De nouvelles façons de finir les pièces DMLS, MJF

Cela semblait se produire en un clin d'œil. L'industrie de l'impression 3D a atteint sa maturité. À ce stade, l'utilisation de l'impression 3D pour le prototypage rapide est omniprésente, même parmi les plus petites entreprises et les amateurs, et le marché de l'impression 3D de bureau continue de prospérer.

Au cours de la dernière décennie, de grandes entreprises telles que General Electric Co. et Hewlett-Packard Co. sont entrées dans l'industrie avec l'intention de produire de manière fiable des pièces d'utilisation finale qui répondent à des exigences techniques élevées. Le nombre d'imprimantes 3D de qualité industrielle à vendre et en service a considérablement augmenté ces dernières années.

Cependant, malgré toutes leurs dépenses, ces merveilles d'ingénierie ne peuvent généralement pas produire des pièces qui sont dans un état entièrement fini dès la sortie de la chambre. Au minimum, les pièces doivent être nettoyées de l'excès de matériau ou peuvent nécessiter des opérations plus avancées telles que l'élimination du support, la coloration, les traitements thermiques ou les traitements de surface avancés.

Alors que le nombre de pièces imprimées par an augmente, la demande de processus plus automatisés en aval qui réduisent la main-d'œuvre tout en améliorant la qualité et la cohérence des pièces augmente également. Ces dernières années, de nouvelles entreprises ont fait leur apparition offrant des solutions à ces problèmes de post-impression ; ce niveau de complexité supplémentaire amènera l'industrie de la fabrication additive (FA) vers de nouveaux niveaux de capacités.

Dans le but de permettre l'impression 3D en quantité de production, l'accent historique a été mis sur l'amélioration du débit de l'imprimante et des propriétés des matériaux. Les technologies d'impression par fusion multi-jets (MJF) et par frittage laser direct de métal (DMLS) ont remporté un succès considérable sur ce front. Une seule imprimante MJF HP série 5200 peut imprimer plus de 1 000 copies d'une petite pièce (pensez à la taille de votre doigt) en une seule nuit. Pour DMLS, les systèmes à plusieurs lasers sont désormais la norme et des progrès significatifs ont été réalisés pour améliorer la vitesse d'impression.

La taille devient également moins un obstacle avec les systèmes DMLS, comme la ligne GE X, qui non seulement impriment de grandes dimensions, mais peuvent également produire de plus grandes quantités de pièces de taille moyenne de manière plus économique. Les propriétés des matériaux pour les deux processus sont excellentes, MJF produisant des pièces en plastique à partir de nylon durable, de polyuréthane thermoplastique TPU et d'autres thermoplastiques techniques courants. DMLS fabrique des pièces métalliques denses en acier inoxydable, titane et aluminium.

Cependant, pour les deux technologies, les pièces imprimées nécessitent un traitement intensif une fois l'impression terminée. Les pièces MJF doivent être extraites de la poudre de plastique non frittée et sablées sans particules libres. La teinture des pièces MJF en noir lors du post-traitement est une pratique extrêmement courante dans l'industrie. Les pièces DMLS doivent être soulagées, découpées à partir de supports et recevoir une finition de surface étendue pour améliorer la qualité de surface.

Étant donné que ces processus construisent une pièce couche par couche via le frittage de poudre, la finition de surface des pièces imprimées est quelque peu grossière. Telles qu'imprimées, les pièces MJF ont une finition texturée comme un jean bleu ou une cloison sèche non peinte. Les pièces DMLS ont une finition grossière similaire au métal coulé, un peu comme les ustensiles de cuisine en fonte. Les deux peuvent être améliorés avec des opérations manuelles telles que le ponçage, le polissage et l'usinage, mais cela peut augmenter considérablement les coûts et les délais, en particulier si la finition est effectuée pièce par pièce en série au lieu d'un processus en vrac.

Il existe une forte demande du marché pour les pièces lisses MJF et DMLS. La finition telle qu'imprimée pour MJF a une esthétique raisonnablement bonne et n'a pas de superposition très distincte, mais la texture est difficile à nettoyer et se salit assez facilement. Pour le DMLS, la finition rugueuse le rend difficile à utiliser dans une myriade d'applications biologiques car il peut endommager les parois cellulaires ou ralentir le flux de liquides et de gaz à travers les canaux.

Deux technologies passionnantes de plus en plus populaires sont le lissage à la vapeur et l'électropolissage à sec. DyeMansion North America Inc. et AMT Inc. proposent des équipements spécialisés qui peuvent tirer parti du lissage à la vapeur, un moyen chimique pour améliorer considérablement la finition de surface des pièces MJF et de frittage sélectif au laser (SLS).

Pendant ce temps, une machine DLyte effectue un processus d'électropolissage à sec qui lisse considérablement les surfaces des pièces imprimées en DMLS. La qualité commune de tous ces processus est qu'ils complètent la capacité d'Additif à effectuer des cycles de production à haut mélange/faible volume. Les processus sont suffisamment robustes pour être exécutés sur de nombreuses géométries différentes sans modification significative de la configuration, et en traitant les pièces par lots, ils sont capables de suivre le rythme croissant des imprimantes 3D de production.

Le lissage à la vapeur est un développement passionnant pour l'impression 3D plastique, en particulier pour le SLS, le MJF et d'autres procédés de frittage de poudre. Le processus place les pièces dans un nuage de vapeur et un solvant se condense sur la surface de la pièce, la faisant essentiellement fondre. Le solvant rend la surface plus brillante et plus lisse. Plusieurs pièces peuvent être traitées en même temps, et comme le processus est piloté par un nuage de gaz, il est capable de finir presque toutes les surfaces d'une géométrie complexe. Outre l'esthétique, la finition semble améliorer l'allongement du matériau et rend la surface plus résistante aux liquides. La finition plus brillante est beaucoup plus facile à nettoyer - cela peut être fait avec un chiffon ou une lingette.

Bien que la finition soit grandement améliorée, elle conserve une grande partie de la texture de surface inhérente, ce qui donne aux pièces l'apparence d'un cuir brillant. Cependant, il n'est toujours pas économiquement viable d'obtenir des pièces en plastique fritté de poudre jusqu'à la finition lisse et brillante qui est possible avec un outil de moulage par injection poli. De plus, le processus repose sur une réaction chimique, de sorte que la chimie du plastique de base doit être compatible. Les plastiques résistants aux produits chimiques, tels que le polypropylène, ne conviennent pas à ce processus, tandis que les matériaux à succès incluent le nylon et le TPU.

L'électropolissage à sec semble être un moyen d'améliorer économiquement la finition de surface des pièces imprimées en métal en utilisant des billes d'électrolyte sphériques pour éliminer de manière ionique la rugosité des pièces. Le processus de fabrication par frittage de poudre crée une finition texturée qui persiste même après les processus de grenaillage et de filage. Si vous augmentez l'abrasion pour lisser complètement la surface, vous introduisez le risque de compromettre la géométrie, en particulier sur les arêtes vives et les coins. Traditionnellement, les pièces imprimées en métal doivent être usinées ou polies à la main pour obtenir des finitions de qualité supérieure, mais le polissage électrolytique à sec peut fournir des résultats convaincants.

DLyte propose un équipement qui utilise un milieu sec et fin et combine essentiellement les principes de l'électropolissage avec le polissage mécanique pour obtenir le meilleur des deux mondes. Les fines particules peuvent atteindre les crevasses étroites et améliorer la finition de toutes les surfaces, sauf les plus inaccessibles. Ces innovations ne sont possibles qu'en raison de l'ampleur croissante de l'industrie additive. Au fur et à mesure que la technologie sera de plus en plus adoptée, il y aura de nouvelles opportunités pour les processus automatisés en aval de l'impression, mais rassurez-vous, l'avenir commence maintenant.

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