Comment obtenir des pièces imprimées en 3D plus résistantes

L'impression 3D est capable de créer des pièces solides en polymère et en métal. Cependant, certaines applications de pièces imprimées en 3D peuvent nécessiter beaucoup plus de résistance. La conception et la sélection des matériaux sont les facteurs les plus critiques qui déterminent la résistance d'une pièce imprimée en 3D. Cependant, même une pièce bien conçue peut présenter des faiblesses et échouer en service si d'autres techniques simples et importantes d'amélioration de la résistance sont ignorées.

Il existe différentes techniques pour renforcer les impressions 3D. Ceux-ci peuvent être regroupés en trois grandes catégories :géométrie de la pièce, paramètres d'impression et post-traitement.

Géométrie de la pièce

La géométrie de la pièce joue un rôle essentiel dans la détermination de la résistance d'une impression 3D. L'utilisation de congés et de chanfreins augmente la résistance mécanique des bords, tandis que les goussets et les nervures fournissent un support structurel.

Utiliser des congés ou des chanfreins

Les congés ou les chanfreins fournissent une base solide pour les sections plus minces dans les pièces 3D. Ils empêchent les buses de faire tomber les parties délicates de l'impression.

Utiliser des nervures et des goussets

Les nervures et les goussets sont de fines extrusions qui dépassent perpendiculairement d'un mur ou d'un plan. Ils fournissent un soutien et augmentent la résistance de la pièce. L'épaisseur des nervures doit être égale à la moitié de l'épaisseur de la paroi et doit être espacée d'une distance minimale de deux fois l'épaisseur des parois. Les côtes larges et hautes doivent être évitées; à la place, plusieurs petites nervures doivent être utilisées.

Paramètres d'impression 3D

Des paramètres optimaux du processus d'impression 3D sont nécessaires pour produire des pièces plus solides. Ces paramètres incluent les éléments suivants.

Remplissage en impression 3D

Le remplissage fait simplement référence à la quantité de matériau à l'intérieur des parois extérieures de la pièce 3D. Cette technique est couramment utilisée dans l'impression 3D FDM pour augmenter la résistance. Le réglage du remplissage se fait de deux manières, motif de remplissage et densité de remplissage.

Modèle de remplissage

Il s'agit d'une structure répétitive qui remplit l'espace à l'intérieur d'une pièce imprimée en 3D. Il est généralement caché à la vue. Il existe de nombreux styles de motifs de remplissage. Ils comprennent; motif triangulaire, archi, rectangulaire, nid d'abeille ou hexagonal, et concentrique. Le motif de remplissage Archi convient mieux aux pièces circulaires ou arrondies. Le motif de remplissage rectangulaire est capable de donner une pièce 100% dense grâce à sa grille parallèle et perpendiculaire. Le motif de remplissage hexagonal offre le rapport résistance/poids le plus élevé, mais il prend le plus de temps à imprimer.

Densité de remplissage

Un remplissage à 0 % n'a pas de remplissage et un remplissage à 100 % donne une pièce complètement solide. Le remplissage à 100% fait la partie la plus solide. Cependant, dans de nombreux cas, il s'agit d'une utilisation inutile de matériau qui augmente le poids et le coût. Le motif en nid d'abeille est le meilleur pour les pourcentages inférieurs à 50 %, tandis que le motif rectiligne est le meilleur pour les pourcentages supérieurs à 50 %. Les densités de remplissage courantes se situent entre 20 % et 25 %.

Orientation de la pièce

Les pièces imprimées en 3D sont plus résistantes dans les plans parallèles à l'enceinte de fabrication car la liaison moléculaire dans une couche est bien plus que les liaisons adhésives entre les couches. Ce sont les plans X et Y. Bien que cette technique soit commune à l'impression 3D FDM, elle peut être utilisée dans d'autres processus tels que SLA et SLS pour améliorer la résistance. L'orientation de la pièce dépend de l'endroit où la charge et les pressions seront ressenties dans la pièce.

Épaisseur de la coque

Cela joue un rôle important dans le renforcement des pièces 3D. Une coque plus épaisse rend une pièce plus solide. Pour l'impression FDM, une épaisseur de coque de 3 à 4 fois le diamètre de la buse est idéale pour les pièces qui seront soumises à des charges lourdes et soutenues. La plupart des processus d'impression 3D utilisent un minimum standard d'environ 1 mm d'épaisseur. Cependant, augmenter cela améliorera la résistance à la traction et aux chocs. Pour des informations détaillées sur l'épaisseur recommandée pour les autres technologies d'impression 3D, veuillez consulter nos guides de conception.

Traitement de post-production

Pour augmenter encore la résistance des pièces imprimées, vous pouvez également envisager un post-traitement. Les opérations de post-traitement suivantes peuvent augmenter considérablement la résistance des pièces imprimées en 3D.

Recuit

Le recuit est simplement un processus consistant à chauffer une pièce imprimée en 3D et à la laisser refroidir progressivement afin de soulager les contraintes internes résultant en une pièce plus résistante. Alors que les métaux et le verre peuvent être recuits, tous les polymères ne peuvent pas être recuits. Certains matériaux adaptés au recuit sont le PLA, le PET et le PA 12.

Galvanoplastie

La galvanoplastie est une technique de post-impression qui consiste à immerger la pièce dans une solution d'eau et de sels métalliques. Lorsque le courant traverse la solution, les cations métalliques forment une fine couche autour de la pièce. Cette technique peut être appliquée aux pièces 3D des imprimantes FDM, SLS, SLA ou SCM. Il donne à la pièce une propriété mécanique presque identique aux pièces métalliques, et constitue donc une alternative beaucoup moins chère à l'impression 3D métal pour plusieurs applications.

Cependant, les pièces galvanisées sont toujours en plastique à l'intérieur et donc si elles sont chauffées à une température supérieure à la température de ramollissement du plastique intérieur, la résistance interne est perdue ; même si le métal extérieur ne fond pas. Plusieurs métaux peuvent être utilisés pour la galvanoplastie, tels que le zinc, le chrome, le nickel, le cuivre, etc. Avant la galvanoplastie, il est important d'amorcer la pièce 3D pour établir une surface conductrice adaptée à l'adhérence du métal. Le graphite est couramment utilisé pour l'amorçage.

Revêtement en résine

Les résines époxy ou les résines polyester peuvent être utilisées pour le revêtement des pièces imprimées en 3D. Le revêtement époxy est un revêtement de surface insoluble réalisé avec de la peinture époxy. La peinture contient deux produits chimiques; une résine époxy et un durcisseur. Le revêtement qui en résulte est généralement plus durable et plus résistant que les pièces non revêtues. Cependant, le revêtement époxy n'est pas approprié si une précision géométrique extrême et des arêtes vives sont nécessaires pour la pièce. Les résines de polyester, en revanche, sont minces et peuvent être étalées sur des pièces complexes. La résine commence à durcir 5 minutes après l'application et prend généralement 24 heures pour sécher complètement. Le revêtement de résine peut être appliqué sur n'importe quelle pièce à partir de n'importe quelle imprimante.

Renfort en fibre de carbone

Des fibres de carbone ou de verre peuvent également être utilisées pour renforcer des pièces 3D. La fibre de carbone a un excellent rapport résistance/poids et est mieux utilisée pour les pièces utilisées dans des conditions de charge constante. Contrairement au carbone, les fibres de verre se plient jusqu'à la rupture. Les fibres peuvent être laminées de deux manières :

• Renfort en fibres courtes

Dans cette méthode, les fibres sont coupées et mélangées avec le thermoplastique pour améliorer la résistance et la rigidité

• Renforcement fibreux continu

Dans cette technique, la fibre doit être intégrée en continu dans le thermoplastique au fur et à mesure de son extrusion et de son dépôt. Cette technique nécessite deux buses pour imprimer en même temps.

Conclusion

Chez Xometry Europe, nous proposons diverses options de renforcement pour les pièces imprimées en 3D à la demande des clients. Rendez-vous simplement sur notre plateforme de devis instantané, téléchargez vos modèles, choisissez vos options et le tour est joué :votre pièce imprimée en 3D haute résistance vous sera livrée en quelques jours seulement.