Le conseil du mois - Septembre 2015



Le prototypage rapide avec la stéréolithographie

 

La stéréolithographie (ou SL) est apparue au milieu des années 1980 et s'est imposée comme processus de référence en matière d'impression 3D au cours de la décennie suivantes. Depuis cette période, la capacité de la SL à créer rapidement et avec précision des prototypes complexes a permis de transformer l'univers de la conception comme jamais auparavant.


À l'instar d'autres processus d'impression 3D tels que le frittage sélectif par laser (SLS) et le frittage laser direct de métal (DMLS), la SL fait appel aux lasers pour les tâches complexes. Les pièces sont construites en polymérisant de très fines couches de matière thermodurcissable liquide au moyen d'un laser ultraviolet (UV) qui effectue un tracé sur la surface d'un matériau afin de le faire passer de l'état liquide à l'état de couche solide. À mesure que chaque couche est réalisée, une couche de matériau frais et non polymérisée vient recouvrir la couche précédente, et le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit terminée. Un processus supplémentaire ultérieur à la construction est nécessaire sur les pièces SL, lesquelles sont soumises à un cycle de durcissement aux rayons ultraviolets afin de solidifier entièrement leur surface extérieure, de même qu'à toute exigence de finition de surface supplémentaire.


La stéréolithographie se sert d'un laser UV pour durcir des milliers de couches individuelles afin de constituer une pièce finale.

La stéréolithographie se sert d'un laser UV pour durcir des milliers de couches individuelles afin de constituer une pièce finale.


Imitation du thermoplastique

 

À la différence des générations de SL précédentes, les machines actuelles proposent un choix varié de matériaux, accompagnés de plusieurs variantes permettant d'imiter efficacement le polypropylène, l'ABS et les polycarbonates renforcés verre. Proto Labs propose plusieurs variantes de ces matériaux :

 

Accura Extreme White: Une résine flexible et durable qui imite un polypropylène rigide ou un ABS à usage général. Il peut résister à un traitement mécanique dur et est bien adapté aux détails fins tels que les angles vifs, les parois minces, les petits orifices, etc.

 

Renshape 7820: Plastique noir opaque capable de masquer la quasi-totalité de toute lumière visible et proposant des propriétés de pièces semblables à un plastique ABS.

 

Accura Clearvue: Le matériau Clearvue imite également les propriétés d'un plastique ABS à usage général, mais il présente un aspect allant de la translucidité à la transparence, et il est possible de lui conférer une finition présentant une clarté élevée pour les modèles exposés.

 

Nous attirons votre attention sur les termes « imitation du thermoplastique ». La distinction a son importance car les propriétés mécaniques des matériaux SL imitent uniquement celles de leur équivalent moulé. Si votre prototype doit être soumis à un martèlement à l'aide d'une masse ou s'il doit être laissé au soleil pendant quelques mois, sachez que les pièces SL ne confèrent pas la même résistance et la même durabilité que les pièces frittées, coulées, usinées ou moulées. La SL est donc le choix logique en matière de pièces prototypes pour lesquelles la validation de la forme et de l'ajustement (mais pas nécessairement de la fonction) constitue le facteur qui prime. Les ingénieurs du service clientèle de Proto Labs peuvent vous aider à déterminer le matériau et le processus de fabrication indiqués si une assistance est nécessaire.

 

Une excellente résolution

 

Malgré des différences quant aux propriétés des matériaux, la SL le remporte haut la main sur le SLS en termes de précision des pièces et de finition de surface. Les pièces peuvent être réalisées en résolution normale et en mode haute résolution, pour fournir des épaisseurs de couche de 0,1 à 0,025 mm et des formes de pièces ne mesurant pas plus de 0,05 mm. De ce fait, il est possible d'obtenir des détails très fins et des surfaces à l'aspect esthétique, l'aspect crénelé s'en trouvant réduit par rapport aux résultats obtenus sur les pièces imprimées telles que dans le cas du modelage par dépôt de fil en fusion (FDM).

 

La SL bénéficie également d'un avantage concernant la taille des pièces. Par exemple si vous souhaitez créer un prototype de valise ou une carrosserie pour tondeuse à gazon, il est fort probable que la SL puisse répondre à un tel besoin. Actuellement, la taille de construction maximale de Proto Labs est de 736 mm x 635 mm x 533 mm.

 

Autres considérations

 

Évitez également les trous extrêmement petits car la viscosité relativement élevée de la résine photodurcissable utilisée avec la SL peut poser des difficultés durant le processus ultérieur à la construction. Si vous inventez une nouvelle passoire vraiment innovante pourvue de trous de moins de 0,12 mm, la SL ne constituera probablement pas la meilleure solution pour un prototype. Il importe également de vérifier les parois minces. Ce sera le cas par exemple d'un couvercle de boîte à sandwich haute technologie dont les parois doivent avoir une épaisseur de 0,75 à 1 mm.

 

Gardez à l'esprit que nous devrons peut-être créer des structures temporaires devant soutenir votre pièce durant le processus de construction. Bien sûr, celles-ci seront retirées avant la livraison et généralement il ne reste aucune marque de leur présence. Il se peut que nous choisissions d'orienter la pièce selon un sens particulier afin de faciliter une construction plus adaptée, auquel cas ceci aura une influence sur l'aspect esthétique de certaines surfaces. Si certaines formes esthétiques de votre pièce nécessitent un rehaussement de la finition de surface, veuillez signaler ces surfaces lors de l'envoi de votre conception.


Les pièces SL finales sont dotées de structures qui sont intégrées et peuvent être retirées aisément au cours du post-traitement. Les supports empêchent la distorsion des formes des pièces durant la construction.

Les pièces SL finales sont dotées de structures qui sont intégrées et peuvent être retirées aisément au cours du post-traitement. Les supports empêchent la distorsion des formes des pièces durant la construction.

 

Formats de fichiers CAO 3D pour la SL

 

En ce qui concerne les formats de fichiers CAO 3D, Proto Labs accepte les fichiers STL. La plupart des systèmes de CAO commerciaux peuvent générer des fichiers STL, format natif de toute machine SL, mais si le vôtre ne permet pas cette fonctionnalité, nous vous conseillons d'envoyer un format de fichier de type neutre tel que IGES ou STEP. Veillez toutefois à éviter à tout prix les générateurs de fichiers STL gratuits que l'on trouve sur Internet. Certains d'entre eux ont tendance à créer de fichiers STL incomplets, ce qui entraîne des travaux de reprise supplémentaires et un retard de production.

 

L'un des inconvénients du format STL tient au fait qu'il est sans dimension. Cela signifie que le fichier ne contient aucune description interne des unités utilisées pour créer le modèle 3D lorsqu'il a été généré. Par exemple, le fichier peut décrire une boîte ayant les dimensions 1,0 x 1,0 x 1,0. Toutefois, si l'on ne connaît pas la façon dont le fichier a été créé, les dimensions pourraient fort bien représenter des millimètres, des pouces, des centimètres, voire des mètres.

 

Certains systèmes CAO enregistrent par défaut les unités d'origines utilisées pour modéliser les pièces, tandis que d'autres peuvent les sauvegarder sous une unité standard, laquelle peut être différente. Ceci peut entraîner une certaine confusion quant aux dimensions réelles de la pièce devant être produite. Ainsi, si la pièce devait être modélisée en millimètres et que le système CAO était configuré afin de réaliser le modèle en centimètres, la pièce réalisée par impression 3D serait 10 fois trop grande.

 

Lors de la sauvegarde du fichier, la plupart des systèmes permettent à l'utilisateur de sélectionner différentes options permettant de vérifier les paramètres utilisés pour enregistrer le fichier. Dans la capture d'écran de l'exemple ci-dessous provenant d'AutoCAD Inventor, veuillez noter la fenêtre de sélection des unités. L'utilisateur souhaitera vérifier que les unités adéquates sont sélectionnées, afin que les informations correctes sur les unités soient entrées dans le système de fourniture de prix instantané de Proto Labs pour les pièces réalisées par impression 3D.


STL FIle Save As Options

Les paramètres de résolution définissent les modalités de résolution appliquées au fichier. Le format STL représentant la pièce au moyen de maillages de triangles, un paramètre de faible résolution peut créer un fichier où les triangles seront trop grands. Ceci peut produire un fichier avec de grandes facettes, ce qui sera visible sur votre prototype. Pour la plupart des systèmes CAO, les paramètres de résolution « Élevée » ou « Fine » produisent généralement des fichiers de grande qualité.

 

La figure ci-dessous illustre la façon dont la configuration de la résolution peut avoir une incidence sur le résultat produit :


How Resolution Settings Affect Output

La SL constitue une étape importante du processus de conception et comble le vide entre les modèles numériques et usinés ou les pièces moulées par injection. Ceci permet d'avoir entre ces mains les prototypes, de pouvoir les toucher, et cela en quelques jours seulement. Il est ainsi possible d'éviter les erreurs coûteuses, de réduire les frais de développement et de réaliser de meilleurs produits à long terme.

 

Consultez le site protolabs.fr pour en découvrir davantage sur la stéréolithographie et les principaux conseils de conception afin de réaliser des pièces SL optimisées.