Comment SLA et SLS changent l'industrie du prototypage rapide

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Publié le :13 juillet 2018, | Par Will, chef de projet WayKen

Avec le développement de la technologie, l'impression 3D est devenue une réalité à partir d'un simple concept. La saturation des industries a fait du fabricant l'objectif principal non seulement de fabriquer des produits, mais également d'utiliser des méthodes innovantes afin de produire plus de produits dans un laps de temps plus court pour augmenter la production. Ainsi, les fabricants utilisent aujourd'hui différentes techniques de prototypage rapide. Ces méthodes innovantes permettent non seulement de gagner du temps, mais sont également rentables. L'une de ces techniques de prototypage rapide employée de nos jours est l'utilisation de l'impression 3D (prototypage SLA et prototypage SLS ). L'impression 3D, en plus d'économiser du temps et de l'argent, produit également le meilleur prototype fonctionnel à partir d'un modèle CAO 3D du produit.

Histoire de l'impression 3D

Le concept de l'impression 3D est aussi vieux que 1981 lorsque l'Institut municipal de recherche industrielle de Nagoya a utilisé des polymères thermodurcissables photo-durcissants afin de fabriquer les modèles tridimensionnels où un motif de masque a été utilisé pour contrôler la zone d'exposition aux UV. Mais à cette époque son utilisation était moindre du fait de la restriction des matériaux et des logiciels de modélisation 3D. Dès 2000, la Chine avait importé des équipements commerciaux de prototypage rapide, dont l'une des principales applications était l'impression 3D industrielle. Il est devenu un mot populaire dans le monde industriel en 2013 lorsque deux employés de la NASA, Samantha Snabes et Matthew Fiedler, ont présenté le premier prototype d'une imprimante 3D abordable, Gigabot.

Impression 3D :une tendance majeure dans le prototypage rapide

De la réduction des coûts à l'augmentation de l'efficacité grâce à l'innovation, de nombreuses personnes sont enthousiasmées par l'impact que l'impression 3D aura sur l'avenir de la fabrication. Cependant, la vérité est que cela a déjà eu un impact significatif sur l'industrie ainsi que sur les clients nationaux.

Une imprimante 3D domestique est utilisée comme produit de R&D et pour concevoir les modèles 3D dans les industries. Mais il est faux de dire qu'il ne s'agit que d'un produit destiné aux clients industriels. Il devient maintenant très populaire parmi les clients civils en raison de ses applications étendues. C'est principalement parce que le matériau utilisé dans l'impression 3D devient moins cher et facilement disponible avec le temps. De plus, l'imprimante 3D occupe beaucoup moins d'espace que les méthodes conventionnelles de salle d'outils soustractives telles que le fraisage CNC, le tour et le meulage de précision.

La disponibilité du logiciel de modélisation de nos jours contribue également au développement de cette technologie. Généralement, le modèle est enregistré au format STL qui est un format de fichier CAO pour le prototypage rapide qui stocke des données basées sur des triangulations de modèles CAO. Mais ce format permet d'enregistrer le fichier dans un grand nombre de structures en treillis ce qui produit des erreurs. Mais le logiciel le plus récent stocke le fichier au format AMF (Additive Manufacturing File Format) qui produit moins d'erreurs. De plus, ces logiciels ont une interface conviviale qui permet aux utilisateurs domestiques et industriels de modéliser facilement un modèle 3D du produit.

Une étude récente a montré que 6,7 millions d'imprimantes 3D seront expédiées dans le monde d'ici 2020, soit 14 fois plus qu'en 2016. À mesure que les nouvelles technologies améliorent les utilisations des imprimantes 3D, la technologie continuera d'amener l'industrie manufacturière vers de plus grands sommets de gloire. P>

Figure 1 :Expéditions unitaires mondiales d'imprimantes 3D de 2015 à 2020

Technologie d'impression 3D

En ce qui concerne la technologie d'impression 3D, il existe deux technologies les plus couramment utilisées :le prototypage rapide SLA et le prototypage rapide SLS.

1. Prototypage rapide SLA

Le prototypage rapide SLA, également connu sous le nom de stéréolithographie, est un type de technologie d'impression 3D qui est utilisé pour créer différents prototypes, modèles, motifs couche par couche en utilisant la technique de photopolymérisation. La photopolymérisation est un processus de liaison de molécules pour former des polymères sous l'action de la lumière. Donc, fondamentalement, la résine (matériau utilisé dans la création du prototype) est solidifiée à l'aide de la lumière et des rayons ultraviolets. De cette manière, le prototype souhaité est créé couche par couche à l'aide du prototypage rapide SLA.

Figure 2 :Une figure montrant les processus de prototypage rapide SLA

Les rayonnements UV sont utilisés pour construire une forme préprogrammée sur la cuve photopolymère. Les photopolymères étant sensibles aux rayonnements UV, la résine se solidifie donc et forme une seule couche du prototype recherché. De cette façon, les couches de résines sont solidifiées jusqu'à ce que le prototype souhaité soit formé.

Les produits prototypés SLA ont la résolution et la finition de surface les plus élevées de toutes les techniques de prototypage rapide 3D, mais sa polyvalence réside dans la résine utilisée. Avec le développement de la technologie, les ingénieurs en matériaux ont créé différentes résines utilisées dans le prototypage SLA avec des propriétés correspondant à celles des matériaux thermoplastiques d'ingénierie standard.

Utilisations

Le prototypage rapide SLA est largement utilisé dans différentes industries pour le développement de produits depuis sa création.

· Modélisation médicale

Les produits prototypes rapides SLA sont utilisés en médecine depuis l'introduction de la technologie. Il est utilisé pour créer des modèles 3D anatomiques de différentes régions du corps d'un patient sur la base de données obtenues à partir de numérisations informatiques. Ces modèles sont ensuite utilisés pour aider au diagnostic et au traitement. Les chirurgiens utilisent ces modèles pour les aider lors de la chirurgie tandis que les prothésistes les utilisent pour fabriquer des implants sur mesure.

Figure 3 :Un modèle produit par prototypage rapide SLA

· Prototypage

Le prototypage rapide SLA est également utilisé pour créer des prototypes de matériaux de forme régulière/irrégulière à un coût relativement inférieur. Les prototypes constitués par la méthode de prototypage rapide SLA peuvent être usinés et des modèles de diverses opérations de coulée de métal peuvent être formés.

2. Prototypage rapide SLS

Le frittage sélectif par laser communément appelé technique de prototypage rapide SLS utilise le laser comme solidifiant pour le matériau en poudre. La plupart du temps, le matériau en poudre utilisé est le nylon. Le nylon est un thermoplastique technique aux propriétés mécaniques impressionnantes, léger et stable. Ce type d'imprimante 3D dirige automatiquement le laser sur le matériau en poudre provoquant sa solidification afin de créer la structure requise. Le prototypage rapide SLS est différent de la fusion laser sélective comme dans SLM. Le matériau est fondu plutôt que fritté comme dans le prototypage rapide SLS.

Figure 4 :Une figure montrant les processus de prototypage rapide SLS

Le prototypage rapide SLS, comme le prototypage rapide SLA, utilise les conceptions assistées par ordinateur afin de développer le prototype requis à l'aide de poudre frittée. Il utilise un laser à haute puissance, principalement un laser à dioxyde de carbone, qui est une source de fusion de petites particules sous forme de poudre pour former le prototype requis. Le laser scanne les coupes transversales générées par le modèle CAO et fusionne sélectivement les matériaux frittés sous la forme d'un prototype requis. Une fois la section balayée, le lit de poudre est abaissé et une nouvelle couche de matériau est appliquée sur le dessus jusqu'à ce que le produit souhaité soit formé.

Le matériau en nylon utilisé dans le prototypage rapide SLS le rend utile pour créer des prototypes à haute résistance mécanique ainsi que des prototypes résistants aux chocs, à la lumière et à l'eau. Une production à moindre coût et une productivité élevée rendent cette technique très populaire parmi les industries pour le prototypage rapide.

Utilisations

Le prototypage rapide SLS est largement utilisé dans différentes industries pour le développement de produits depuis sa création

· Industrie aérospatiale

Le prototypage rapide SLS est très populaire dans les industries où des pièces de haute qualité sont requises en moindre quantité. L'une de ces industries est l'industrie aérospatiale où des prototypes d'avions sont nécessaires. Comme les avions et autres véhicules aérospatiaux sont construits en moins grand nombre et restent en service pendant des décennies, le prototypage rapide SLS est utilisé pour produire des pièces de haute qualité pour l'industrie aéronautique.

Figure 5 :Un panneau de compartiment produit par Airbus en utilisant le prototypage rapide SLS

· Prototypage de géométries complexes

Le prototypage rapide SLS est largement utilisé dans les industries pour produire des géométries aux formes complexes en utilisant leur modèle CAO. C'est parce que le prototypage rapide SLS peut produire des prototypes avec une variété de matériaux les faisant fusionner sous l'action du laser. L'absence de structures de support le rend également très populaire parmi les industries produisant des pièces de qualité supérieure.

Figure 6 :Une hélice conçue par prototypage rapide SLS

Comparaison entre SLA et SLS

1. Matière première utilisée

SLS -La matière première utilisée varie de la poudre de nylon ; Poudre de carbone polycarbonate au chlorure de vinyle ; Poudre mais avec de hautes performances.

SLA - La matière première utilisée est un polymère liquide dont la qualité n'est pas comparable à celle des matériaux thermoplastiques.

2. Retrait matériel

SLS - Le rétrécissement du matériau varie de 2 à 4 %.

SLA - Le retrait du matériau est inférieur à 0,4 %, ce qui permet de produire des pièces plus détaillées.

3. Taille de construction

SLS - Des prototypes de taille jusqu'à 1500 x 750 x 500 mm peuvent être produits.

SLA - Des prototypes de taille jusqu'à 145 x 145 x 175 mm peuvent être produits.

4. Finition de surface

SLS - La finition du matériau est rugueuse et un peu lâche.

SLA -La finition du matériau est relativement lisse.

5. Force

SLS - La résistance des pièces produites est élevée en raison de la matière première utilisée.

SLA -La résistance du matériau produit est relativement faible.

6. Opération d'usinage

SLS - Les prototypes produits sont faciles à usiner tels que le fraisage, le tour, le perçage, etc.

SLA - La résistance du prototype est faible, l'usinage est donc difficile et il faut faire très attention.

7. Résistance à l'usure

SLS - La résistance à l'usure est similaire à celle des matériaux thermoplastiques.

SLA - Mauvaise résistance aux conditions environnementales. L'utilisation de résines époxy peut considérablement améliorer la résistance.

Figure 7 :Un modèle produit par prototypage rapide SLS

Avantages :impression 3D avec SLA et SLS

Afin de produire en masse les produits dans un délai plus court, l'impression 3D est un outil essentiel. L'utilisation de cette technique présente de nombreux avantages.

1. Rentabilité

La rentabilité est l'un des principaux avantages de l'impression 3D. La résistance et la finition du prototype produit à partir de ce processus ne nécessitent aucune modification qui permet d'économiser de l'argent. De plus, les produits peuvent être fabriqués en série, ce qui permet également d'économiser beaucoup d'argent.

2. Vitesse

Cette technique permet aux industriels de produire un plus grand nombre de produits à une vitesse plus élevée en consommant beaucoup moins de temps par rapport aux procédés industriels conventionnels utilisés. L'utilisateur n'a besoin que d'un modèle CAO et l'imprimeur utilise ce modèle et développe le produit en beaucoup moins de temps. De plus, le prototype conçu est de haute qualité et robuste, ce qui rend cette technique populaire dans les industries ainsi que les civils du monde entier.

3. Réduction de l'espace de stockage

L'imprimante 3D consomme beaucoup moins d'espace que les machines de production de masse conventionnelles utilisées par les industries jusqu'à présent. De plus, les outils de ces machines sont lourds et coûteux par rapport à une imprimante 3D compacte qui consomme beaucoup moins d'espace.

4. Atténuation des risques

L'impression 3D permet également la vérification d'une conception avant la production d'un prototype coûteux dans le modèle CAO. Le modèle CAO a donc été corrigé en conséquence. De plus, la production de moules d'essai est beaucoup moins chère que la modification d'un moule déjà produit.

5. Commentaires

Avec un prototype, on peut tester le potentiel commercial du produit avant de le produire. La réponse des acheteurs avant de produire réellement le produit peut prédire les perspectives d'avenir du produit et peut aider à décider du nombre de produits à produire en masse afin d'être fournis au marché.

6. Personnalisation

Avec les opérations d'usinage standard utilisées pour la production de masse, toutes les pièces sortent de la machine ou du moule avec la même conception ou des défauts éventuels. Mais dans le cas de l'impression 3D, il y a toujours une marge de personnalisation, de personnalisation du produit selon les exigences du client ou les demandes du marché.

Remarques finales

Le prototypage SLA et le prototypage SLS sont considérés comme l'une des grandes révolutions du monde technologique. La production d'un prototype fonctionnel n'est désormais plus une tâche difficile car il peut être facilement produit par l'emploi de ces deux techniques selon l'exigence des caractéristiques du prototype. Le SLA est meilleur pour la finition de surface, mais le SLS est meilleur pour la production de produits à haute résistance. Les deux sont des techniques de prototypage rapide haut de gamme et peuvent être utilisées pour la production de masse de produits avec moins d'erreurs.