Impression 3D des bijoux, tout ce qu’il faut savoir !
Impression 3D cire, résine et résine castable pour les bijoux.
La course à la nouveauté oblige les créateurs de bijoux à augmenter la vitesse de développement des bijoux et parfois à complexifier les créations. Deux raisons qui favorise l’utilisation de la 3D notamment les imprimantes 3D.
Voici les différents sujets abordés sur cette page consacrée à l’impression 3D des bijoux :
- Le dessin 3D.
- Les formats de fichier 3D.
- La conception des bijoux imprimés.
- L’impression 3D cire.
- L’impression 3D en résine des bijoux.
- Le choix du type d’impression 3D en fonction du projet.
- L’effet lissant des résines d’impression, avantage ou inconvénient ?
- L’impression 3D et ses tarifs.
- Considérations supplémentaires pour le moulage.
1- Le dessin 3D.
L’impression 3D de bijoux commence par la conception assistée par ordinateur (CAO), où divers logiciels offrent des capacités spécifiques adaptées aux besoins variés des créateurs. Voici un aperçu de plusieurs outils populaires dans l’industrie de la bijouterie joaillerie, allant des solutions dédiées à des programmes plus généralistes.
- Rhino: Rhino est très apprécié pour sa précision en matière de modélisation 3D. Bien qu’il soit généraliste, il est largement utilisé dans la bijouterie et il est possible d’ajouter des fonctions spéciales grâce à des plugins comme Matrixgold, RhinoArtisan, CrossGems, qui sont spécifiquement conçu pour les bijoutiers. Rhino offre un environnement robuste pour la création de designs complexes.
Logiciel Rhino 3D, un outil essentiel pour les bijoutiers-joailliers, se distingue par ses tarifs compétitifs et sa capacité à créer efficacement des formes complexes.
- Matrixgold: Ce plugin pour Rhino est spécialement conçu pour les bijoutiers, intégrant des outils dédiés à la création de pièces uniques et complexes. Matrixgold permet aux designers de profiter de la puissance de Rhino tout en ayant accès à des fonctionnalités spécifiques à la bijouterie.
- RhinoArtisan : Si j’ai bien compris, le programme RhinoArtisan est réaliser par le créateur de rhinogold (qui n’est plus édité). Ce plugin pour Rhino s’adapte parfaitement à ceux qui recherchent des outils spécifiques pour la bijouterie dans l’écosystème de Rhino. Il offre des fonctionnalités spécialisées pour la bijouterie joaillière, facilitant la conception de pièces détaillées, pour un tarif très compétitif.
- CrossGems : CrossGems est un plug-in pour Rhino conçu pour améliorer la conception de bijoux personnalisés en utilisant la technologie de modélisation paramétrique. Il permet aux utilisateurs de créer des designs de bijoux plus complexes et esthétiques rapidement et avec une grande précision, en automatisant des tâches répétitives et en simplifiant les processus de modification.
- ZBrush: Idéal pour le modelage 3D, ZBrush excelle dans la création de détails organiques, ce qui le rend parfait pour les designers qui souhaitent explorer des formes plus artistiques et moins géométriques.
- SolidWorks: Ce logiciel est couramment utilisé dans les écoles et les universités grâce à des accords de licence avantageux, ce qui le rend accessible pour de nombreux étudiants en design. Bien que plus généraliste, Solidworks est suffisamment puissant pour être adapté à la conception de bijoux.
- 3Design CAD: Spécialement conçu pour les bijoutiers, 3Design est un choix populaire parmi les professionnels pour sa capacité à simplifier des processus complexes spécifiques à l’industrie de la bijouterie.
- Blender: Logiciel libre et gratuit, Blender est une option économique pour les designers de tous niveaux. Bien qu’il soit plus généraliste, sa communauté active et ses mises à jour constantes le rendent très adaptable pour divers usages, y compris la bijouterie.
2- Formats de fichier 3D pour la bijouterie
Lorsqu’il s’agit de partager des 3D de bijoux, le choix du format de fichier peut influencer non seulement la facilité de transfert entre les différentes étapes de production, mais aussi la qualité finale du bijou. Voici un aperçu des formats de fichiers 3D les plus courants utilisés dans l’industrie de la bijouterie et joaillerie :
Vue détaillée d’une bague en 3D au format STL, mettant en évidence la structure composée entièrement de petits triangles interconnectés.
1. STL (StereoLithography).
- Usage: Le format STL est le plus répandu pour l’impression 3D. Il est presque universellement accepté par les logiciels de modélisation 3D et les imprimantes 3D.
- Caractéristiques: Ce format décrit uniquement la surface géométrique d’un objet 3D à l’aide de triangles. Chaque triangle est défini par trois points dans l’espace 3D, connus sous le nom de sommets, et une orientation de surface, appelée normale.
- Précision: La précision d’un modèle STL est déterminée par le nombre de triangles utilisés pour modéliser la surface. Plus il y a de triangles, plus les détails peuvent être fins, mais cela augmente également la taille du fichier et peut ralentir le processus de traitement.
2. STEP (Standard for the Exchange of Product model data).
- Usage: Contrairement au format STL, le format STEP est conçu pour l’échange de données de produits entre différents systèmes CAO. Il est largement utilisé dans des industries où la précision et les détails complets des données sont nécessaires, comme l’aérospatiale, l’automobile, et la bijouterie pour des pièces complexes.
- Caractéristiques: STEP conserve non seulement la géométrie, mais aussi d’autres propriétés comme les structures d’assemblage, les métadonnées, les couleurs, et les matériaux. Cela le rend idéal pour des collaborations étendues où plusieurs aspects d’un produit doivent être pris en compte.
- Avantages: Ce format est particulièrement utile pour les modifications et les ajustements ultérieurs des conceptions, car il maintient une intégrité complète du modèle, contrairement à STL qui est essentiellement une « coquille » sans information interne.
Autres formats de fichier 3D.
- OBJ: Similaire à STL, mais peut également inclure des informations sur la texture et la couleur, ce qui le rend utile pour des visualisations plus détaillées et des rendus de haute qualité.
- 3DM: Format natif de Rhino, il est très utilisé dans la bijouterie car il supporte les données NURBS, permettant une modélisation très précise et des ajustements faciles.
- IGES (Initial Graphics Exchange Specification): Comme STEP, IGES est utilisé pour l’échange de données entre différents logiciels CAO. Il est cependant moins préféré de nos jours car STEP offre une meilleure intégrité des données.
3- La conception des bijoux imprimés et/ou moulés.
La conception de bijoux à l’aide de l’impression 3D nécessite une compréhension approfondie des capacités et des limites de la technologie utilisée. Voici les principes essentiels à respecter pour optimiser la qualité et la faisabilité de vos créations imprimées en 3D.
Épaisseurs minimales.
- Épaisseurs minimum: L’épaisseur minimale dépend de la taille de la surface imprimée. Par exemple :
- Pour une surface de 30mm x 30mm, l’épaisseur minimale doit être de 1.2mm.
- Pour une surface plus étroite de 3mm x 30mm, elle peut être réduite à 0.6mm.
Les gravures.
La gravure doit respecter une règle de base : la profondeur doit être équivalente, au maximum, à la largeur du trait, avec une largeur minimale de 0.2mm. Il est également crucial de maintenir un espace minimum de 0.25mm entre les lettres pour assurer la lisibilité et l’intégrité structurale.
Les perçages.
- Perçages Débouchants: La longueur du perçage ne doit pas excéder cinq fois le diamètre du trou.
- Perçages Non-Débouchants: La profondeur doit être inférieure à deux fois le diamètre du trou.
Les zones non démoulables.
Les techniques de fonderie directe permettent de réaliser des pièces avec des formes initialement considérées comme non démoulables. Cependant, il est essentiel de consulter le fabricant pour vérifier la faisabilité de tels designs.
Les jeux et les espacements.
Les jeux et espacements dépendent également de la taille de la surface. Par exemple :
- Pour une surface de 30mm x 30mm, l’espacement minimum requis est de 1.2mm.
- Pour des surfaces plus petites de 3mm x 30mm, l’espacement peut être réduit à 0.8mm, et pour 3mm x 3mm, à 0.6mm.
Les conception à Éviter.
- Assemblage de pièces dans le même fichier : Évitez d’assembler plusieurs pièces dans un seul fichier 3D pour simplifier la production et réduire les risques d’erreur.
- Pièces creuses : Les structures évidées peuvent être difficiles à imprimer et à couler correctement, car le revêtement intérieur pourrait céder, provoquant des pièces défectueuses. Pour valider les pièces creuses, contactez-nous.
- Articulations : Comme pour les assemblages, les différents éléments d’une articulation doivent être traités comme des éléments séparés.
- Angles vifs : Les angles vifs, comme ceux d’un corps de bague tranchant doivent être adoucis par un congé pour améliorer l’esthétique, la résistance de l’impression 3D cire (et faciliter l’injection de la cire si il y a moulage) et la sécurité du client.
4- L’impression 3D cire pour la bijouterie joaillerie.
L’impression 3D en cire est une technique privilégiée dans la bijouterie, utilisant souvent les imprimantes de la gamme 3D Systems, en particulier les modèles MPJ2500W et MPJ2500W Plus. Ces imprimantes sont réputées pour leur efficacité et leur fiabilité. Elles permettent d’atteindre une précision de couche jusqu’à 8 microns, bien que la plupart des imprimeurs optent pour une épaisseur de strate de 16 microns. Cette dernière offre un compromis coût-efficacité optimal, car l’impression à 8 microns coûte environ deux fois plus cher, sans différence notable en qualité pour la plupart des bijoux. C’est pourquoi, 16 microns est devenue la norme dans la bijouterie.
La MJP 3000, un modèle plus récent, promet une amélioration de la précision pour les axes X et Y, tout en conservant cette hauteur de strate de 8 microns. Toutefois, cette machine doit encore faire ses preuves avant de devenir un standard dans le domaine.
Les avantages de l’impression 3D en cire.
Dans notre formule 3DwaxToMetal et dans la formule 3DWaxToMetal Expert, nous utilisons le modèle MPJ2500W Plus réglé à 16 microns de hauteur de strate. Ce choix permet de bénéficier du meilleur rapport qualité prix sur les cire imprimées en 3D. L’avantage premier de cette imprimate est l’utilisation d’une cire de construction pui permet de se passer de support fixés sur la pièce. En effet, cette technique ne laisse aucune trace de supports, contrairement à ce que l’on observe avec l’impression 3D en résine.
Autre avantage, l’impression Cire est fidèle au dessin 3D, un point où elle surpasse l’impression en résine. Ce n’est pas une question de précision en x y et z, mais bien une capacité a reproduire le dessin 3D sans le déformer. Cela sera plus particulièrement visible sur les gravures textes et les arrêtes vives.
Processus d’impression.
Le processus d’impression en cire implique plusieurs passages de la tête d’impression : 4 passages par strate, la tête devra déposer la cire de construction, puis la cire de la pièce et lisser la surface. En effet, la tête d’impression dépose initialement une couche trop épaisse de cire, que le rouleau doit ensuite amincir jusqu’à atteindre l’épaisseur désirée de 8 ou 16 microns. Avec un réglage de strates à 8 microns, la quantité de cire consommée est plus importante, augmentant ainsi les coûts pour la même pièce comparativement à un réglage à 16 microns (car la machine dépose toujours la même quantité de cire, quelque soit l’épaisseur de strate, attention, ce point reste une déduction de ma part qui n’a pas été confirmée par le fabricant de la machine).
Une fois l’impression terminée, les pièces restent attachées au plateau et ce dernier est chauffé pour faciliter leur détachement, c’est pourquoi les premières couches ne sont que de la cire de construction. Les pièces sont ensuite placées dans un bain d’alcool isopropylique à 35 degrés Celsius pour dissoudre la cire de construction. Cette étape est cruciale et très délicate : bien que l’impression se déroule généralement sans incident, l’élimination des supports peut endommager les pièces si elles restent trop longtemps dans l’alcool ou si leur conception rend difficile l’accès à certains recoins du bijou. Le premier bain d’alcool permettra de dissoudre la majeur partie de la cire de construction, puis un second bain « plus propre » permettra de finir le nettoyage.
La fonderie des cires d’impression 3D de bijoux.
Les pièces en cire obtenues sont parfaites pour la fonderie, ne laissant pas de cendres qui pourraient créer des porosités. Toutefois, une légère finition, comme un émerisage, peut être nécessaire pour éliminer la texture de peau d’orange laissée par la cire. Cette texture est parfois plus importante que sur les résines qui on tendance à lisser les surfaces. La fragilité des cires est un autre défi, ce qui souligne l’intérêt de faire appel à nos services, qui ne se contentent pas d’imprimer en cire mais offrent également la fonderie des pièces dans l’alliage de votre choix.
5- L’impression 3D en résine des bijoux.
L’impression 3D en résine a connu une forte expansion, surtout grâce à l’augmentation de son utilisation par les particuliers ces dernières années. Une grande variété de résines est disponible, permettant d’adapter le matériau aux besoins spécifiques des projets. Parmi les options haut de gamme, on trouve la Figure 4 Jewelry de 3D Systems, mais nous avons opté pour la Phrozen Sonic Mini 8K, une imprimante très précise et bien plus accessible financièrement. Ce choix peut sembler moins professionnel, mais le rapport qualité-prix est exceptionnel.
Nous avons choisi de nous spécialiser dans l’impression de résine standard, utilisée principalement pour le moulage ou la présentation des bijoux, car nous trouvons que la résine castable n’atteint pas encore les performances requises pour nos standards de qualité. Nous utilisons occasionnellement les résines castable pour des tests, afin de guider nos clients qui possèdent leurs propres imprimantes en résine, mais notre objectif est de fournir des solutions fiables et sans mauvaises surprises. Notre fonderie accepte les résines castable, notamment avec les formules Proto et Proto Expert afin que nos clients puissent faire fondre leur bijoux dans l’alliage de leur choix.
Avantages et défis de l’impression en résine castable.
L’impression en résine castable est économique, ce qui la rend attrayante pour produire des bijoux à l’unité. Cependant, la qualité d’impression n’est pas toujours parfaite, ce qui peut nécessiter un travail de finition plus approfondi pour les bijoux. Un des principaux inconvénients est l’irrégularité des résultats, avec des problèmes potentiels tels que des porosités, des cassures, ou une dégradation de la surface du bijou en métal.
Mise en œuvre des résines castables.
La mise en œuvre des résines castable nécessite une attention particulière aux instructions du fabricant de la résine, notamment les paramètres d’impression et les étapes de post-traitement, qui peuvent varier considérablement : certains procédés nécessitent l’utilisation d’alcool isopropylique, d’autres non; certains demandent l’utilisation d’ultrasons ou de lampes UV. Souvent, de nombreux essais sont nécessaires pour parvenir à un résultat satisfaisant. Une imprimante plus sophistiquée comme la Figure 4 pourrait offrir une production plus immédiate et plus fiable.
Résines standard pour le moulage.
Les résines standard sont plus simples à utiliser et offrent une qualité d’impression supérieure à celle des résines castables. Elles sont également plus rapides à imprimer et le post-traitement est plus simple. Ces résines sont idéales pour produire des modèles de bijoux destinés à la création de moules en silicone pour une production en série. Ces modèles doivent respecter certaines contraintes pour être compatibles avec le moulage en silicone, comme éviter les formes fortement indémoulables. En cas de problèmes d’adhérence au silicone lors du démoulage, nous appliquons un agent de démoulage compatible pour faciliter le processus. Les résines standard n’étant pas castable, nous n’accepterons pas de les fondre.
6- Le choix du type d’impression 3D en fonction du projet
Lorsqu’il s’agit de choisir le type d’impression 3D adapté à un projet de bijouterie, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment la quantité de production envisagée, la qualité de finition requise, et les ressources disponibles.
Pour la réalisation de bijoux à l’unité
- Impression 3D en résine: Cette option est idéale si vous disposez d’une imprimante 3D résine et que vous êtes prêt à consacrer du temps supplémentaire à la finition du bijou. La résine permet une grande précision dans les détails, mais peut nécessiter un travail conséquent de post-traitement pour atteindre la qualité de surface désirée.
- Impression 3D en cire: Si la qualité est votre priorité absolue ou si vous ne possédez pas d’imprimante 3D résine, l’impression en cire est la meilleure option. Elle offre une excellente fidélité au modèle numérique original et nécessite moins de finition post-impression, rendant le processus plus direct et souvent plus rapide.
Pour la réalisation de séries
- Impression 3D en résine standard: Lorsqu’il s’agit de produire en série, l’impression en résine standard est préférable grâce à sa qualité et sa cohérence de surface (effet lissant de la résine, voir plus bas). Il est toutefois important de prévoir un temps pour réparer les traces laissées par les supports. Bien que l’impression en résine puisse exiger des efforts supplémentaires lors de la préparation et du nettoyage des supports, elle reste une solution efficace pour la réalisation des moules qui permettront la production en série des bijoux.
Cas particuliers nécessitant une attention spéciale
- Modèles complexes nécessitant de nombreux supports: Pour les designs complexes, comme pour un bracelet que nous avons réalisé, composé d’un serpent qui s’enroule plusieurs fois autour du poignet, la gestion des supports peut vite devenir un défi majeur. Dans ce cas précis, chaque écaille mesurée entre 1 et 1.5 mm² et nécessitait un support individuel. Ce fut des heures consacrées à la configuration des supports sur le logiciel de découpe (slicer) et à la finition post-impression. Dans de telles situations, l’utilisation excessive de supports peut non seulement augmenter le temps de préparation mais aussi affecter la qualité de la surface finale. L’élimination des supports peut en effet créer des petits défauts, tels que des trous ou des marques, qui doivent être comblés avant le moulage. Si ces contraintes sont trop importantes, il peut être plus judicieux de se tourner vers l’impression 3D en cire et la fonderie, qui offrent une surface sans trace de support dès la sortie de l’imprimante et réduisent ainsi le temps de finition.
7- L’effet lissant de la résine en impression 3D
L’impression 3D en résine offre un effet lissant appréciable sur les surfaces, ce qui peut être bénéfique pour de nombreux projets de bijouterie en réduisant le besoin de post-traitement pour obtenir une finition lisse. Cependant, cet effet a également des implications sur la précision et la fidélité des détails, en particulier pour les textures très fines et les gravures de texte.
Sur ce shéma, vous pouvez voir la formation de lumière UV résiduelle sur le contour de la pièce lors de l’impression de résine. Ce phénomène à tendence à durcir la résine qui ne devrait pas l’être. L’impact positif et négatif est expliqué ci-dessous.
Polymérisation et Effet de Lissage.
La résine est polymérisée sous l’action des UV, où un temps d’exposition spécifique est appliqué pour durcir chaque couche de résine. Par exemple, une exposition de 1.5 seconde sous une lampe UV peut être nécessaire pour durcir une couche de 20 microns. Toutefois, les UV ne s’arrêtent pas précisément au 20ème micron. La couche précédemment durcie, bien que solide, est recouverte de résine fraîche, et les UV peuvent pénétrer légèrement au-delà de la nouvelle couche exposée. Cet effet peut causer un lissage des surfaces planes, ce qui est généralement souhaitable pour obtenir des finitions lisses sans travail manuel supplémentaire.
Impact sur la Fidélité des Détails.
Cependant, le lissage induit par la polymérisation UV peut aussi affecter la précision des détails plus fins, comme les gravures et les textures délicates. Au lieu de déformer ces éléments, il est plus juste de dire que cela peut conduire à un rendu légèrement moins fidèle. Les détails très fins peuvent apparaître moins nets ou légèrement élargis, ce qui peut être un inconvénient pour des designs où chaque micron compte. Une gravure très fine pourrait voir ses vides comblés par la résines polymérisé par erreur.
Cette effet lissant est peu présent sur les résines standard où ce phénomène est bien géré (si les temps d’impression son bien ajustés), mais très présent sur la plupart des résines castable, rendant la définition des petites gravures tout juste acceptable !
8- L’impression 3D et ses tarifs.
L’impression 3D a transformé la manière dont les bijoux sont conçus et fabriqués, offrant des options variées adaptées à différents budgets et besoins spécifiques. Les coûts associés à chaque technique d’impression peuvent varier considérablement, influençant ainsi le choix de la méthode appropriée pour chaque projet.
Impression 3D en résine.
L’impression en résine est généralement la plus accessible en termes de coût, surtout pour la résine castable qui est largement utilisée pour la production de prototypes de bijoux ou de pièces finales destinées à la coulée. Cependant, bien que l’investissement initial dans l’impression en résine castable soit modéré, il est important de considérer le temps supplémentaire nécessaire pour la finition du bijou. Le post-traitement peut inclure le ponçage, le polissage et parfois des retouches plus poussées pour atteindre la qualité de surface désirée. Ces étapes supplémentaires représentent un coût en termes de temps et de main-d’œuvre.
Impression 3D en cire.
D’autre part, l’impression en cire, bien que fournissant des résultats de haute qualité avec moins de post-traitement requis, peut représenter un coût plus élevé. Cette méthode est souvent privilégiée pour les projets où la précision et la fidélité au modèle original sont critiques, mais son prix peut être prohibitif pour certains budgets ou projets moins exigeants. Le coût plus élevé de l’impression en cire est justifié par la qualité supérieure des pièces produites, particulièrement utile pour des pièces complexes ou des éditions limitées de haute joaillerie.
Estimation des coûts.
Pour aider nos clients à mieux planifier leurs projets et à gérer leur budget, nous offrons la possibilité de calculer instantanément les tarifs pour leurs bijoux. En remplissant le formulaire dédié sur notre page web, les clients peuvent obtenir une estimation précise du coût de l’impression en fonction du type de résine ou de cire choisi, de la taille du bijou, et des spécifications détaillées de leur design. Cette transparence permet aux créateurs de prendre des décisions éclairées en fonction de leur budget et des exigences de leur projet.
Voir les tarifs d’impression en cliquant sur la formule qui vous convient ci-dessous.
9- Considérations supplémentaires pour le moulage.
Lorsqu’il s’agit de produire des bijoux en série, le choix entre l’impression 3D en résine standard et l’impression en cire peut être influencé par plusieurs facteurs, notamment la quantité de pièces dans la série et les spécificités du projet.
Impression 3D en résine pour le moulage en silicone.
L’utilisation de l‘impression 3D en résine standard destinée au moulage en silicone est souvent dictée par le volume de production envisagé. En effet, le coût de l’impression 3D ainsi que celui de la création du moule en silicone doivent être amortis par le nombre de pièces produites. Pour les grandes séries, ce processus peut être économiquement avantageux car le moule peut être utilisé pour produire de multiples copies à un coût relativement faible par pièce.
Quand envisager l’impression en cire.
Cependant, pour de petites séries, l’utilisation de l’impression en cire peut parfois être plus accessible financièrement. Le processus de création de modèles en cire est généralement plus rapide que la fabrication d’une maquette en résine et la production de moules en silicone, ce qui peut également contribuer à réduire les délais de production. Pour les très petites séries, ou lorsque le temps est un facteur critique, l’impression en cire offre une solution rapide et efficace.
Considérations sur la complexité et la précision des pièces.
Parfois, la décision de privilégier l’impression en cire sur l’impression en résine est également dictée par la complexité du design. Certaines formes, notamment les pièces cylindriques et massives, peuvent ne pas bien se prêter au moulage en silicone, car ce dernier peut entraîner une perte de définition et même déformer les pièces. Par exemple, une pièce initialement conçue pour être parfaitement ronde peut sortir légèrement ovale après le moulage. Dans ces cas, l’impression en cire, qui permet une reproduction plus fidèle et précise du modèle original, peut être préférable.
Conclusion du fondeur.
L’impression 3D offre une flexibilité et une précision remarquables dans la fabrication de bijoux, adaptées à une variété de besoins et de budgets. Que ce soit par l’impression en résine, idéale pour les productions en série et les prototypes grâce à son coût accessible, ou par l’impression en cire, préférée pour sa qualité supérieure et sa fidélité aux détails, chaque méthode présente des avantages spécifiques. En prenant en compte les facteurs tels que le volume de production, la complexité du design, et les délais de fabrication, les créateurs de bijoux peuvent choisir la technique la plus adaptée pour optimiser à la fois la qualité et le coût de leurs créations. Cette approche personnalisée garantit que les techniques d’impression 3D continuent de révolutionner l’industrie de la bijouterie, en fournissant des solutions innovantes qui répondent aux exigences esthétiques et pratiques des designers modernes.
Nous restons à votre entière disposition pour répondre à toute question concernant l’impression 3D. N’hésitez pas à nous contacter pour bénéficier de notre expertise et assurer le succès de vos projets de bijouterie. Notre engagement est de vous fournir des réponses précises et informatives à la hauteur de notre connaissance dans ce domaine en évolution.
