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Utiliser la Multi Jet fusion pour des pièces fonctionnelles imprimées en 3D

Créer des pièces prototypes et de série avec la technologie d’impression 3D d’HP

Le géant des hautes technologies HP a développé et lancé la Multi Jet fusion (MJF), une technologie d’impression 3D de qualité industrielle qui fabrique de manière rapide et précise des prototypes fonctionnels et pièces de production pour une grande variété d’applications. Protolabs a fait partie des sites tests pour ce processus de fabrication additive en raison de son expérience en impression 3D industrielle, et vient d’ajouter des imprimantes HP Jet Fusion 3D 4200 à sa gamme d’outils de fabrication. Voici quelques considérations à avoir à l’esprit lorsque vous concevez pour la MJF.

Similarités avec le SLS

Si vous connaissez le frittage laser sélectif (SLS), vous serez bientôt un maître de la MJF. Il s’agit de deux technologies d’impression 3D sur lit de poudre, utilisant une chambre de chauffe pouvant être utilisée entièrement pour fabriquer les pièces - il n’y a pas besoin de supports comme ceux d’autres processus d’impression 3D. Alors que le SLS utilise un laser pour faire fondre chaque couche successive de poudre, la MJF utilise un élément chauffant infrarouge, associé à des agents de fusion et agents détaillants.

Pourquoi la MJF est différente
  • Résolution : la MJF imprime par couches de 80 microns d’épaisseur, et peut se vanter d’une taille minimale de détail de 0,5 mm. C’est mieux que les 0,75 mm du SLS, mais les détails de pièces fabriquées en MJF sont un peu plus variables dans cette plage de dimensions, avec des tolérances attendues de+/-0,25 mm +/-0,002 mm/mm, au lieu de 0,2 mm +/- 0,002 mm/mm pour le SLS. Notez que ces tolérances vont varier suivant la dimension de la pièce et sa géométrie, donc soyez attentifs pour les pièces qui demandent des ajustements précis, notamment les boîtiers ou pièces multiples d’un assemblage.
  • Dimension de pièce : avec 284 mm par 380 mm par 380 mm, l’enveloppe maximale d’une pièce MJF est un peu inférieure à celle de 676 mm x 367 mm x 564 mm possible avec le SLS. Cela signifie que les dimensions maximales de toute pièce fabriquée par MJF ne peut dépasser 264 mm x 343 mm x 348 mm, ce qui reste très important pour la plupart des pièces imprimées en 3D.
Ingénieurs utilisant la Multi Jet Fusion d'HP
Mulit Jet Fusion d'HP
How MJF is Different
  • Resolution: MJF prints in layers 0.003 in. (80 microns) thick, and boasts a minimum feature size of 0.020 in. (0.5mm). This is finer than the 0.030 in. (0.75mm) produced with SLS, but MJF-produced part details are a bit more variable at this size range, with expected tolerances of +/-0.004 (0.10mm) over the first inch vs. +/-0.001 (0.025mm) for SLS. Be aware that these tolerances will vary depending on part size and geometry, so pay particular attention on designs that require tight clearance such as housings or multiple mating parts in an assembly.
  • Part Size: At 11.1 in. by 14.9 in. by 14.9 in. (284mm by 380mm by 380mm), MJF’s maximum build envelope is a bit smaller than the 19 in. by 19 in. by 17 in. size available with SLS. This means the maximum dimensions of any individual MJF-generated part cannot exceed 13.5 in. by 10.4 in. by 13.7 in. (343mm by 264mm by 348mm), although this is plenty big for many 3D-printed parts.
  • Materials: Because MJF currently prints only unfilled Nylon 12 (PA12), SLS has a slight edge in terms of available materials and colors (for now). However, Nylon 12 provides a breadth of mechanical or thermal properties that are often required of functional parts and in end-use applications. If cosmetics are important, we suggest dying the natural salt-and-pepper gray of MJF parts black (which Protolabs does in-house), and also recommend a light bead blast for parts made with either MJF or SLS.
  • Matières : la MJF ne permettant d’imprimer aujourd’hui qu’avec du Nylon 12 (PA12), le SLS a une légère avance en termes de matières et couleurs disponibles (à l’heure actuelle). Toutefois, le Nylon 12 fournit toute une plage de caractéristiques mécaniques ou thermiques qui sont souvent nécessaires pour les pièces fonctionnelles ou applications utilisateurs. Chez Protolabs, nous appliquons un colorant noir sur les pièces MJF et nous vous recommandons également un grenaillage léger pour les pièces fabriquées soit par MJF, soit par SLS.
La MJF comparée au SLS en un coup d'œil
Multi Jet Fusion (MJF) Frittage Laser Sélectif (SLS)
Une résolution de détail plus fine   Meilleure précision des détails (petites tolérances)

Demande une teinture noire pour une couleur régulière

Couleur de surface plus régulière sans opérations secondaires
Nouveau processus avec durée de fabrication plus rapide Processus éprouvé avec une durée de fabrication plus longue
Des propriétés mécaniques plus isotropes dans la direction de fabrication Z, comparées à d’autres processus de fabrication additive Choix de matières plus important, y compris matières chargées ou spécifiques
Rugosité de surface améliorée  Enveloppe maximale de pièce plus importante

Processus d'impression dans le Multi Jet Fusion
Le Multi Jet fusion applique de manière sélective des agents de fusion et agents détaillants sur un lit de poudre de Nylon, qui est fondu en milliers de couches par des éléments de chauffe pour le transformer en composants fonctionnels solides.
Des pièces plus solides, un processus plus rapide

Il est également important de considérer les domaines dans lesquels la MJF est excellente. Pour commencer, la MJF fabrique des pièces solides, avec une résistance à la traction en haut de la plage possible avec le SLS (charge maximale : XY et Z 48 MPa). Plus important encore, la MJF garantit des propriétés mécaniques plus isotropes dans chaque direction de la géométrie de la pièce - bien plus que sur d’autres imprimantes sur base poudre - un facteur qui est spécialement souhaitable pour les pièces complexes à nombreuses facettes, lorsque la résistance et la fiabilité sont nécessaires à tous les niveaux de la pièce. Donc même si la MJF est un peu moins précise que le SLS pour les petits détails, ces derniers seront plus robustes.

La MJF est également plus rapide que les processus concurrents. Plutôt que de créer progressivement chaque détail dans une couche, la MJF scanne toute la surface à chaque passage à une vitesse régulière, indépendamment du nombre de pièces dans cette couche (de la même manière qu’une imprimante laser imprime chaque page d’un document). Suivant ce qui est imprimé en 3D, la fabrication peut être plusieurs fois plus rapide que les technologies concurrentes, même avec des quantités plus importantes. Pour comprendre l’impact que cela peut avoir sur votre projet, téléchargez votre fichier CAO et comparez le délai et le prix du devis par rapport à d’autres prestations d’impression 3D ou d’usinage de Protolabs.

Pièces imprimées par Multi Jet Fusion
Les pièces Multi Jet Fusion sont imprimées en 3D dans un matériau Nylon 12 gris naturel, cependant, les pièces peuvent être facilement teintes en noir (comme sur la photo) pour une apparence esthétique améliorée.
Éléments de conception à prendre en compte

La plupart des conseils de conception pour le SLS et même pour les pièces moulées par injection s’appliquent également à la MJF :

  • Les parois minces ou grandes surfaces plates doivent être renforcées par des nervures ou goussets, et les trous doivent être entourés de bossages si possible.
  • Des textes en relief et des détails esthétiques inférieurs à 0,5 mm pourraient ne pas survivre à des traitements secondaires ultérieurs. Vérifiez l’analyse de faisabilité qui accompagne le devis de votre pièce.
  • Des épaisseurs de paroi comprises entre 2,5 et 3,8 mm sont idéales. Si vous sortez de cette plage, les tolérances de la pièce peuvent être affectées.
  • La MJF est excellente pour les assemblages, charnières intégrées, clips et paumelles.
  • Comme tout processus d’impression 3D, la MJF produit des "marches d’escalier" pour les angles obliques. Les surfaces dont l’esthétique est importante doivent être clairement identifiées sur le plan de pièce, ou numériquement dans l’information de fabrication produit (PMI), de manière à ce que Protolabs puisse essayer d’orienter en conséquence la pièce dans la chambre de fabrication.
  • Protolabs peut installer des douilles métalliques et des inserts taraudés chauffés dans les pièces MJF. Pour compléter la teinture en noir, nous proposons également un laquage primaire.

Cela vous paraît familier ? Comme nous l’avons évoqué au début de ce conseil de conception, la MJF est largement similaire à d’autres technologies de fabrication additive, et offre une qualité de pièce prévisible, ainsi que des règles de fabrication bien comprises. Ce qui est différent, c’est sa capacité unique de fabriquer des pièces précises avec des propriétés mécaniques isotropes, et dans la plupart des cas plus rapidement que d’autres méthodes d’impression 3D. Toutes ensemble, ces caractéristiques ont le potentiel de rendre la MJF un acteur important de la fabrication additive.

Et bien que la MJF soit limitée au Nylon PA12 à l’heure actuelle, Protolabs et HP étudient régulièrement d’autres matières, y compris des nylons retardateurs de flamme ou renforcés fibre de verre, des élastomères ou encore des couleurs multiples en une seule construction. Cela pourrait être le bon moment pour réfléchir au rôle que la MJF pourrait jouer dans vos projets de pièces actuelles et futures.

N'hésitez pas à consulter l'un de nos Ingénieurs Applications pour toute question au +33 (0) 4 56 64 80 50 ou par email : [email protected]