Qu'est-ce que l'impression 3D par frittage laser sélectif (SLS)

Le frittage sélectif au laser ou l'impression 3D SLS est une technologie populaire utilisée par de nombreuses entreprises, amateurs et inventeurs qui souhaitent des pièces imprimées en 3D de qualité. Le processus consiste à utiliser un faisceau laser contrôlé par le modèle CAO pour fusionner le matériau en poudre, ce qui produit un modèle imprimé en 3D.

L'impression SLS est unique. Cependant, cela nécessite une connaissance et une compréhension accrues pour une meilleure utilisation. Cet article répondra à la question de savoir ce qu'est le frittage sélectif par laser en introduisant le concept d'impression 3D SLS. Il discutera ensuite du processus et de la manière dont vous pouvez l'appliquer à votre projet. Continuez à lire !

Présentation :Qu'est-ce que l'impression SLS ?

L'impression SLS est une technologie qui consiste à fusionner des matériaux en poudre à l'aide d'un laser pour former un modèle 3D rigide. La plupart des entreprises le préfèrent en raison de sa grande précision et de son aptitude à fabriquer des produits géométriquement complexes.

Brève histoire de l'impression SLS

Carl Deckard et Joe Beaman, étudiant et professeur de génie mécanique à l'Université du Texas, ont développé la technologie SLS AM. La méthode est une technologie de fusion sur lit de poudre (c'est-à-dire qu'elle implique l'utilisation d'énergie thermique pour fusionner sélectivement des régions d'un lit de poudre) et a été brevetée en 1980.

En raison de l'amélioration massive de la méthode, elle convient à de nombreux matériaux tels que les plastiques, la céramique et le verre. Par conséquent, il est largement adopté comme la stéréolithographie et le processus de modélisation par dépôt de fil fondu, même s'il est coûteux et complexe.

Comment fonctionne l'impression 3D SLS ?

L'impression 3D SLS est une technologie unique connue pour l'exactitude, la précision et la qualité des pièces imprimées en 3D. Vous trouverez ci-dessous un guide étape par étape sur son fonctionnement :

Préparer les fichiers CAO

Concevez un fichier CAO à l'aide d'un logiciel CAO et exportez-le dans un format de fichier imprimable en 3D (par exemple, OBJ ou STL). Spécifiez les paramètres d'impression, l'orientation et la disposition des modèles, les estimations des temps d'impression et le découpage. Après avoir préparé les fichiers CAO, envoyez les instructions à l'imprimeur.

Préparer l'imprimante

La préparation de l'imprimante 3D dépend du type d'imprimante que vous utilisez. Vous aurez peut-être besoin d'une formation approfondie sur les imprimantes 3D SLS traditionnelles pour les préparer. Pour une imprimante SLS de paillasse, vous avez quelque chose de simple et d'efficace.

Impression

L'opérateur dépose le matériau en poudre sur la plate-forme (lit de poudre) située dans la chambre de construction. L'imprimante 3D SLS fritte ensuite la poudre à l'aide du laser sur des parties spécifiques de la plate-forme sous le contrôle de la conception CAO.

Cela crée la pièce imprimée en 3D solide dans une masse de matériaux en poudre non fondus. Après la fusion, la plate-forme s'abaisse d'une couche vers la chambre de construction et le processus se répète.

Refroidissement

La chambre de construction se refroidit lentement à l'intérieur et à l'extérieur de l'enceinte d'impression pour garantir les performances mécaniques optimales du modèle 3D.

Post-traitement

L'opérateur retire la pièce finie de la chambre de construction et la sépare des matériaux en poudre non fondus. Les matériaux en poudre non fondus sont recyclables et le modèle imprimé en 3D peut être soumis à des processus de post-traitement.

Avantages de l'impression SLS

L'impression 3D SLS est une technologie populaire dans plusieurs industries en raison de ses avantages. Vous trouverez ci-dessous quelques avantages du processus.

Pas besoin de structures de soutien

Le SLS ne nécessite pas de structures de support spécialisées, contrairement à d'autres procédés de fabrication additive, par exemple la stéréolithographie (SLA) et la modélisation par dépôt de fusion (FDM). Cela est dû à la poudre non frittée qui est présente lors de l'impression.

Capacité à réaliser des conceptions complexes

En raison de la structure de support, l'impression 3D SLS convient à la réalisation de conceptions très complexes. Grâce à la technologie, les concepteurs peuvent explorer et libérer différentes possibilités de conception impossibles avec le processus traditionnel. Un autre avantage unique de SLS en termes de conception est que le concepteur peut consolider des assemblages complexes nécessitant plusieurs pièces en une seule.

Haute Productivité

L'impression 3D SLS est l'une des technologies de fabrication additive les plus rapides sans perte de fonctionnalité de la pièce finie. Comparé aux méthodes de dépôt de couches telles que FDM, le processus est également très précis.

La productivité est élevée en raison de la maximisation de l'espace de construction de l'imprimante 3D qui lui permet de travailler avec plusieurs pièces. Cela réduira également le temps de post-traitement.

Coût compétitif par pièce

Le coût par partie de l'utilisation d'un processus n'est possible qu'après avoir pris en compte la propriété de l'équipement, les coûts des matériaux et de la main-d'œuvre. L'impression 3D SLS a un coût par pièce moindre en raison des éléments suivants

• Il peut produire plus de pièces pendant toute sa durée de vie.
• Il minimise le gaspillage de matériaux en poudre de frittage laser car les matériaux non frittés sont recyclables.
• Le flux de travail est automatisé, ce qui réduit les erreurs humaines et améliore la productivité.

Modification facile de la conception

L'impression SLS permet une modification facile du design. Par conséquent, les concepteurs peuvent fabriquer des prototypes et des pièces d'utilisation finale en utilisant la même machine et les mêmes matériaux. Cette facilité de modification garantit une moindre consommation de temps et d'argent, contrairement aux processus traditionnels.

Inconvénients de l'impression SLS

Même si la fabrication additive SLS est populaire dans plusieurs industries, elle présente également des inconvénients. En voici quelques-unes dont vous devez prendre note :

Limitation des matières premières

Il s'agit d'une restriction sur les types de matériaux adaptés à SLS AM. La technologie convient aux polymères plastiques, à la céramique et au verre, le nylon étant le plus courant. Par conséquent, pour ceux qui apprécient les avantages du SLS, la limitation des matières premières peut être contraignante.

Facteurs de santé

La matière première utilisée dans l'impression SLS est sous forme de poudre et peut être inhalée si aucune précaution n'est prise. Cela peut entraîner plusieurs problèmes de santé tels que l'asthme et le cancer. De plus, les fabricants doivent dépenser beaucoup pour s'assurer que les opérateurs se parent de gants, d'un masque à filtre à air et d'autres protections corporelles appropriées.

Coût des imprimantes SLS

Généralement, les imprimantes SLS ont un coût élevé. Bien que l'imprimante SLS de table soit moins coûteuse que les imprimantes traditionnelles, son prix est élevé par rapport à d'autres technologies telles que SLA et FDM.

Post-traitement difficile

Les pièces imprimées en 3D SLS ont une texture rugueuse et sont applicables à des fins mécaniques et de test. Leur conception et leur texture complexes rendent difficile le choix de la bonne méthode de post-traitement. Par exemple, la teinture est préférable à la peinture en raison de sa facilité d'utilisation. Cependant, la teinture peut également augmenter la dimension de la pièce, la rendant inadaptée aux produits de finition où la dimension doit être intacte.

Matériaux de Frittage Laser Sélectif

Les matériaux SLS sont toujours sous forme de poudre et comprennent des polymères plastiques, de la céramique et du verre. Parmi les nombreux matériaux, les polyamides/nylons sont les plus courants en raison de leur comportement de frittage idéal et de leurs propriétés mécaniques (par exemple, durabilité, stabilité environnementale et résistance aux chocs). De nombreuses variantes sont utilisées dans l'impression SLS, chacune adaptée à différentes industries. Vous trouverez ci-dessous des variantes que vous pouvez appliquer à votre projet.

Nylon 11

Le nylon 11 est fabriqué à partir d'huile de ricin. Il a une ductilité, une flexibilité, une résistance, une résistance aux chocs, une résistance chimique, une faible absorption et une usure plus élevées. Par conséquent, il est idéal pour fabriquer des pièces qui nécessitent une charnière vivante, par exemple, des gabarits et des fixations, des boutons-pression, des clips et des charnières.

Nylon 12

Le nylon 12 est le matériau d'impression 3D SLS le plus courant, connu pour sa polyvalence, sa résistance élevée aux chocs et à la température, sa durabilité et sa stabilité dans diverses conditions environnementales. Il présente également de grands détails et une précision dimensionnelle, ce qui en fait le matériau idéal pour le prototypage haute performance. Il est également rigide et résistant, mais il est légèrement plus rugueux que les autres nylons et convient à la fabrication de gabarits, de montages et d'outils permanents.

Nylon 12 GF

Le nylon 12 GF est un matériau d'impression 3D SLS composite chargé de verre. Il présente une excellente rigidité mécanique, une stabilité dimensionnelle supérieure, une stabilité thermique et une belle finition de surface, ce qui le rend adapté à plusieurs environnements industriels.

Nylon rempli d'aluminium

Le nylon chargé d'aluminium convient aux pièces à haute brillance métallique. En raison de la partie en aluminium, il est rigide et a une conductivité thermique élevée. Cependant, il n'est pas électriquement conducteur. Le matériau convient aux outillages et montages rapides.

Nylon chargé de fibre de carbone (PA-FR)

Le nylon chargé de fibre de carbone est un matériau connu pour sa rigidité et son faible poids. Il convient à la fabrication de produits applicables à des températures élevées ou à des situations de haute performance. Il s'agit notamment de la fabrication d'équipements sportifs, d'outils rapides, de drones et de courses.

Options de post-traitement de l'impression SLS

Après l'impression, vous pouvez directement utiliser les pièces imprimées en 3D SLS. Cependant, vous pouvez également soumettre les pièces imprimées à d'autres options de post-traitement pour une meilleure esthétique ou fonctionnalité. Les options de post-traitement courantes incluent :

Grenaillage

Le grenaillage est une méthode de post-traitement courante qui consiste à propulser des matériaux abrasifs contre une surface. Les matériaux concernés sont des "billes" de verre ou de plastique adaptées pour obtenir une surface lisse ou ébavurer la surface du matériau. Il y a un léger changement dans la dimension de la pièce lors de la soumission au grenaillage. Par conséquent, il ne convient pas aux pièces où les détails sont importants.

Polissage

Le polissage est une autre méthode de post-traitement pour obtenir une pièce imprimée en 3D avec une surface lisse et brillante. Il s'agit de nettoyer la surface et d'appliquer un traitement chimique. Le polissage est plus important en esthétique. Par exemple, l'industrie automobile l'utilise pour obtenir une réflexion spéculaire importante.

Galvanoplastie

La galvanoplastie est un processus qui consiste à revêtir la pièce frittée à l'aide d'un autre métal via une configuration électrochimique. Ici, la partie frittée est la cathode, tandis que le métal de revêtement est l'anode. Tous deux sont immergés dans une solution et au passage d'un courant continu, le métal enrobe la pièce frittée. Les pièces imprimées en 3D soumises à la galvanoplastie deviennent électriquement conductrices avec une résistance et une fonctionnalité améliorées. Selon le matériau utilisé pour le revêtement, il peut également devenir esthétiquement attrayant.

Teinture

La teinture consiste à appliquer des colorants ou des pigments sur la pièce imprimée en 3D pour obtenir une esthétique. La pièce imprimée est nettoyée et immergée dans un récipient de teinture. Selon les types de colorants, vous pourriez avoir besoin d'un adhésif. La teinture conduit à une couverture complète de la surface interne et externe et pénètre la pièce jusqu'à une profondeur. Lorsqu'il est utilisé, il peut augmenter la dimension de la pièce, ce qui le rend inadapté aux produits qui nécessitent de contrôler la dimension de la pièce.

Peinture

La peinture consiste à appliquer plusieurs substances telles que des pigments, de la peinture ou de la couleur sur une pièce imprimée en 3D. Les pièces imprimées en SLS 3D peuvent être peintes avec une résistance à l'usure, une dureté de surface, une étanchéité à l'eau et des marques et taches limites. La peinture augmente également la dimension de la pièce. Par conséquent, il peut ne pas convenir aux produits qui nécessitent un contrôle important de la dimension de la pièce.

Types d'imprimantes SLS

Toutes les imprimantes SLS fonctionnent selon les procédures décrites précédemment. Cependant, il existe des différences en fonction de leur type de laser, de leur volume de construction et de leur conception 3D. Il existe de nombreux types d'imprimantes SLS sur le marché. Cependant, ils sont majoritairement divisés en deux catégories, à savoir :

· Imprimantes 3D traditionnelles à frittage sélectif par laser

Les imprimantes 3D SLS traditionnelles sont les imprimantes idéales pour les bureaux de service et les grandes entreprises en raison de leur prix élevé et de leur volume de fabrication élevé. Ils utilisent un ou plusieurs lasers haute puissance pour le frittage et nécessitent un environnement inerte pour empêcher l'oxydation et la dégradation du matériau en poudre.

Les imprimantes 3D SLS traditionnelles prennent beaucoup d'espace, la plus petite occupant environ 10 m² d'espace. Ils ont également un coût élevé, avec un prix de départ d'environ 100 000 $. Par conséquent, ils ne sont pas accessibles par de nombreuses entreprises.

· Imprimantes de laboratoire industrielles à frittage sélectif par laser

Les imprimantes SLS industrielles de paillasse sont différentes des imprimantes traditionnelles car il y a un compromis dans leur capacité. Les compromis peuvent être une qualité inférieure des pièces et des flux de travail manuels complexes, ce qui affectera leur utilisation dans les environnements industriels et de production. Ils ont une petite taille par rapport aux imprimantes traditionnelles mais avec un volume de construction plus petit. Néanmoins, ils produisent des pièces de haute qualité.

Applications industrielles de l'impression SLS

L'impression 3D SLS est un processus courant utilisé dans le développement de produits dans de nombreuses industries. Vous trouverez ci-dessous quelques industries utilisant la technologie et des exemples de ses applications industrielles.

· Industrie aérospatiale

Certaines pièces utilisées dans l'industrie aérospatiale sont couramment fabriquées par la technologie d'impression 3D SLS. Des compagnies aériennes telles qu'Emirate utilisent cette technologie pour fabriquer des pièces intérieures d'avions et des composants de cabine tels que des carénages de surveillance vidéo et des grilles d'aération

· Industrie automobile

La technologie d'impression SLS permet l'innovation dans l'industrie automobile. Par exemple, les concepteurs de voitures peuvent améliorer la conception des voitures à une vitesse supérieure à celle des autres technologies traditionnelles du sport automobile. Cela se voit dans la façon dont Alfa Romeo exploite l'impression 3D SLS dans le développement aérodynamique de ses voitures.

· Industrie de consommation

L'industrie de la consommation utilise également l'impression SLS dans la fabrication de plusieurs produits. Par exemple, la société de consommation de luxe Chanel utilise la technologie SLS pour fabriquer des brosses à mascara. Grâce à cette technologie, Chanel a pu optimiser le design de la brosse à mascara.

D'autres applications incluent l'utilisation dans les produits de chaussures où des entreprises telles qu'Adidas utilisent la technologie pour produire des semelles et des sandales personnalisées.

· Santé

L'impression 3D SLS produit des pièces connues pour leur rigidité accrue, une propriété commune nécessaire dans l'industrie des soins de santé. Ici, il convient à la fabrication en interne de dispositifs médicaux prêts à l'emploi et spécifiques au patient. Il s'agit notamment de prothèses et d'orthèses (c'est-à-dire de remplacements de membres + d'appareils orthopédiques) et de modèles et d'outils chirurgicaux.

Rapid Direct – Impression SLS Service

Le frittage sélectif au laser est populaire parmi de nombreuses industries basées sur la précision, l'exactitude, la productivité parmi d'autres avantages. La maîtrise de la technologie ne peut venir qu'avec un esprit épris de recherche. Par conséquent, l'article a présenté le concept de la manière la plus simple possible. La méthode est simple; cependant, l'externalisation vers le bon service est la bonne approche pour expérimenter le meilleur processus de frittage sélectif au laser.

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FAQ

Puis-je utiliser l'impression SLS pour une faible production ?

Oui, vous pouvez utiliser l'impression 3D SLS pour les tirages à faible production. Actuellement, c'est une alternative au moulage par injection pour les petites séries. Ici, la technologie est adaptée à la fabrication de pièces aux formes et géométries complexes.

Puis-je utiliser l'impression SLS pour un prototypage rapide ?

Oui, vous pouvez utiliser l'impression 3D SLS pour prototyper rapidement des polymères fonctionnels. Elle est meilleure que d'autres techniques telles que FDM et SLA en raison de son degré élevé de liberté de conception et de précision. Par conséquent, les pièces fabriquées avec cette technologie ont des propriétés mécaniques bonnes et constantes.

Quelle est la différence entre SLS et SLM ?

L'impression SLS et l'impression SLM sont deux technologies d'impression 3D populaires avec des propriétés et des fonctions uniques. SLS implique l'utilisation d'un laser pour fusionner un matériau en poudre en élevant les matériaux à une température inférieure à leur point de fusion. Il est compatible avec les polymères plastiques tels que le nylon, le verre et la céramique. D'autre part, SLM fusionne les matériaux en poudre en les élevant à leur point de fusion. Il convient aux matériaux métalliques.

Quel est le principal inconvénient d'avoir une imprimante 3D SLS ?

Le principal inconvénient auquel les fabricants sont confrontés lors de l'utilisation du procédé est la limitation des matières premières. Actuellement, la méthode ne convient qu'aux polymères plastiques tels que PA-11, PA-12, PEEK. Par conséquent, le processus et ses avantages ne conviennent pas à d'autres matériaux tels que les métaux qui sont plus courants dans la fabrication.