Choisir entre SLA et SLS pour le prototypage rapide : quelle technologie pour votre projet ?

Publié le : 20 juillet 2018 | Par Candy, Responsable Marketing WayKen

Il existe une dizaine de technologies majeures de prototypage rapide, selon la façon de les regrouper. Laquelle choisir pour votre dispositif médical ? Ou pour une pièce automobile, aéronautique, ou un appareil de cuisine ? Chaque industrie et produit a ses propres besoins en prototypes. Et vous avez vos propres idées : doit-il juste être beau pour les investisseurs ? Ou voulez-vous vérifier son fonctionnement, sacrifiant la finition de surface pour un coût moindre ? Ou allez-vous le tester : le maltraiter, le chauffer, l'immerger ?

Chaque produit et usage a une technologie idéale pour son prototype. Si je comparais toutes les méthodes ici, l'article serait trop long. Concentrons-nous sur deux techniques couvrant environ 30 % du marché : le prototypage SLA et SLS pour plastiques. Voici SLA vs SLS.

Développement de l'impression SLA

La stéréolithographie (SLA) est l'une des plus anciennes technologies d'impression 3D. Découverte au début des années 1980 au Japon par le Dr Kodama, qui imagina un dispositif utilisant un réservoir de polymère liquide et un laser UV unique.

Le laser durcissait la couche superficielle du polymère, la durcissant et l'immergeant légèrement dans le réservoir. Ainsi, le plastique durci servait de base pour la couche suivante. Le Dr Kodama manquait de financement pour breveter son invention.

En 1984, un groupe de scientifiques français cherchait à créer une pièce fractale (géométrie très complexe) et pensait à un laser durcissant des polymères. Ils déposèrent un brevet mais ne se concentrèrent pas sur la commercialisation, leur idée ne fut pas prise au sérieux.

La même année, Chuck Hull, inventeur américain, troisième à concevoir cette méthode, brevetta le procédé de stéréolithographie. Il fonda 3D Systems pour commercialiser son idée. Aujourd'hui, 3D Systems est l'un des plus grands fabricants d'imprimantes 3D.

Technologie d'impression SLA

Il existe deux méthodes d'impression SLA : directe et inversée.

Le procédé direct est l'invention originale. L'imprimante a un réservoir de polymère liquide et une plaque de base une couche de durcissement sous la surface. Un laser UV trace la section transversale actuelle de la pièce (le programme tranche la pièce en couches et génère le parcours du laser pour chaque tranche), créant la première couche durcie. La plaque descend d'une hauteur de couche, un couteau spécialisé balaie la surface pour que le polymère remplisse complètement la zone au-dessus de la plaque. La couche suivante est durcie.

La méthode inversée diffère par l'orientation et le mouvement de la pièce. La plaque de base est transparente et inversée par rapport à la méthode directe. Le laser durcit le polymère à travers la plaque, puis la plaque monte au lieu de descendre. On peut comparer ce processus à la récupération lente d'un objet hors de l'eau, sauf qu'ici l'objet est créé hors du liquide dans le réservoir.

Description et histoire du SLS

Le SLS est un procédé d'impression 3D similaire, développé par le professeur Carl Deckard au Texas. Ingénieur, il cherchait à réduire le moulage nécessaire pour la production en série. Il vendit son brevet à 3D Systems, qui adapta le SLS aux poudres métalliques, révolutionnant la production de pièces métalliques. Aujourd'hui, c'est la méthode la plus répandue pour l'impression métal. Au cours de son développement, on s'est aperçu que la poudre est très fine et facile à inhaler, rendant le SLS peu adapté aux versions de bureau pour amateurs, contrairement au SLA.

Le procédé utilise de la poudre plastique comme matériau principal. Cette poudre est étalée sur la plaque de base par un couteau spécial. Ensuite, comme en SLA, le laser trace la section transversale de la pièce. La plaque est abaissée d'une couche et la poudre est à nouveau étalée. Très similaire au SLA, n'est-ce pas ?

Matériaux

SLA. Ce procédé utilise des polymères durcissant sous lumière UV, ou photopolymères. De nombreuses compositions de résines existent, classées par usage :

• Résines standard : les moins chères, pires propriétés mécaniques, mais qualité de surface excellente, comparable au moulage par injection. Certaines sont transparentes pour prototypes clairs (ex. phares de voiture).
• Résines d'ingénierie : utilisables pour prototypes fonctionnels, formes type ABS, résistantes à la chaleur, rigides ou flexibles. Bonne finition de surface, résistance améliorée.
• Résines médicales : parmi les photopolymères découverts pour SLA, certaines sont biocompatibles classe I et II, pouvant rester en contact prolongé avec les tissus humains. Un avantage majeur.

SLS. Initialement utilisé avec le Nylon. D'autres matériaux ont été adaptés au fil des ans :

• Nylon : plastique le plus répandu en SLS. Beaucoup plus durable, résistant à la chaleur et tenace que tous les matériaux SLA.
• Polyuréthane : plastique flexible simple, bon pour le moulage de pièces polymères simples.
• Cire : idéale pour modèles de fonderie. On recouvre le modèle du mélange de moulage et on chauffe jusqu'à fonte.

Post-traitement

SLA. Le principal inconvénient est la grande quantité de supports, faits du même matériau. Il faut les couper et nettoyer les zones de coupe, processus long. De plus, la pièce durcie n'est pas complètement polymérisée ; certaines zones entre couches n'ont réagi qu'à moitié. L'utilisation de chambres UV pour post-durcissement augmente la résistance, mais n'est pas absolument nécessaire.

SLS. La pièce a généralement une finition de surface moins bonne qu'en SLA. Les pièces SLS sont poncées et mécaniquement post-traitées si une bonne finition est requise, ce qui prend beaucoup de temps.

Conclusion : quoi utiliser quand ?

Globalement, le SLA produit d'excellentes pièces, mais est bien plus cher que le SLS (en SLA direct, le liquide résiduel ne peut être réutilisé ni conservé longtemps, mieux vaut garder l'imprimante chargée) et nécessite le retrait des supports. Son avantage : une abondance de matériaux possibles.

Utilisez le SLA pour équipements médicaux, pièces transparentes avec bonne finition, certains modèles de moulage ou injection. Utilisez-le pour présenter votre produit, les pièces sont très belles.

Le SLS offre une bien meilleure résistance et propriétés mécaniques que le SLA. Cependant, sa finition de surface est bien moins bonne (2-3 classes inférieures). Le processus est bien moins cher. Pas besoin de structures de support (les couches de poudre précédentes supportent les couches supérieures) et la poudre restante est réutilisable.

Utilisez le SLS quand la pièce doit supporter de fortes charges, corrosion ou vibrations. Quand la finition de surface n'est pas critique et le budget serré. Pour usage personnel ou tests.