Le post-traitement sépare la fabrication additive de l'impression 3D

La Shelby Cobra imprimée en 3D d'Oak Ridge National Lab s'est avérée difficile à terminer car la surface de la carrosserie renforcée en fibre de carbone avait la texture du béton. ORNL

Ce qui distingue la fabrication additive de l'impression 3D, ce sont tous les processus effectués en plus de l'impression. La fabrication additive commence par la conception d'une pièce spécifiquement pour l'additif, suivie de sa programmation, de l'optimisation du processus, de l'impression de la pièce et enfin du post-traitement.

La promesse d'une imprimante 3D qui recrachera des pièces finies à la manière d'une production en série est irréaliste. Les pièces en plastique simples, par exemple, peuvent nécessiter des étapes de post-traitement comme le retrait du support et peuvent devoir être poncées, polies, lissées à la vapeur, usinées, remplies, peintes, scellées, teintes et assemblées.

Sur le marché de la FA, les job shops sont appelés bureaux de service. En effet, ils doivent offrir une gamme de services pour concrétiser le concept d'un client. De même, lorsque les entreprises achètent des imprimantes 3D, elles cherchent généralement plus qu'à imprimer des pièces. Ils veulent AM.

L'impression de pièces qui répondent aux attentes nécessitera que le personnel d'une entreprise applique une expertise de type bureau de service, y compris le post-traitement.

Des défis uniques

Chaque processus additif présente ses propres défis. Les pièces en polymère à grande échelle, par exemple, nécessitent généralement une finition importante. Ils sont construits en extrudant et en empilant des couches de plastique chaud et fondu les unes sur les autres.

Au fur et à mesure que le plastique refroidit, il rétrécit d'environ 0,5 %. Cela peut sembler mineur, mais pour une partie de 20 pieds de long, cela équivaudrait à environ 1 pouce, une imprécision importante.

L'outillage est l'une des principales applications de la FA à grande échelle. Les pièces directement sorties de l'imprimante ont une texture similaire à celle du velours côtelé. Ils doivent être usinés après avoir été imprimés et refroidis. L'usinage peut prendre plus de temps que l'impression.

Les automobiles prototypes ou les pièces maîtresses reçoivent des finitions de classe A. Le laboratoire national d'Oak Ridge a imprimé en 3D une réplique de la Shelby Cobra pour célébrer le 50e anniversaire de la voiture de course emblématique. Avant d'être post-traité, le véhicule avait l'air cool, mais sa surface était rugueuse. Avec l'aide d'experts en finition de Tru-Design LLC, un processus a été développé pour finir ces pièces additives à grande échelle.

Le ponçage s'est avéré difficile car la surface du matériau renforcé de fibres de carbone ressemblait à du béton. Les premières tentatives de ponçage et d'apprêt ont fonctionné mais n'ont pas été une solution à long terme. Les meilleurs résultats sont venus de l'application d'un enduit pulvérisé exclusif qui a permis le ponçage et la peinture et a donné une finition de voiture d'exposition.

Les électroérosions à fil sont souvent utilisées pour le post-traitement afin de séparer les pièces métalliques imprimées en 3D de leurs plaques de base. Protolabs a imprimé cette pièce, que EDM Tech Center aurait retirée de sa plaque de base en 56 minutes avec un SSG WEDM. EDM Tech Center Inc.

Différences de métal

L'impression 3D de pièces métalliques est une toute autre histoire que l'impression de plastique. La fabrication de filaments fondus (FFF) - un processus populaire pour l'impression de pièces en plastique qui implique l'extrusion de plastique fondu - peut également être utilisée pour produire des pièces métalliques. Les pièces métalliques FFF nécessitent un post-traitement important.

Dans les FFF métalliques, la matière première comprend un filament avec un liant plastique ou cire fortement chargé en poudre métallique. Le liant doit être retiré après l'impression. Le processus de déliantage peut être effectué à la chaleur ou dans un bain acide.

Après déliantage, la pièce est frittée. Un rétrécissement important se produit pendant cette phase. La bonne nouvelle est que le rétrécissement est prévisible, ce qui permet l'impression de pièces raisonnablement précises.

Un autre processus d'impression sur métal est le jet de liant ; il a des exigences de post-traitement similaires à FFF. Le jet de liant consiste à étaler une couche de poudre métallique sur laquelle une tête d'impression pulvérise sélectivement un liant selon un motif basé sur la conception de la pièce. Le liant est ensuite durci et une autre couche de poudre métallique est étalée.

Lorsque la pièce est terminée, la poudre qui l'entoure doit être retirée - un processus appelé dépoudrage (ou décapage). Il est ensuite fritté, ce qui élimine également le liant. Enfin, la pièce est usinée et polie.

Une machine LMD (dépôt de métal par laser) est équipée d'un laser qui fait fondre de la poudre ou du fil métallique pulvérisé pour construire des pièces couche par couche. Ces pièces nécessitent généralement un usinage après impression pour obtenir une finition de surface acceptable.

Des machines hybrides, dotées de têtes de dépôt et de capacités d'usinage complètes, sont disponibles pour minimiser la manipulation des pièces et approcher l'objectif d'obtenir une pièce finie directement de la machine.

Le LPBF (laser powder-bed fusion) est le moyen le plus courant de fabriquer des pièces métalliques. Des couches de poudre sont empilées et fusionnées avec un faisceau laser focalisé. Bien que le processus LPBF imprime des pièces solides et précises, elles peuvent toujours nécessiter un post-traitement.

Une fois que l'excès de poudre est retiré d'une pièce imprimée en 3D, la pièce doit généralement être retirée de sa plaque de construction. Certaines personnes effectuent le travail avec une scie à ruban, mais la plupart utilisent un fil EDM.

Shelby Cobra imprimé en 3D. ORNL

Selon l'application, les pièces peuvent être traitées thermiquement ou passées dans une presse isostatique à chaud pour améliorer la microstructure du matériau. Certaines surfaces à haute tolérance peuvent être usinées. De nombreuses techniques de polissage, dont le sablage, peuvent améliorer la finition.

Clé de la production en série

De toute évidence, la fabrication additive est bien plus que de simples pièces imprimées en 3D. Les étapes de post-traitement sont aussi importantes que le processus additif pour concrétiser la vision qu'a le client d'une pièce.

L'expertise en post-traitement est essentielle pour garantir que cela se produise. Il est également essentiel d'achever la transition de l'impression 3D à la fabrication additive en série.