L’impression 3D est capable de créer des pièces polymères et métalliques solides. 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 pourrait montrer une faiblesse et une défaillance en service si d’autres techniques d’amélioration de la résistance simples et importantes sont ignorées.

Il existe différentes techniques pour renforcer les impressions 3D. Ceux-ci peuvent être regroupés en trois grandes catégories: géométrie des pièces, 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 filets et de chanfreins augmente la résistance mécanique des bords, tandis que les goussets et les nervures fournissent un soutien structurel.

Utiliser des filets ou des chanfreins

Les filets ou les chanfreins fournissent une base solide pour des sections plus minces dans des pièces 3D. Ils empêchent les buses de détacher les parties délicates de l’impression.

Exemple de conception sans filets
Exemple de conception avec des filets

Utiliser des nervures et des goussets

Les nervures et les goussets sont des extrusions minces 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 des parois et doit être espacée à une distance minimale de deux fois l’épaisseur des parois. Les côtes grandes et hautes doivent être évitées; au lieu de cela, plusieurs petites côtes doivent être utilisées.

Exemple de conception avec des nervures

Paramètres d’impression 3D

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

Remplissage dans l’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, le motif de remplissage et la densité de remplissage.

Motif 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 de la vue. Il existe de nombreux styles de modèles de remplissage. Ils comprennent; motif triangulaire, archi, rectangulaire, nid d’abeille ou hexagonal et concentrique. Le modèle de remplissage Archi est le mieux adapté aux pièces circulaires ou arrondies. Le motif de remplissage rectangulaire est capable de donner une partie dense à 100% en raison de sa grille parallèle et perpendiculaire. Le motif de remplissage hexagonal offre le rapport résistance / poids le plus élevé, mais l’impression prend le plus de temps.

Densité de remplissage

Un remplissage à 0% n’a pas de remplissage, et un remplissage à 100% donne une partie complètement solide. Le remplissage à 100% fait la partie la plus forte. Cependant, dans de nombreux cas, c’est une utilisation inutile de matériel 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

Orientation des pièces imprimées en 3D

Les pièces imprimées en 3D sont les plus solides dans des plans parallèles à l’enceinte de construction car la liaison moléculaire dans une couche est beaucoup plus importante 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 procédés tels que le SLA et le 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 forte. Pour l’impression FDM, une épaisseur de coque de 3 à 4 fois le diamètre de la buse est idéale pour les pièces soumises à une charge lourde et soutenue. La plupart des processus d’impression 3D utilisent un minimum standard d’environ 1 mm d’épaisseur. Cependant, l’augmentation de cela améliorera la résistance à la traction et aux chocs. Pour des informations détaillées sur l’épaisseur recommandée pour d’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 dure. Alors que les métaux et le verre peuvent être recuits, tous les polymères ne peuvent pas être recuits. Certains matériaux qui conviennent 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 un mince revêtement autour de la pièce. Cette technique peut être appliquée aux pièces 3D des imprimantes FDM, SLS, SLA ou SCM. Il confère à la pièce une propriété mécanique presque identique aux pièces métalliques, et constitue donc une alternative beaucoup moins chère à l’impression 3D en métal pour plusieurs applications.

Cependant, les pièces galvanisées sont toujours en plastique à l’intérieur et, par conséquent, 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 de résine

Des résines époxy ou des résines polyester peuvent être utilisées pour le revêtement de 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, un 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 en résine peut être appliqué sur n’importe quelle pièce 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 chargement constant. Contrairement au carbone, les fibres de verre se plient jusqu’à l’échec. Les fibres peuvent être stratifiées de deux manières:

  • Renfort de fibres courtes

Dans ce procédé, les fibres sont hachées et mélangées au thermoplastique pour améliorer la résistance et la rigidité

  • Renfort de fibres continu

Dans cette technique, la fibre doit être intégrée en continu dans le thermoplastique lors 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.

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