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Garantir la qualité : le post-traitement dans la fabrication additive

Qu'il s'agisse d'imprimer en 3D un dispositif médical innovant qui va avoir un impact énorme sur la qualité de vie des patients du monde entier, ou de fabriquer quelque chose de plus pragmatique comme une pièce de rechange automobile que l'on croyait obsolète, le voyage chez Shapeways commence par une conception 3D ou un modèle réalisé à partir d'une numérisation 3D, ainsi que la variété ultérieure de choix de matériaux, de technologie et de paramètres. Le métier de l'impression 3D est très passionnant du début à la fin, se terminant par toutes les options disponibles en post-traitement.

Bien que certains post-traitements soient centrés sur la routine et le nécessaire, du retrait des supports au nettoyage, il existe de nombreuses voies différentes à suivre pour la finition – et les étapes prises une fois l'impression 3D terminée peuvent faire la différence significative entre une pièce brute ou un produit hautement fini. Presque toutes les pièces imprimées en 3D nécessitent au moins un minimum de post-traitement et de finition, nécessaires pour améliorer l'intégrité d'une pièce, ainsi que pour améliorer l'apparence. Cela peut également être une partie très satisfaisante du voyage, en regardant une pièce nouvellement imprimée se transformer en un produit poli.

L'objectif est de terminer toutes les étapes de post-traitement sans compromettre ou endommager les pièces, en particulier lors de la séparation de supports complexes ou de l'usure des matériaux lors d'une finition poussée.

« Chez Shapeways, le post-traitement fait partie intégrante de l'ensemble de notre processus de production pour chaque matériau », déclare Zach Dillon, responsable de l'équipe d'application utilisateur chez Shapeways. « Certaines pièces sortent des imprimantes avec des supports ou de la poudre brute encore sur le modèle, mais la série d'étapes impliquées dans le post-traitement fait passer chaque modèle de cet état « fraîchement sorti de l'imprimante » à une pièce prête pour le consommateur. »

Gérer les soutiens

La conception et la suppression des supports d'impression 3D impliquent un travail supplémentaire et l'utilisation de matériel supplémentaire ; cependant, sans de tels efforts, des problèmes pourraient survenir dans les produits plus tard. L'utilisation de supports permet également aux clients de Shapeways la liberté d'imprimer en 3D des structures beaucoup plus complexes.

Lorsque l'on compare les technologies de fabrication additive (FA) en termes de post-traitement, il est plus facile de commencer par signaler celles qui ne reposent pas sur des structures de support pour la stabilité des pièces ; par exemple, avec des méthodes d'impression 3D personnalisées comme le frittage sélectif au laser (SLS), souvent utilisées avec des matériaux populaires comme le nylon 12 [plastique polyvalent] ou le jet de liant avec de l'acier inoxydable 316L ou de l'acier, il y a tellement de poudre inutilisée entourant les pièces pendant l'impression processus qu'ils sont naturellement renforcés et soutenus par le matériau supplémentaire. Cela permet de gagner beaucoup de temps en post-production, mais les matériaux en excès doivent être retirés et recyclés, que ce soit par brossage ou par sablage.

Pour la stéréolithographie ou le jet de matériaux, la construction de structures de support est l'un des éléments nécessaires requis pour les conceptions 3D non seulement pour gérer les surplombs et empêcher l'effondrement des pièces, mais aussi pour fournir un support et une stabilité à partir du lit d'impression, et dissiper les contraintes sur les pièces de haute températures. Les supports facilitent également l'impression 3D de géométries plus compliquées ou sophistiquées. Bien qu'il soit toujours possible d'utiliser une stratégie délibérée pour réduire la quantité de structures de support, elles doivent être retirées avec précaution, qu'elles soient solubles ou insolubles.

C'est souvent un processus facile, mais encore une fois, qui nécessite des manœuvres prudentes autour d'une pièce pour retirer les supports. Un travail méticuleux est la clé de tout post-traitement ; après tout, quel dommage ce serait d'avoir terminé le processus de conception, rencontré le succès dans l'impression 3D – pour tout gâcher à la toute fin, et encore plus ironiquement, en supprimant une structure destinée à protéger l'intégrité d'une pièce ou prototype. Des marques résiduelles sont parfois laissées, mais elles peuvent être rapidement résolues avec un ponçage, un processus généralement utilisé pour affiner la finition de surface.

Nettoyage

Le nettoyage est la tâche la plus importante du post-traitement, jetant les bases de tout ce qui suit, de la finition à la teinture. Cette procédure varie cependant, en termes de technologies et de matériaux.

« Toutes les pièces sont nettoyées », explique Dillon. « Ensuite, il y a une finition supplémentaire qui suit généralement, en fonction de ce qui a été commandé, pour inclure un polissage supplémentaire pour obtenir une finition lisse ou une teinture pour obtenir des couleurs différentes. »

Nettoyage après impression

Le nettoyage requis pour le nylon 12 [plastique polyvalent] est un excellent exemple, car il est requis pour le processus réel d'élimination du matériau supplémentaire laissé sur la pièce après l'impression 3D SLS. Et bien que cela signifie traiter l'excès de poudre, le processus est assez simple. Le soufflage de poudre supplémentaire est efficace avec l'utilisation d'air comprimé, mais des précautions particulières doivent être prises si les pièces sont fragiles, en utilisant souvent des solvants doux à la place. L'objectif est de créer une surface lisse pour une finition ultérieure, en évitant les complications lors d'étapes telles que la teinture si de la poudre supplémentaire adhère encore à la pièce.

Pour une couleur haute définition, utilisée avec le jet de matière, Shapeways enlève les supports puis rince chaque pièce. Par la suite, un revêtement mat peut également être appliqué à la demande du client.

Teinture

Le nylon 12 [plastique polyvalent] est un matériau incroyablement populaire, en particulier avec la possibilité d'utiliser de la couleur. Disponibles en blanc standard, les pièces peuvent également être teintes dans huit autres couleurs : noir, rose, rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet. Ce procédé est également possible pour MJF Plastic PA12 pour une impression en gris ou en noir.

Les avantages de la teinture incluent une couverture complète de la couleur lorsque les pièces sont immergées dans la teinture, les teintes souhaitées s'infiltrant complètement, tout en éliminant la possibilité d'écaillage ou d'écaillage par rapport à l'utilisation de la peinture traditionnelle en post-traitement. Alors que les produits teints peuvent être vulnérables à la décoloration due à la manipulation, ils peuvent être recouverts de vernis pour une protection supplémentaire.

Finitions et polissage haut de gamme

Pour le nylon 12, des finitions naturelles, traitées et haut de gamme sont disponibles, allant d'une texture de base plus rugueuse à une surface lisse et résistante aux rayures destinée aux produits haut de gamme et présentant un éclat coquille d'œuf.

Pour obtenir le summum de la clarté et la possibilité de demander un post-traitement supplémentaire pour créer des surfaces lisses sans lignes de couche, découvrez d'autres matériaux comme Accura Xtreme, conçu pour la production de pièces imprimées en 3D à n'importe quelle échelle avec une haute résolution.

Lissage à la vapeur

Black Smooth MJFMJF Plastic PA 12 en finition lisse noire

Shapeways propose MJF Plastic PA12 dans une finition mate naturelle. Une finition lisse est également disponible, créée avec un processus de vapeur automatisé pour créer une surface remarquablement lisse avec un brillant brillant. Le processus physico-chimique, qui consiste essentiellement à faire fondre la surface, lisse toutes les lignes tout en protégeant la qualité des impressions 3D en Black Smooth. Les cavités internes peuvent également être lissées, ce qui permet d'obtenir une pièce étanche avec toute sa masse intacte, par rapport à une pièce polie qui subit une perte de matière au cours du processus.

Shapeways envisage le post-traitement avant même qu'un modèle n'atteigne l'imprimante

Chez Shapeways, le post-traitement peut avoir lieu à la fin d'un produit, mais la planification de ce processus commence avec un logiciel propriétaire dès que le modèle 3D est envoyé à l'imprimante. Parce qu'une imprimante 3D industrielle peut être responsable de l'impression de centaines voire de milliers de pièces à la fois, un emballage intelligent des pièces est essentiel. Ce processus, également connu sous le nom d'imbrication, consiste à assembler un puzzle de pièces dans le plateau de construction, en négociant l'espace pour les modèles 3D en fonction de la taille, de la structure et du niveau de fragilité.

Responsable de la supervision des conceptions, des matériaux, de la fabrication et de la gestion globale de la qualité, Shapeways Production prend chaque pièce de ses débuts en tant que modèle 3D à la fin en tant que produit fini. L'équipe d'application utilisateur est également spécialisée dans l'analyse des modèles 3D pour tout problème d'imprimabilité et peut être en mesure de corriger des fichiers ou d'alerter les clients des problèmes qui doivent être résolus avant d'aller de l'avant.

Le post-traitement offre également la possibilité de maintenir l'élan de la production, qu'il s'agisse d'accélérer le développement de produits grâce à un prototypage rapide ou de poursuivre la production de pièces fonctionnelles d'utilisation finale.

« L'impression 3D ne serait pas là où elle en est aujourd'hui sans ces étapes cruciales pour améliorer la qualité globale des pièces », a déclaré Dillon.

À propos de Shapeways

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