Maîtriser la finition de surface de l’impression 3D :techniques essentielles pour une qualité de pièce supérieure

Tout d’abord, commençons par une introduction au concept de finition de surface d’impression 3D. En termes simples, il s’agit d’une mesure qualitative de la rugosité de la surface d’une pièce après impression. Une surface très lisse est considérée comme « fine », tandis qu'une surface rugueuse a une finition de surface « mauvaise ».

Il s’agit d’une étape cruciale dans tout processus de fabrication car il existe des exigences strictes en matière de qualité de surface pour presque tous les produits. Une feuille de papier, par exemple, ne remplit pas sa fonction si elle est trop grossière pour écrire et n'aura pas de succès sur le marché.

Ainsi, obtenir la finition de surface souhaitée est une priorité absolue pour les fabricants d’impression 3D. Il s'agit souvent d'un travail de post-traitement impliquant de nombreuses techniques, qui seront abordées prochainement.

De plus, la finition des pièces imprimées en 3D présente un défi unique en raison des qualités inhérentes aux processus de fabrication additive. Les pièces étant construites couche par couche, leur surface est composée d'un motif répétitif de crêtes et de vallées qui doivent être aplaties tout en respectant l'intégrité de la pièce.

Il existe plusieurs raisons de fixer des objectifs spécifiques pour la finition des surfaces d’impression 3D. Ces raisons peuvent être à la fois superficielles et fonctionnelles. Vous trouverez ci-dessous une liste résumée de diverses raisons de ce type.

1. Esthétique

Une bonne finition de surface ajoute à la valeur esthétique de la pièce. Cela inclut des éléments d'apparence tels que la couleur, la texture et la robustesse (brillant/mat).

2. Propriétés mécaniques et chimiques

Les méthodes de finition de surface peuvent améliorer les performances des pièces imprimées en 3D. Les pièces métalliques, par exemple, peuvent être revêtues pour les rendre résistantes à la corrosion et conductrices d'électricité. Certaines méthodes induisent une résistance aux températures élevées et à l'usure pour les pièces destinées à des applications difficiles et exigeantes.

3. Fonctionnalité

Certaines applications nécessitent une finition de surface spécifique pour fonctionner correctement. Un ajustement serré, par exemple, dépend fortement de la qualité de surface des pièces en contact. Ainsi, dans d'autres cas, une surface rugueuse pourrait être préférée pour améliorer la surface et permettre un transfert de chaleur efficace.

4. Tolérance de fabrication

Les traitements de surface sont assez souvent utilisés dans la finition de l’impression 3D pour ramener une pièce dans ses limites de tolérance dimensionnelle. Ainsi, du matériel supplémentaire peut être supprimé ou davantage de matériel peut être ajouté à cette fin.

L’impression 3D est un processus complexe comportant de nombreux facteurs et pièces mobiles. Chacun de ces facteurs affecte la finition de la surface de l’impression 3D de manière différente. Un ingénieur doit avoir une bonne compréhension de cela pour savoir quoi modifier pour obtenir la finition d'impression 3D souhaitée.

1. Processus d'impression 3D

La finition de la surface de l’impression 3D varie considérablement selon les différentes techniques d’impression 3D. Le FDM, par exemple, est sujet à des problèmes tels qu'une faible résolution de surface et une déformation en raison de son processus de dépôt couche par couche. Les méthodes à base de poudre comme l'impression 3D SLS produisent naturellement une finition de surface granuleuse car les pièces sont fabriquées à partir de particules de poudre.

2. Paramètres de l'imprimante 3D

Les paramètres d'impression 3D jouent un rôle important dans la finition de surface finale. Par exemple, plus l’épaisseur de la couche (ou la résolution) est faible, plus la surface paraît lisse. La vitesse d'impression, le processus de durcissement et le remplissage sont également des facteurs importants qui contribuent à la qualité de la surface.

3. Matériel d'impression 3D

Les matériaux d’impression 3D ont des propriétés différentes et sont compatibles avec différentes méthodes. Les variations dans la finition de surface peuvent également être dues aux limitations et propriétés des matériaux.

4. Qualité de l'imprimante 3D

La construction et l’état des imprimantes 3D affectent également la finition de la surface. Les imprimantes à faible coût ne peuvent pas produire de pièces avec une qualité de surface élevée. De même, une vieille imprimante 3D mal entretenue perd également de sa précision avec le temps. Les facteurs qui y contribuent incluent l'état des rails et des moteurs de l'imprimante 3D, l'alignement du cadre/base, les capacités du contrôleur, l'état de la source d'alimentation, etc.

Le tableau ci-dessous compare les capacités de finition de surface de l'impression 3D du processus d'impression 3D populaire.

Processus d'impression 3DRugosité de surface (Ra)FDM/FFF10SLD/DLP3SLS13PBF15

Nous avons examiné en profondeur divers aspects de la finition des surfaces d’impression 3D. Passons maintenant aux nombreuses méthodes utilisées par les ingénieurs pour finir les pièces d'impression 3D.

Ces techniques varient considérablement en termes d'efficacité, de coûts, de compétences requises et de méthodologie globale. Nous discutons ci-dessous de certaines des options les plus importantes.

1. Ponçage

Le ponçage est la méthode la plus courante pour la finition de l’impression 3D. Il s’agit d’un processus simple consistant à frotter du papier de verre rugueux et abrasif contre la surface de la pièce pour la lisser. Les éléments imparfaits de la surface, tels que les saillies et les angles vifs, se cassent ou sont aplatis à cause du frottement au cours de ce processus.

C’est une technique très pratique car très intuitive, peu coûteuse, efficace et fonctionnant sur la plupart des matériaux. Le papier de verre est disponible en différentes qualités qui diffèrent par la taille des grains. Les qualités grossières ont des grains plus gros et enlèvent plus de matière tout en laissant une surface plus rugueuse.

Habituellement, le processus de ponçage commence par l'utilisation de qualités grossières et passe progressivement à des qualités plus fines à mesure que la surface devient plus lisse.

Cependant, il faut être prudent avec le ponçage, car il est assez facile d'enlever du matériau supplémentaire et d'abîmer la pièce. Par conséquent, il s'agit également d'un processus qui prend du temps et peut ne pas convenir à un travail à haute productivité.

La finition finale de la surface d’impression 3D n’est pas brillante et lisse. Il a plutôt une finition mate. Pour améliorer encore la qualité de la surface, on peut utiliser des chiffons de polissage, des papiers de verre extra-fins ou de la peinture/revêtement.

2. Usinage/Meulage

Bien que l’impression 3D et l’usinage CNC soient souvent présentés comme des technologies de fabrication opposées, opposées les unes aux autres pour la domination de l’industrie, il existe plusieurs voies dans lesquelles elles se complètent. L'une de ces applications hybrides consiste à finir des pièces imprimées en 3D.

De nombreuses méthodes d'impression 3D sont incapables d'obtenir la finition de surface fine des processus soustractifs comme l'usinage et le meulage.

Ainsi, un cycle de finition usinage/meulage est très courant après l’impression 3D. Il est très efficace pour maintenir des tolérances serrées et des surfaces exceptionnellement lisses. De plus, l'usinage est un outil polyvalent utile dans les zones difficiles d'accès comme les trous intérieurs ou les éléments courbes.

De plus, il est compatible avec la plupart des matériaux d'impression 3D, à base de plastique et de métal.

3. Microbillage

Le sablage aux billes est une autre technique de finition abrasive populaire pour l’impression 3D. Comme son nom l’indique, il s’agit de projeter de petites billes de plastique ou de verre sur la surface rugueuse. L'impact provoque l'aplatissement des imperfections de la surface.

C'est une méthode rapide par rapport au ponçage. De plus, les billes peuvent également être dirigées vers des éléments difficiles d'accès et lisser les surfaces internes, qui ne sont pas aussi accessibles avec du papier de verre à main.

Habituellement, le sablage commence à basse pression pour juger du taux d’abrasion. Ceci est nécessaire car une pression supplémentaire peut éliminer un matériau supplémentaire ou endommager la surface. Avec une inspection visuelle et une expérience appropriées, l'opérateur peut alors augmenter la pression de sablage pour optimiser la finition de la surface de l'impression 3D.

En outre, il existe divers autres processus similaires tels que le sablage, le grenaillage et le sablage à l'eau, avec des différences mineures entre eux.

4. Placage

Le placage (galvanoplastie) est le processus d'application électrique d'une fine couche métallique sur une surface en plastique ou en métal. Il s'agit d'une pratique courante pour la finition de pièces imprimées en 3D en raison de ses nombreux avantages et de sa commodité.

Dans la plupart des cas, le placage améliore diverses propriétés matérielles de la pièce. Les pièces en plastique imprimées en 3D sont naturellement fragiles et sujettes à la casse. Les plaquer avec un métal approprié peut augmenter leur durabilité, leur résistance à l'usure et leur donner la capacité de résister à des températures plus élevées.

De plus, pour les pièces métalliques, la galvanoplastie peut induire diverses propriétés utiles telles que la résistance à la corrosion et à l'oxydation, la soudabilité et la conductivité électrique.

Outre ces objectifs fonctionnels, le placage constitue un excellent moyen d’améliorer l’esthétique de la finition d’une surface d’impression 3D. Les revêtements métalliques comme l'or, l'argent et le chrome ajoutent un attrait esthétique supérieur aux pièces.

5. Peinture

La peinture est un processus simple et bien compris. Il a le même objectif que n’importe quel autre endroit :une meilleure apparence. En effet, avec la peinture, les utilisateurs ont la possibilité de choisir pratiquement n'importe quelle couleur et n'importe quel aspect.

En général, le processus de peinture est précédé d’une couche d’apprêt et de mastic. Cela lisse légèrement la surface en comblant dans une certaine mesure les interstices et les creux et en préparant mieux la surface pour une ou plusieurs couches de peinture.

En outre, la peinture remplit également, dans une certaine mesure, la fonction pratique de scellement. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un scellant, au sens plein du terme, il peut agir comme lui dans un rôle secondaire. Avec le problème de porosité qui prévaut dans l'impression 3D, c'est un effet bénéfique.

Quelle méthode de finition de surface d'impression 3D est la meilleure ?

Cela dépend entièrement de l'application. En effet, chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients et convient à une classe spécifique de produits. Si votre seule préoccupation est l’esthétique, la peinture ou le revêtement sont votre meilleure option. Si votre produit a des besoins fonctionnels comme la conductivité électrique, par exemple, vous pouvez envisager d'utiliser un matériau approprié pour la galvanoplastie.

L'impression 3D a-t-elle une meilleure finition que la CNC ?

Généralement, l’usinage CNC prend l’avantage sur l’impression 3D en termes de rugosité de surface. Cependant, avec des techniques de finition de surface appropriées et une sélection d'imprimante/méthode, cet écart peut être considérablement réduit.