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Frittage Laser Selectif

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Masterclass Protolabs’ Insight

Notre série de vidéos Insight vous aidera à maîtriser la fabrication numérique.

En plus de nos conseils de conception mensuels, nous publions désormais régulièrement ces nouvelles vidéos : chacune d'entre elles vous donne un aperçu plus approfondi de la manière de concevoir de meilleures pièces. Nous aborderons des sujets spécifiques tels que le choix du bon matériau d'impression 3D, l'optimisation de votre conception pour l'usinage CNC, les finitions de surface pour les pièces moulées, et bien d'autres encore.

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Insight : Frittage sélectif par laser – Des pièces entièrement fonctionnelles avec le procédé SLS

10.06.2020

Bonjour et bienvenue dans notre vidéo Insight. 

Cette semaine, je vais vous parler de l’une des technologies les plus utiles pour le prototypage rapide et la production en petites séries de pièces en plastique. 

Il s’agit d’un type d’impression 3D appelé « frittage sélectif par laser », ou SLS.

Le frittage consiste à chauffer ou mettre sous pression des particules de métal, de céramique et de polymères, pour les fusionner en une masse solide.

Le processus n’est pas nouveau, la nature fusionne depuis des millions d’années les matériaux sédimentaires pour les transformer en ardoise et en quartzite. Mais si la nature peut prendre son temps, je suppose que vous avez besoin de vos prototypes ou pièces dans un délai un peu plus court ?

Avec le processus SLS, vous pouvez obtenir des prototypes ou des pièces en moins de 7 jours.

Contrairement à la nature, le SLS utilise un laser CO2 contrôlé par ordinateur pour « dessiner » les tranches d’un modèle CAO dans un lit de matière pour construire progressivement la pièce. Il fusionne donc les particules de taille micronique, une couche à la fois.

Ce processus formidable n’a pas besoin de structures de support et crée des pièces pleinement fonctionnelles. C’est la seule technologie d’impression 3D qui permette de fabriquer des charnières intégrées et des assemblages à emboîtement durables.

Cela en fait un excellent choix pour le prototypage de composants qui pourraient être produits à terme par moulage par injection, ou même comme alternative pour les petites séries.

Cependant, il ne résout pas tous les problèmes et présente certaines limitations. Tout d’abord, le nylon, le PP et le TPU sont les seules matières disponibles pour une pièce SLS. Heureusement, ce sont des polymères assez polyvalents avec un large éventail d’applications.

Le choix exact du nylon dépend de l’utilisation future de la pièce. 

Examinons un exemple. Le PA  11 Black (ancien nom, c’est PA11 Black maintenant) noir, qui est similaire à un nylon 11 non chargé, est un bioplastique résistant qui constitue un excellent choix pour les pièces nécessitant une charnière intégrée, comme un couvercle de pilulier. Il possède l’un des seuils d’allongement de rupture les plus élevés de tous les nylons.

Vous avez probablement déjà deviné qu’il est noir. Il permet par ailleurs des surfaces lisses et un bon niveau de détail des pièces, il est très résistant aux substances chimiques et n’absorbe pas l’eau. Cela le rend idéal pour des produits aussi divers que les conduites de carburant, les cathéters, les chaussures de tennis et les connecteurs électriques.

Bien sûr, il y a beaucoup d’autres nylons et je risquerais de vous lasser avec l’énumération de leurs propriétés, mais parlez-en à votre fournisseur, je suis sûr qu’il vous aidera à choisir la meilleure matière pour votre composant.

Une conception efficace des pièces est encore plus importante que le choix de la matière. Pour une pièce de bonne qualité, il faut en effet contrôler les incurvations  pendant la construction et le gauchissement post-construction.

Une grande partie de cette responsabilité revient à votre fournisseur, alors discutez avec lui de la manière dont il va s’y prendre. L’un des moyens consiste pour le technicien à incliner légèrement les pièces dans la chambre de construction. Cela peut provoquer des marches d’escalier et un toucher un peu rugueux, mais nous traiterons cette question dans une minute.

De nombreuses règles de conception que nous utilisons pour le moulage par injection s’appliquent également au procédé SLS. Cela en fait un excellent choix pour les prototypes de pièces qui seront moulées à terme. 

Alors, que devez-vous prendre en compte une fois devant votre ordinateur ? Bien entendu, des aspects comme l’utilisation de bossages pour les trous, d’entretoises pour le support et la suppression des sections transversales épaisses. Voici une liste d’autres points :

Ajoutez des arrondis là où les parois se rejoignent pour diminuer les contraintes.

Visez une épaisseur de paroi uniforme. Nous recommandons entre 1,5 et 3,8 mm pour réduire l’incurvation et le gauchissement.

Et pour ce dernier, pensez à utiliser des nervures intégrées pour le soutien, en particulier sur les grandes surfaces planes.

Si vous réalisez un prototype pour une pièce devant accueillir des composants surmoulés ou des inserts filetés, vous serez heureux d’apprendre que le sertissage à chaud peut être mis en œuvre comme procédé secondaire sur les pièces SLS.

J’ai mentionné qu’une pièce fabriquée par SLS peut être un peu plus rugueuse que pour d’autres technologies de fabrication additive : honnêtement, il n’est pas nécessaire de trop s’en inquiéter. Pour la plupart des prototypes fonctionnels, le procédé sera suffisant, et votre fournisseur devrait d’ailleurs pouvoir grenailler la plupart des pièces pour créer un fini mat et lisse.

Quoi d’autre ? Un texte très fin peut poser problème, la taille minimale des caractères pour le SLS étant de 1 mm. En effet, les très petites polices peuvent se bourrer de poudre, ce qui rend la typographie illisible. L’insertion de texte donne de meilleurs résultats, mais reste limitée aux éléments de dimension supérieure à 0,5 mm.

Enfin, le SLS est légèrement moins précis que d’autres procédés de même type, comme le frittage laser direct de métal. Par contre, le SLS peut travailler dans un volume de  676mm x 367mm x 564mm) bien supérieur à celui de son homologue.

Comme d’autres technologies, celle-ci prend donc une place importante et, pour le bon produit ou prototype, elle pourrait bien être votre meilleure option. C’est toujours une bonne idée d’identifier un fournisseur qui propose une gamme de différentes technologies d’impression 3D ou autres, afin de trouver celle qui répond le mieux à vos besoins.

Eh bien, c’est tout pour cette semaine. J’ai hâte de vous revoir vendredi prochain.

 

Nos remerciements à Natalie Constable.

 

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