Optimiser l'Orientation en Impression 3D : Améliorer Résistance, Précision et Finition

Il peut sembler évident d'opter pour l'orientation qui offre la hauteur Z minimale, et donc le temps de construction le plus rapide. Mais, orienter uniquement pour la hauteur Z n'a pas toujours le plus de sens en termes de vos exigences de pièce. Il y a quelques autres facteurs techniques qui entrent en jeu quand on pense à l'orientation de pièce pour l'impression 3D. Quand vous pensez à l'orientation de pièce pour l'impression 3D — spécifiquement la stéréolithographie (SLA) — pensez à un crayon. Qu'est-ce qu'il faudrait pour imprimer en 3D ce crayon couche par couche soit horizontalement soit verticalement ? Le faire horizontalement prendrait moins de temps, car il est plus plat quand il est couché sur le côté, et l'imprimer verticalement prendrait substantiellement plus de temps, car il est debout et nécessite plus de couches tracées empilées séquentiellement l'une sur l'autre. L'imprimer horizontalement nécessiterait aussi plus de structures de support comparé à l'imprimer verticalement, et celles-ci nécessiteraient du temps supplémentaire pour être enlevées pour atteindre une pièce finie. Donc, votre sélection d'orientation pourrait se résumer aux exigences de résistance ou de finition de surface pour votre crayon, et vous pourriez même vouloir orienter votre pièce à un angle. Il y a une poignée de considérations lors de la sélection de l'orientation de construction en stéréolithographie. Rentrons dans le vif du sujet !

Orientation de Pièce Imprimée 3D pour la Résistance

Regardons d'abord une illustration rapide qui explique les implications générales de l'accumulation de couches d'impression 3D et des forces externes sur les pièces. Quand les forces de tension sont normales, ou perpendiculaires, aux couches, la faiblesse de la pièce a tendance à se produire. Quand les forces de tension sont parallèles, ou alignées avec les couches, la pièce est plus forte. Quand les forces sont normales aux couches, la pièce est généralement capable d'accommoder plus de compression que si les forces sont alignées avec les couches. Deux points clés s'appliquent :

1. Imprimez dans une orientation pour que les couches s'alignent avec l'axe où les forces de tension sont les plus élevées et
2. Imprimez dans une orientation pour que les couches intersectent l'axe où les forces de compression sont les plus élevées

Dans le cas théorique du crayon, une orientation de construction horizontale fonctionnera probablement pour tenir compte des forces de tension et de flexion que le crayon rencontrera lors de l'utilisation. Notez que ces directives s'appliquent toujours aux pièces de Modélisation par Dépôt de Filament Fondu (FDM). Les pièces SLA présentent beaucoup moins d'anisotropie que les pièces FDM car les couches sont chimiquement liées, et la résolution atteinte avec SLA est beaucoup plus élevée qu'avec FDM. Cependant, les matériaux thermodurcissables peuvent nécessiter une réflexion supplémentaire sur l'orientation de pièce pour maximiser la résistance des caractéristiques critiques de la pièce.

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Le retrait différentiel est présent dans une pièce imprimée 3D qui a été orientée comme montré ci-dessus. La transition rapide de petite à grande section transversale a causé le retrait sur cette pièce.

Orienter pour Éviter le Retrait Différentiel

En général, plus la distribution de matériau est inégale dans une pièce, plus elle est susceptible de tomber victime d'un phénomène connu sous le nom de retrait différentiel. Certaines géométries et tailles de pièces sont intrinsèquement plus susceptibles de se rétracter parce qu'elles n'incluent pas un soutien adéquat des couches précédentes de matériau. Pour illustrer cela, pensez à une lettre majuscule « H ». Quand la section de la barre transversale apparaît couche par couche au milieu, elle a tendance à tirer les jambes de support vers l'intérieur, causant une courbure de la pièce près du bas. Pour prévenir le retrait différentiel, il y a quelques options. Souvent, nous construisons des pièces SLA à un angle pour réduire la surface, et ainsi le stress global rencontré pour chaque couche. Cela aide aussi à augmenter la précision dimensionnelle et de tolérance de la pièce. En plus, nous construisons les pièces couchées pour que chaque couche formée ait la même surface que la couche en dessous, et il n'y a pas de grands changements de section transversale. Quand des caractéristiques de pièce critiques en dimension ou haute résolution sont requises, nous conseillons que les pièces soient orientées pour positionner ces caractéristiques sur la surface orientée vers le haut de la pièce. Gardez à l'esprit que construire des pièces à un angle peut résulter en des pièces avec une finition de surface non idéale si l'esthétique est clé.

Le retrait différentiel peut être évité en orientant pour éliminer les changements de section transversale petite à grande sur la pièce (montré ci-dessus) ou en orientant la pièce à un angle (montré à droite).

Si des caractéristiques lisses et cosmétiques sont l'objectif, construisez les pièces verticalement. Construire à un angle causera des lignes de couches visibles comme montré sur le cylindre incliné.

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Orienter pour Atteindre la Finition de Surface Désirée

S'il est important pour votre pièce d'avoir une finition cosmétique pour une utilisation dans un salon ou en exposition, nous aurons tendance à construire la pièce à plat et pas à un angle. Toute caractéristique critique devrait faire face vers le haut, car les surfaces supérieures seront lisses et plus sujettes à la précision dimensionnelle. D'un autre côté, si votre pièce est construite face vers le bas, les structures de support qui doivent être enlevées et sablées élimineraient tout effet brillant.

L'effet brillant est montré sur le « H » qui a été construit couché à plat. Le « H » construit à un angle met en évidence les lignes de couches et les effets visuels qu'elles peuvent avoir sur le texte.

Comme règle générale, notre équipe peut choisir une orientation différente pour vous fournir la meilleure pièce de qualité. Une chose importante à garder à l'esprit est que si vous ne spécifiez pas une orientation de pièce désirée (horizontal vs vertical), nous choisirons automatiquement l'orientation pour rencontrer le temps de construction le plus rapide possible. Nous faire savoir quels aspects sont les plus vitaux pour vos pièces imprimées 3D nous aide à déterminer comment mieux orienter votre pièce pendant le processus de construction. Dans l'ensemble, le plus grand point à retenir est que si vous avez un besoin particulier pour une pièce imprimée 3D, que ce soit des caractéristiques critiques, une considération de coût, ou une finition de surface spécifique désirée, assurez-vous de le faire savoir à notre équipe d'ingénieurs à l'avance pour que nous puissions garantir que votre pièce rencontre vos objectifs spécifiques.