7 erreurs à éviter lors de la conception de pièces imprimées en 3D
Améliorez la conception de vos pièces en respectant les impératifs de la fabrication additive tels que les dimensions minimales des éléments, la prévention du gauchissement, etc.
Les concepteurs et les ingénieurs se tournent de plus en plus vers l’impression 3D de qualité industrielle (fabrication additive) pour des prototypes de haute qualité et des pièces destinées à la production. Et les possibilités d’impression en 3D sont nombreuses : chez Protolabs, nous proposons cinq procédés additifs : le frittage laser direct de métal (DMLS), la stéréolithographie (SLA), le frittage sélectif par laser (SLS), la Multi Jet Fusion (MJF) et le PolyJet.
1. Évitez les éléments trop grands ou trop petits pour certains procédés ou matières
Il s’agit d’un aspect essentiel pour plusieurs méthodes additives. N’oubliez pas que certaines géométries permettent des exceptions, alors n’hésitez pas à consulter l’un de nos ingénieurs d’application si vous avez des questions.
DMLS
L’épaisseur des parois pour l’impression 3D de métal peut être délicate et varier en fonction du choix de la matière, de l’orientation de construction et de la résolution. Le cobalt chrome, le titane et l’acier inoxydable nécessitent une épaisseur de paroi d’au moins 0,5 mm. L’épaisseur de paroi pour tous les autres métaux est de 1,00 mm.
Pour les autres métaux, la taille minimale absolue des éléments (pour les éléments saillants - solides ou denses) est de 0,2 mm à 0,3 mm d’épaisseur pour une hauteur de 0,5 mm. Il s’agit de la taille minimale de l’élément que le laser va dessiner. Cela ne signifie pas que tout élément de cette épaisseur se formera correctement ou résistera au post-traitement. Ce minimum s’applique aux éléments bien conçus situés dans le plan de dessin (x, y) tels que les parois ou les éléments verticaux.
Les possibilités de taille de trou dépendent de leur profondeur et de leur résolution. Généralement, les trous de moins de 1 mm risquent de se sceller ou d’être plus petits que prévu. Pour les trous plus petits que 1 mm il vaut mieux passer en haute résolution.
Dimensionnement des éléments |
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|---|---|---|---|
| DMLS | SLA | ||
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Tailles minimales : éléments saillants |
Micro Résolution (MR): Haute Résolution (HR): |
Micro Résolution (MR): |
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Tailles minimales : Espaces en creux (trous, fentes, canaux, lacunes) |
0.5mm |
Trous : Canaux : Fentes : |
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SLA
La précision dimensionnelle et la haute qualité de surface du procédé SLA en font un choix fiable pour les projets de haute fidélité. Toutefois, l’orientation aura un impact sur la formation des détails. Connaître ces minimums basés sur l’orientation de la construction vous aidera à mieux concevoir les pièces pour la fabrication additive.
Les trous d’un diamètre inférieur à 0,5 mm risquent de se refermer lors de la construction. Les canaux internes devraient avoir au moins 0,5 mm et les fentes devraient être de 0,4 mm. Si un modèle nécessite des trous de moins de 0,5 mm, ou une fente de moins de 0,4 mm, envisagez une matière de micro résolution, comme MicroFine™ Green et Grey. Avec le procédé SLA, nous proposons trois résolutions : normale, élevée et micro (MR).
Taille minimale des éléments pour le procédé SLA ? La technologie SLA offre l’une des meilleures résolutions du domaine. Il est possible de créer des éléments aussi petits que 0,07 mm en MR 0,13 mm en HR, et 0,25 mm en NR. Cette résolution d’élément ne peut être obtenue que dans le plan de dessin (x, y), donc des caractéristiques comme les parois supportées, les encastrements et les caractéristiques en relief (pensez aux micro-moules imprimés en 3D). Les épaisseurs de paroi sont différentes dans le sens de la construction où la taille minimale de l’élément est de 0,4 mm aussi bien en résolution RN que HR et 0,2 mm en MR dans le plan z. N’oubliez pas que plus les éléments fins sont longs/hauts, plus il leur épaisseur devra être importante pour qu’ils soient résistants.
Nylons imprimés en 3D
Pour les pièces en nylon imprimées en 3D, voici trois problèmes importants que nous rencontrons, et qui doivent être pris en compte dans le modèle CAO. Les géométries les plus courantes qui peuvent poser problème sont les trous borgnes, les filetages et les zones où les diamètres intérieurs et les cônes sont trop proches des parois extérieures.
Épaisseur de paroi : Il s’agit de l’épaisseur dans n’importe quelle direction sur les parois ou formes de la pièce. L’épaisseur de paroi minimale autorisée est de 0,8 mm pour le procédé SLS et de 0,5 mm pour le procédé MJF.
Largeurs de canaux : Il s’agit de la distance entre deux éléments. Il est important de tenir compte des largeurs de canaux pour l’impression 3D de nylon, car le processus de frittage peut fusionner deux éléments trop rapprochés. Nous recommandons une taille minimale de largeur des canaux de 0,8 mm aussi bien pour le procédé SLS que pour la MJF.
Arête aiguë : prenons une pièce présentant un élément interne, comme un contre-percement. Les dimensions peuvent descendre en dessous de la taille minimale d’élément à l’extrémité distale du trou. Cela pourrait entraîner un élément raccourci ou arrondi qui ne se forme pas correctement.
2. Évitez les fichiers STL à faible résolution
Dans certains cas, nous recevons des fichiers STL de faible résolution, ce qui entraîne des facettes grossières (surfaces similaires à celles de cristaux de roche). Ce type de fichier ne nous empêchera pas de fabriquer la pièce, mais cela pourrait affecter son esthétique. La plupart des logiciels de modélisation CAO vous permettent d’ajuster votre résolution STL dans vos paramètres d’exportation. C’est généralement la réduction de la tolérance qui améliore la résolution. Nous vous recommandons de vous assurer que vos fichiers STL sont en haute résolution (sans être trop importante afin que leur taille reste inférieure à 100 Mo pour le téléchargement) ou de nous soumettre un fichier STP/STEP que nous pourrons convertir en STL de notre côté.
À part les fichiers STL, nous acceptons les fichiers SolidWorks (.sldprt) ou ProE (.prt) natifs ainsi que les modèles CAO 3D solides d’autres systèmes CAO au format IGES (.igs), STEP (.stp), ACIS (.sat) ou Parasolid (.x_t ou .x_b).
3. Prévenez la déformation des pièces fabriquées par SLS ou MJF
Les procédés d’impression à base de poudre de type SLS ou MJF utilisent la chaleur pour fritter la poudre en une pièce solide. La chaleur qui construit les pièces peut également entraîner une déformation indésirable de celles-ci. Encore une fois, la taille des pièces et leur épaisseur globale ont le plus grand impact sur le potentiel de gauchissement des pièces. Plus les dimensions de la pièce sont importantes, notamment au-dessus de 200 mm, plus il est probable qu’elle se déformera. Plus une pièce est mince et plus ses éléments sont proches de la taille minimale, plus elle risque de se déformer. Nous avons quatre recommandations si vous craignez que la déformation ne soit un problème pour votre modèle.
- L’épaisseur de la pièce doit être uniforme et proche de 3 mm pour assurer la stabilité.
- Optez pour un nylon chargé de verre, comme le PA 12 chargé à 40 % de verre.
- Si votre pièce dépasse 200 mm et que vous êtes préoccupé par le gauchissement, une autre option consiste à utiliser une matière de nylon non chargé dans notre machine SLS à grand châssis permettant de construire des pièces de 676 mm x 367 mm x 564 mm.
- Une dernière option consiste à imprimer la pièce dans nos machines de stéréolithographie (SLA) grand format dont les dimensions atteignent 736 mm x 635 mm x 533 mm.
4. Évitez le retrait différentiel avec les procédés SLS et MJF
Tout comme la déformation des pièces, le retrait différentiel peut se produire lorsqu’une pièce présente une répartition inégale de la matière. Lorsqu’un côté de la pièce est particulièrement épais par rapport au reste de la pièce, cela entraîne un refroidissement de la pièce à des vitesses différentes. Les zones les plus épaisses se refroidissent beaucoup plus lentement que les zones plus fines, ce qui peut entraîner un retrait indésirable des pièces.
Si la pièce doit comporter un élément épais, nous recommandons de l’évider pour obtenir une coque d’environ 3 mm. Si possible, faites correspondre l’épaisseur totale de votre pièce à l’épaisseur de la coque.
5. Évitez les surplombs importants pour les pièces DMLS
Chaque procédé d’impression 3D métallique présente ses propres problèmes de conception, mais un élément commun fréquent concerne les surplombs. Contrairement aux angles autoportants constitués d’une pente douce, les surplombs sont des changements soudains de géométrie d’une pièce. Le procédé DMLS n’est pas très efficace pour fabriquer des surplombs, en comparaison à d’autres technologies d’impression 3D comme la stéréolithographie et le frittage laser sélectif. Tout surplomb supérieur à 0,8 mm doit avoir un support supplémentaire pour éviter tout dommage à la pièce. Lors de la conception des surplombs, il est sage de ne pas voir trop grand, car les éléments risquent d’être mal formés et, pire encore, l’ensemble de la construction peut s’écrouler. Consultez ce récent conseil sur la conception de pièces métalliques imprimées en 3D qui vous donner d’autres recommandations pour créer des pièces métalliques complexes, durables et légères avec le procédé DMLS.
6. Ne vous trompez pas de matière pour les pièces fabriquées par SLA
Les machines SLA d’aujourd’hui utilisent une gamme de matières de type thermoplastique, avec plusieurs options pour imiter le polypropylène, l’ABS et le polycarbonate. Toutefois, veuillez noter le terme « de type thermoplastique. » Il s’agit d’une distinction importante dans la mesure où les propriétés mécaniques des matières SLA ne font que reproduire celles de leurs homologues moulées. Les pièces SLA n’offrent pas la même résistance et la même durabilité que les pièces frittées, coulées, usinées ou moulées. Cela dit, la SLA reste un excellent choix pour des prototypes de qualité où la validation de la forme et de l’ajustement - mais pas nécessairement de la fonction - est le facteur le plus important. Vous trouverez plus de recommandations dans notre conseil de conception qui se penche sur les matières SLA et dans notre guide de sélection des matières d’impression 3D. De plus, notre équipe d'ingénieurs d’application peuvent vous guider pour le choix de votre processus de fabrication et de votre matière si nécessaire.
7. Assurez-vous que les pièces élastomères imprimées en 3D conviennent au surmoulage
Ensuite, la prudence est de mise en ce qui concerne les élastomères pour l’impression 3D. Le procédé PolyJet utilise un type spécial de photopolymère liquide « pulvérisable » dont la dureté peut être modifiée à la volée et dans la même construction. Ce procédé en fait un excellent choix pour le prototypage de pièces destinées à être surmoulées : une poignée souple avec une bonne préhension pour un outil électrique, par exemple, ou un couvercle étanche et scellé pour le boîtier d’un instrument scientifique. Des photopolymères numériques sont disponibles en blanc, noir et clair/translucide.
Par conséquent, si vous souhaitez valider la conception d’un surmoulage, c’est probablement un bon point de départ. Cependant, et c’est là qu’il s’agit d’être prudent, assurez-vous auprès d’un de nos ingénieurs d’application que votre pièce imprimée en 3D convient également au moulage. Certains concepteurs s’engagent dans la conception d’une pièce particulière, pour se rendre compte trop tard qu’elle ne peut pas être fabriquée en grande série de manière rentable. Vous trouverez de plus amples informations dans notre conseil de conception pour les élastomères et sur notre page de services de surmoulage et de moulage d’inserts.
Nous avons essayé d’aborder ici de nombreux aspects de l’impression 3D, mais comme toujours, n’hésitez pas à nous contacter pour toute question à l'adresse [email protected]