est ici proposée, accompagnée d’un logiciel extrêmement simple à utiliser et d’une chaîne de post traitement à la fois simple et ingénieuse. A la différence de ses compétiteurs, la chaîne SprintRay est ouverte à de nombreuses marques de résines, ce qui lui confère un avantage non négligeable. La chaîne de post-traitement est entièrement automatisée avec prérinçage, rinçage, séchage en quelques minutes avec des consommations en alcool isopropylique très contenues. Le four de post-traitement est lui aussi tout automatisé. La volonté de la société est d’apporter au cabinet un système totalement plug and play, simple et propre. (Fig. 7a, b, c d et e).

Figure 7a : impression 3D
imprimante SprintRay

Figure 7b :
technologie de
nettoyage SprintRay

Figure 7c : impression 3D chaîne complète

Figure 7d : vue du logiciel SprintRay

Figure 7e : vue du logiciel SprintRay

 

 

 

 

 

  • Technologie : Digital Light Processing (DLP)
  • Longueur d’onde : 405 nm
  • Système de décollement : Bac à membrane stEm tank™ technology
  • Volume d’impression : 18.2cm x 10.2cm x 20cm
  • Épaisseur de couche (résolution verticale) : 50 microns, 100 microns, 170 microns
  • Résolution horizontale : 95 microns
  • Structure de support : générée automatiquement via le logiciel Préforme facilement détachable
  • Système de remplissage de la résine : manuel

ESSAI D’IMPRESSION

Un modèle de wax-up est imprimé sur chaque machine, puis photographié pour comparaison. (Figures 8a et b, 9, 10 et 11).

Figure 8a : modèles d’étude imprimés, Formlabs, SprintRay, NextDent

 

 

 

Figure 8b : modèles d’étude imprimés, Formlabs, SprintRay, NextDent

 

 

Figure 9 : impression sur Form 3B

Figure 10 : impression sur NextDent 5100

Figure 11 : impression sur SprintRay

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSION

Équiper sa structure d’une imprimante 3D nécessite de bien analyser ses besoins en termes de vitesse, qualité d’impression et d’ergonomie de la chaîne d’impression. En effet, les étapes de préparation des fichiers 3D avant impression, mais aussi les étapes de post-traitement sont essentielles au quotidien et la vitesse d’impression seule ne doit pas être prise en compte. A ce petit jeu-là, les deux géants du secteurs que sont Formlabs et 3D Systems se font challenger par le petit nouveau SprintRay, qui bouscule l’ordre établi avec une machine simple, rapide et tout automatisée ce qui réduit les temps de manipulation et rends l’impression 3D propre au sein du cabinet.

Partager

A propos de l'auteur

Samuel MORICE

Responsable du pôle CFAO Laboratoire ARGOAT

Laisser une réponse