Les pièces imprimées en 3D sont-elles vraiment solides ?

Les imprimantes 3D créent des objets de manière additive, rendant la pièce aussi solide que sa couche la plus faible. Elles sont généralement plus faibles que la plupart des autres technologies, comme l'usinage, le moulage par injection ou les techniques de coulée de résine.

Il existe de nombreuses applications pour lesquelles nous devons prendre en compte la résistance structurelle. En raison du fonctionnement de la technologie de Dépôt de Filament Fondu (FDM), les pièces obtenues ne sont pas aussi solides que leurs homologues en moulage par injection.

Cependant, ne désespérez pas, il y a un certain nombre de considérations que nous pouvons intégrer à nos designs et configurations pour atténuer cet inconvénient.

Nous pouvons réduire ces faiblesses en réglant la bonne température d'extrusion, en augmentant le pourcentage de remplissage, en construisant des parois plus épaisses, en choisissant le bon matériau et en orientant correctement la pièce sur le plateau.

Pourquoi les pièces imprimées en 3D sont-elles plus faibles ?

La technique additive par laquelle une imprimante 3D crée des objets a une tendance inhérente à produire des pièces plus faibles comparées à d'autres procédés de fabrication, car elle dépose une couche de plastique sur l'autre qui se lient ensemble.

Si nous ne prenons pas le temps de configurer correctement les paramètres de notre impression, nous nous exposons volontairement à créer des pièces avec une mauvaise adhérence entre couches.

Des températures basses, des températures très différentes entre chaque couche et la précédente, et d'autres facteurs, peuvent entraîner une très mauvaise adhérence et des pièces globalement faibles.

La fabrication soustractive, comme l'usinage, par exemple, n'a pas ce problème car elles partent d'une matière première solide qui est sculptée dans la forme 3D désirée.

Nous pouvons aussi créer un objet par moulage par injection. En utilisant cette technique, un matériau fondu est injecté dans un moule où il refroidit et durcit en prenant la forme de la cavité. Ce processus produit des pièces solides et robustes.

Maintenant que vous connaissez la faiblesse inhérente d'une imprimante 3D, vous pourriez avoir envie de jeter votre nouvel appareil à la poubelle. Avant de le faire, je vous recommande vivement de lire la suite de l'article et d'apprendre quelques façons simples de rendre vos pièces plus solides.

Nous devrions aussi considérer que la plupart de nos pièces ne serviront pas à construire la nouvelle fusée de SpaceX. Nous pouvons nous permettre d'imprimer un Baby Yoda un peu plus faible.

Comment améliorer la résistance d'une pièce imprimée en 3D ?

Comme mentionné précédemment, il y a beaucoup de petits ajustements de configuration que nous pouvons utiliser pour rendre notre pièce plus solide en général. Parmi eux, les plus importants sont le pourcentage de remplissage, la température d'extrusion, l'épaisseur de paroi externe, le choix du bon type de filament et l'orientation correcte de notre design.

Discutons brièvement de chacun d'eux et voyons comment et pourquoi ils affectent notre impression !

Pourcentage de remplissage (Infill)

Le remplissage consiste en un motif régulier imprimé à l'intérieur de l'objet et qui remplace ce qui serait autrement un espace vide. Il fonctionne comme un support interne pour l'impression, non seulement en empêchant le dessus de s'effondrer, mais aussi en maintenant la coque externe ensemble.

Avant de nous aventurer dans ce sujet émouvant, regardez à quoi ressemblent différents pourcentages de remplissage :

En règle générale, un remplissage de 50 % augmentera considérablement la qualité et la résistance de votre impression. Des pourcentages plus élevés n'apportent que des gains marginaux de résistance, mais augmentent grandement la consommation de filament et le temps d'impression.

Vous devriez aussi savoir que nous pouvons configurer notre remplissage pour suivre différents motifs, tels que rectiligne, grille, triangulaire, wiggle*, nid d'abeille rapide, nid d'abeille complet et autres expérimentaux. Les avantages et inconvénients de chaque motif dépassent le cadre de cet article, mais vous serez mostly bien avec des remplissages rectilignes ou en grille.

*À ce jour, je ne parviens toujours pas à trouver un avantage au motif wiggle. Je suppose qu'il a existé un développeur avec du temps libre et un goût pour les formes sous-optimales.

Épaisseur de paroi (Wall Thickness)

L'épaisseur de paroi est la largeur de la coque la plus externe de notre impression et détermine principalement sa résistance globale.

De nombreux fabricants de filament affirment qu'il suffit d'imprimer avec des parois externes de 0,8 mm pour avoir une impression solide, mais j'ai trouvé que de telles parois fines produisent généralement des impressions faibles. Pour obtenir un Baby Yoda résistant, je recommande vivement de doubler la largeur à 1,6 mm. L'amélioration de la qualité globale sera très noticeable.

Quelle que soit l'épaisseur de paroi que vous choisissez, vous devriez toujours opter pour un multiple de votre diamètre de buse. J'ai mentionné 0,8 mm et 1,6 mm car la plupart des imprimantes sont livrées avec une buse de 0,4 mm. Un doctorat aigu en mathématiques sera au courant de l'incroyable calcul que j'ai effectué ci-dessus !

Régler la bonne température

Bien que la plupart des filaments utilisés en impression 3D soient une sorte de thermoplastique, ils ont une composition chimique différente. Par conséquent, ils ont chacun des températures optimales différentes.

En règle générale, le PLA devrait être réglé entre 180 °C et 220 °C, l'ABS entre 210 °C et 250 °C, le PETG entre 220 °C et 250 °C et le Nylon entre 240 °C et 260 °C.

Si vous avez acheté un autre filament, regardez son emballage et vous trouverez probablement la température recommandée selon le fabricant. En fait, oubliez les plages que je vous ai données et regardez toujours la plage recommandée par le fabricant, juste au cas où.

Vous devriez toujours chercher à trouver la température parfaite pour votre imprimante 3D et votre filament, car elle déterminera la qualité de l'adhérence entre couches.

Des températures d'extrusion basses mènent à une mauvaise adhérence entre couches. Vous pourriez être tenté d'aller dans l'autre sens et de chauffer votre filament le plus possible, mais cela vous mènera dans toutes sortes de nouveaux problèmes que vous pouvez googler ! Alerte spoiler : impressions sales, mauvais surplombs, et qualité globalement basse.

Mais en général, si vous cherchez à améliorer la résistance de votre impression, régler la température légèrement plus haut fera en sorte que la nouvelle couche de plastique extrudé se lie beaucoup mieux à la précédente.

Orientation de la pièce

Il est toujours important de garder à l'esprit que les pièces imprimées en 3D seront les plus solides dans le plan parallèle au plateau d'impression et plus faibles sur le plan vertical. Lors du positionnement de votre design dans le trancheur, demandez-vous toujours dans quelles directions il sera sollicité et quelles forces il subira.

Si vous n'êtes pas sûr de la réponse, considérez le cas d'un cylindre creux ennuyeux et probablement inutile*.

Si vous l'imprimez en orientation verticale, l'objet sera une séquence de cercles empilés les uns sur les autres. Si vous le saisissez à chaque extrémité et essayez de le plier, il sera assez facile de casser le cylindre.

*Je devrais probablement mentionner qu'au cours de l'histoire, les cylindres ont clairement prouvé leur utilité. Cela est clairement hors du champ de l'article d'aujourd'hui, je laisse la preuve au lecteur.

Vous pourriez être tenté de penser que vous êtes incroyablement fort, et peut-être l'êtes-vous, mais vous devriez aussi être conscient du fait que vous avez imprimé un cylindre très faible.

Si vous avez encore du filament de rechange et choisissez de l'imprimer en orientation horizontale, vous remarquerez que la pièce est plus difficile à casser à cause de la façon dont les lignes de filament sont extrudées.

L'inconvénient de ce positionnement est que vous devrez peut-être ajouter des supports à l'impression à cause des angles que cette orientation a créés.

Pourquoi tout doit-il être un compromis en impression 3D ? Il n'y a pas de repas gratuit dans ce hobby !

Utiliser un filament plus résistant

Bien que cela puisse sembler évident, utiliser un type de filament différent peut faire des merveilles en termes de résistance globale.

Cependant, toutes les imprimantes ne sont pas capables d'imprimer avec tous les filaments existants, mais il y a définitivement des alternatives que vous pouvez utiliser même sur des imprimantes abordables, comme l'Ender 3.

Le Polycarbonate et le Nylon sont considérés comme les filaments les plus résistants actuellement disponibles, et si votre imprimante peut les gérer et que vous avez besoin d'une impression extrêmement solide, imprimez votre objet avec ceux-ci.

Si vous imprimez avec du PLA, essayez le PETG car il est facile à travailler et est aussi un peu plus flexible ainsi que beaucoup plus résistant à la chaleur.

Comment rendre les pièces imprimées en 3D plus solides

Voici un résumé rapide sur la façon d'imprimer votre modèle de manière à augmenter sa résistance :

1. Choisissez un motif de remplissage résistant (généralement nid d'abeille).
2. Augmentez le pourcentage de remplissage (aller au-delà de 50 % commencera à donner des rendements décroissants significatifs).
3. Augmentez l'épaisseur de paroi ou de coque externe.
4. Augmentez la température d'impression par incréments de 5 °C jusqu'à trouver la meilleure.
5. Changez l'orientation de l'impression pour que les lignes de couches soient parallèles aux forces qui s'exerceront sur elle.

Conclusion

Comme vous pouvez le voir, il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire pour améliorer la résistance globale de nos objets et surmonter une faiblesse inhérente de la technologie que nous avons choisie.

Si l'avenir du monde dépend de votre capacité à imprimer un Benchy solide mais que vous n'avez pas le temps de lire l'article complet, faites simplement ce qui suit.

Bonnes impressions !

Consultez notre section produits recommandés

Nous avons créé une section produits recommandés qui vous permettra d'éliminer les conjectures et de réduire le temps passé à rechercher quelle imprimante, quel filament ou quelles mises à niveau acheter, car nous savons que cela peut être une tâche très intimidante et qui mène généralement à beaucoup de confusion.

Nous avons sélectionné seulement une poignée d'imprimantes 3D que nous considérons comme bonnes pour les débutants comme pour les utilisateurs intermédiaires, voire experts, facilitant ainsi la décision. Les filaments et les mises à niveau listés ont tous été testés par nos soins et soigneusement sélectionnés, vous savez donc que celui que vous choisirez fonctionnera comme prévu.