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3D-Druck Materialien mit sehr hoher Oberflächengüte
Qualités de surface correspondant aux pièces moulées par injection

Impression 3D avec une qualité de surface élevée

La fabrication additive permet aujourd'hui d'obtenir des états de surface très élevés qui peuvent rivaliser avec ceux obtenus par moulage par injection. Dans l'article suivant, vous lirez tout ce que vous devez savoir pour obtenir des composants avec la surface lisse souhaitée :

En technologie, l'état de surface décrit la rugosité d'une surface. Plus l'état de surface est élevé, plus la surface d'une pièce est lisse et de bonne qualité. Dans la fabrication additive, la qualité de la surface dépend de plusieurs facteurs. Outre le procédé d'impression utilisé, l'objet à imprimer et son positionnement dans la zone de travail de l'imprimante 3D influencent également l'état de surface de la pièce.

Aujourd'hui, l'impression 3D moderne offre des qualités de surface très élevées, comparables à celles du procédé de moulage par injection. Dans cet article, vous apprendrez quelles sont les qualités de surface possibles, quelles sont les technologies utilisées et comment une surface presque parfaite peut être obtenue grâce au lissage chimique.

 

La rugosité des surfaces

Si vous observez la surface d'un matériau au microscope, vous pouvez toujours voir des irrégularités, même sur des surfaces censées être lisses comme du verre. Ces irrégularités constituées de "montagnes et de vallées" sont appelées rugosité dans le domaine technique. Différents paramètres peuvent être utilisés pour calculer la qualité de la surface d'une pièce :

  • Profondeur de rugosité simple : la distance perpendiculaire entre le point le plus haut et le point le plus bas du profil de rugosité dans une section mesurée.
  • Profondeur de rugosité moyenne : la valeur moyenne des profondeurs de rugosité individuelles de cinq mesures individuelles successives.
  • Valeur de rugosité centrale : la valeur moyenne arithmétique du profil de rugosité dans toute la section de mesure.

En fabrication additive, la valeur de la rugosité centrale (Ra) dans l'unité micromètre (µm), un millionième de mètre, est souvent utilisée pour comparer les qualités de surface. Plus la valeur de rugosité centrale est petite, plus la surface est fine et donc lisse.

Quelles sont les finitions de surface possibles en impression 3D aujourd'hui ?

Dans l'impression 3D, la qualité d'une surface dépend directement du procédé d'impression utilisé. Alors que certains procédés permettent d'obtenir des valeurs de rugosité de l'axe central de l'ordre du micromètre à un chiffre, même sans retouche, d'autres procédés d'impression nécessitent une retouche manuelle ou chimique.

 

Stéréolithographie et traitement numérique de la lumière

La stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP), techniquement très proche, sont deux des procédés les plus anciens, mais aussi les plus précis, de la fabrication additive. L'impression SLA convient le mieux à la production de filigranes, de petits prototypes ou de modèles d'illustration, tandis que l'impression DLP peut exploiter pleinement ses avantages en termes de vitesse pour l'impression 3D de pièces en série. Les procédés sont basés sur le durcissement sélectif de polymères liquides, et des structures de support sont toujours nécessaires pour l'impression.

La rugosité de la surface des pièces produites par les procédés SLA ou DLP dépend directement de l'alignement dans l'imprimante. La face supérieure des pièces est déjà très lisse sans post-traitement et offre des valeurs de rugosité centrale faibles, de l'ordre de quelques µm. La face inférieure, en revanche, est très inégale et rugueuse en raison des structures de support. En raison de l'absence de pores dans le matériau de départ, d'excellentes valeurs de surface peuvent facilement être obtenues par ponçage manuel ou - pour des surfaces parfaitement homogènes - par sablage au corindon. Des valeurs maximales de rugosité centrale d'environ 0,4 µm peuvent être obtenues par sablage au corindon suivi d'un meulage.

 

Multi Jet Fusion et frittage laser sélectif

La fusion multijet (MJF) et le frittage sélectif par laser (SLS) sont des procédés à base de poudre dans lesquels un matériau de départ en poudre est lié de manière sélective par des procédés chimiques ou thermiques. Ces procédés ne nécessitent pas de structures de support (sauf dans le cas exceptionnel de l'impression sur métal). Immédiatement après l'impression, les surfaces des pièces sont déjà de bonne qualité et offrent des surfaces largement homogènes. Toutefois, en raison de la nature du matériau, de minuscules pores apparaissent toujours à la surface de la pièce, qui ne peuvent pas être complètement éliminés même par un ponçage manuel ultérieur. Les valeurs maximales de rugosité au centre pouvant être atteintes pour le frittage laser sont d'environ 1,3 µm et de 4,05 µm pour HP Multijet Fusion, dans chaque cas avec un retraitement par meulage ou sablage. Des surfaces presque totalement dépourvues de pores ne peuvent être obtenues avec les deux procédés qu'au moyen de procédures complexes telles que l'infusion sous vide ou le remplissage de surface avec rectification multiple ultérieure.

 

Modélisation par dépôt en fusion

Le Fused Deposition Modeling (FDM) est l'un des procédés dans lesquels les thermoplastiques sont d'abord liquéfiés au moyen d'une extrudeuse, puis durcis lors du refroidissement. Selon l'objet à imprimer, le FDM nécessite des structures de support. L'état de surface peut être qualifié de faible à moyen. L'impression 3D est pratiquement exempte de pores, bien que des rainures plus prononcées soient visibles dans la direction Z en raison du processus. La face inférieure des composants imprimés est généralement assez lisse, et des valeurs de rugosité centrale d'environ 8,8 µm peuvent être atteintes sur la face supérieure sans retouche. Lors de l'impression avec des plastiques extrudés, il est impossible d'éviter les dégradations de surface aux points où le matériau de support est appliqué. Cependant, il est assez facile d'améliorer la qualité de la surface à l'aide de papier de verre, de billes de verre ou de finition au tonneau. Des valeurs de rugosité de la ligne centrale de 4,5 µm par sablage à la bille de verre jusqu'à 2,3 µm par meulage peuvent être atteintes de manière réaliste avec des impressions FDM.

 

Qualité de surface avec les procédés d'impression Polyjet et Multi Jet Modeling

Dans le procédé d'impression par modélisation polyjet ou multijet, des gouttelettes de photopolymère ultrafines sont appliquées sur une plate-forme de travail par une tête d'impression, où elles fondent pour former des couches très fines. Les polymères sont immédiatement durcis par la lumière UV. Ce procédé nécessite toujours l'utilisation de structures de support. En revanche, la qualité des surfaces est très bonne, même sans retouche. Grâce aux faibles épaisseurs de couche de max. 30 µm, des surfaces très homogènes, sans pores et sans rainures ni stries perceptibles sont produites pendant l'impression. Aux points de contact entre la surface et la structure de support, les pertes de qualité ne peuvent être évitées qu'en utilisant des matériaux de support thermo-solubles ou hydrosolubles. Sans post-traitement, les pièces imprimées avec Polyjet ou Multi Jet Modeling offrent des valeurs de rugosité centrale d'environ 6 µm. Des surfaces extrêmement lisses avec des valeurs de rugosité centrale de 0,2 µm peuvent être obtenues par meulage, et une valeur convaincante de 3,7 µm peut encore être obtenue par sablage au corindon.

Quels matériaux conviennent à l'impression 3D avec une qualité de surface élevée ?

Pour l'impression par le procédé DLP, nous recommandons les plastiques énumérés ci-dessous si une surface très lisse est requise. Vous trouverez de plus amples informations sur les matériaux dans les pages de détail correspondantes.

  • xCE Noir: haute précision, résistance à la flexion ainsi qu'à la température.
  • xPP405 Black : très résistant, pour les applications nécessitant un matériau rigide et résistant, propriétés comparables au polypropylène
  • BASF ST45 B : excellente combinaison de solidité, de ténacité et de résistance aux chocs.
  • 3DM Impact : pour des composants résistants mais flexibles, avec un effet de mémoire de forme (en fonction de la température).
  • 3DM Tough : translucide
  • LOCTITE® 3D 3843 : matériau semi-flexible à haute résistance aux chocs.
  • Lumentics : noctilucide

Nous recommandons les matériaux suivants pour l'impression par le procédé SLA:

DLP xCE Black 3D-Druck Bauteil

Matériau : noir xCE Technologie : DLP

3D-Druck-Bauteil aus xPP405-Black Technologie DLP

Matériau : xPP405 noir Technologie : DLP

Matériau : BASF ST45 B Technologie : DLP

Matériau : 3DM Tough, translucide Technologie : DLP

Matériau : LOCTITE® IND 408 Technologie : DLP

Matériau : RR60 transparent (également disponible en blanc) Technologie : DLP

Finition de surface parfaite pour le PA 12, la finition étant lissée chimiquement.

3D-Druck Bauteil SLS PA12 Standard und chemisch geglättet

Pour l'impression SLS et MJF, nous offrons l'option très intéressante de commander un matériau PA12 standard avec l'option de post-traitement de lissage chimique. Cela permet d'obtenir des composants dont la qualité est similaire à celle du moulage par injection.

Qu'est-ce que le lissage chimique ?

Pour le lissage chimique, un objet imprimé est suspendu dans une chambre et entouré d'un brouillard de produits chimiques spécifiques. Le brouillard dissout légèrement la surface, ce qui provoque l'effondrement des pores et le lissage des rainures. Il n'y a pas d'enlèvement de matière, et il n'est donc pas nécessaire de tenir compte des dimensions dans la conception. Dans le même temps, la surface est fermée et donc étanche. Les pièces sont donc lavables et désinfectables. Les composants lissés chimiquement ont une surface très lisse, moulée par injection, de haute qualité.

Photo de droite : Un composant en SLS PA12 standard (arrière-plan) et traité par lissage chimique post-traitement (premier plan).

La nouvelle alternative hybride pour des surfaces parfaites : Le moulage à la cire perdue

La technologie du moulage à la cire perdue combine l'impression 3D et les procédés de moulage "classiques". Pour le moulage à la cire perdue, les données 3D sont d'abord imprimées avec une imprimante à cire. Les modèles sont libérés des structures de support et collés à des piliers préfabriqués. Un robot plonge ensuite les modèles dans une céramique de silicate liquide, qui est ensuite poncée plusieurs fois. Une fois l'épaisseur de couche requise atteinte, le modèle en cire est libéré et la coquille du moule est cuite dans un four de frittage à plus de 1000° Celsius. L'alliage souhaité peut alors être fondu et versé dans le moule en céramique préchauffé.

Après refroidissement, la coquille est retirée mécaniquement et les pièces moulées finies peuvent être retravaillées. Un traitement thermique de normalisation ou de trempe est appliqué à la plupart des alliages dans le moulage à la cire perdue. La qualité de surface du moulage à la cire perdue est identique à celle du moulage par injection. Par conséquent, cette technologie hybride offre une bonne alternative si une pièce présente des géométries trop complexes pour les autres procédés de production.

Plus d'informations ici : Blog sur le moulage à la cire perdue

Conclusion : il existe suffisamment de combinaisons matériau/technologie pour obtenir une finition de surface de haute qualité.

Ces dernières années, la fabrication additive a fait d'énormes progrès dans le domaine de la qualité de surface. Grâce à une combinaison astucieuse de matériau de départ et de technologie d'impression, il est possible de produire des surfaces de haute qualité qui ressemblent à celles des pièces moulées par injection. Des post-traitements manuels ou chimiques peuvent être utilisés pour lisser des surfaces imprimées en 3D, même très rugueuses. La nouvelle technologie hybride du moulage à la cire perdue offre en outre de nouvelles possibilités pour réaliser des surfaces de pièces imprimées d'une perfection maximale.

Remarques sur la commande et l'alignement dans l'espace d'installation

Lors de l'imbrication, c'est-à-dire du placement des composants dans l'espace d'installation, les partenaires d'impression de Jellypipe veillent à ce qu'ils soient alignés de manière optimale. Si un composant nécessite spécifiquement une qualité de surface particulièrement élevée sur un côté, veuillez créer une "demande individuelle". Décrivez l'exigence correspondante afin que le composant puisse être placé en conséquence pendant l'impression 3D, ou nous pouvons recommander une retouche si nécessaire.

Vous avez d'autres questions sur les surfaces et les qualités ? Nos partenaires en solutions se feront un plaisir de vous aider : Contacter un partenaire solution

Votre Jellypipe

 

Auteur

Markus Grimm
Chief Virtual Printfactory

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