Guide du post-traitement SLS : sablage, lissage et teinture des pièces

Pièces SLS à différents stades de post-traitement.

Pièces SLS à différents stades de post-traitement. 

Pendant longtemps, l'impression 3D à frittage sélectif par laser (SLS) a nécessité des imprimantes industrielles haut de gamme coûteuses et inaccessibles à la plupart des entreprises et des concepteurs de produits, ce qui les obligeait souvent à sous-traiter la production. Mais à mesure que les prix ont baissé, la demande d'impression SLS en interne a augmenté. En effet, les pièces imprimées en 3D avec des poudres de nylon sont des thermoplastiques éprouvés et de haute qualité dont les propriétés mécaniques sont comparables à celles créées par des méthodes de fabrication conventionnelles comme le moulage par injection.

Étant donné qu'elle utilise de la poudre de nylon pour créer les pièces, l'impression 3D SLS possède une procédure spécifique pour le post-traitement. De plus, l'excédent de poudre peut être conservé et réutilisé, contrairement à l'excédent de résine qui doit être lavé et retiré d'une pièce de stéréolithographie (SLA) après l'impression. 

Dans ce guide, nous couvrons tout ce que vous devez savoir sur le post-traitement des pièces SLS, du retrait de la pièce jusqu'au sablage et à la teinture. 

La base du post-traitement SLS

Une fois votre pièce imprimée et retirée de l'imprimante 3D, il y a trois étapes essentielles à suivre :

  • Extraction des pièces
  • Récupération de la poudre
  • Sablage

Dans cette section, nous allons traiter des étapes de post-traitement pour les pièces SLS imprimées sur l'imprimante 3D Fuse 1 de Formlabs et nettoyées à l'aide de la station de récupération de poudre Fuse Sift. Les utilisateurs peuvent utiliser une station de nettoyage personnalisée fonctionnant de manière similaire à la Fuse Sift. Cette section vous expliquera également comment retirer et refroidir la chambre de fabrication, qui est le récipient dans lequel la Fuse 1 dépose la poudre. 

Comme pour l'impression 3D par stéréolithographie (SLA), de nombreux facteurs influencent la réussite et la facilité du post-traitement. La distance entre les pièces placées dans la chambre de fabrication, leur forme, leur volume, leur taille et leur orientation ont un impact sur la qualité d'impression et sur la facilité de retrait de la poudre. 

Une fois que les pièces ont été sorties de votre imprimante 3D SLS, il est important de ne pas perdre de poudre libre. La récupération de la poudre est une étape essentielle du post-traitement SLS qui n'existe pas pour les technologies FDM ou SLA. Les poudres de nylon étant réutilisables dans le processus d'impression SLS, chaque gramme économisé est important. Les imprimantes 3D SLS telles que la Fuse 1 peuvent fonctionner avec jusqu'à 70 % de poudre récupérée, ce qui signifie que la collecte de la poudre pendant le post-traitement permet des économies importantes. 

Extraction des pièces

Après le refroidissement, retirez les pièces de la chambre de fabrication de la Fuse 1.

Après le refroidissement, retirez les pièces de la chambre de fabrication de la Fuse 1.

La première étape de post-traitement pour les imprimantes 3D SLS est le processus de refroidissement. Pour les tâches d'impression qui prennent plus de 24 heures en raison de la taille de la pièce ou d'une chambre de fabrication très remplie, vous devrez attendre 10 heures pour que la chambre de fabrication refroidisse avant de poursuivre le post-traitement des pièces. Dans certains cas, vous pouvez réduire le temps de refroidissement en ouvrant la porte de la Fuse 1 pour économiser plusieurs heures. 

Le refroidissement rapide d'une chambre de fabrication SLS peut déformer certaines pièces. Lorsque vous essayez de refroidir votre chambre de fabrication plus rapidement, prenez garde à ce que la qualité des pièces ne soit pas affectée. Une méthode sûre consiste à consulter l'écran tactile de la Fuse 1, qui vous indiquera le nombre d'heures restantes avant la fin du refroidissement. Pour les autres imprimantes SLS, réglez une minuterie et revenez plus tard. 

Comme l'impression 3D SLS ne nécessite pas de structures de support, il n'est pas nécessaire de couper ni de poncer les bosses, ni d'utiliser un marteau ou une spatule pour retirer une pièce de la plateforme de fabrication. De gros morceaux de poudre excédentaire se détachent dès que vous les touchez, exposant ainsi les pièces terminées. À ce stade, une petite brosse peut être utilisée pour enlever la poudre restante de la surface de la pièce. Pour nettoyer les petits espaces, on peut utiliser un objet de la taille d'une brosse à dents. 

Pour achever le processus d'extraction des pièces, de nombreux utilisateurs auront besoin d'une sableuse pour éliminer les résidus de poudre. Les pièces imprimées en 3D sur la Fuse 1 sont dotées d'une coque semi-frittée appelée Surface Armor, qu'il faut parfois également retirer.

Nous aborderons plus en détail le sablage et Surface Armor ci-dessous. 

Récupération de la poudre

Utilisez la Fuse Sift pour récupérer la poudre de nylon.

Utilisez la Fuse Sift pour récupérer la poudre de nylon. 

Pendant l'extraction de la pièce, il est important de collecter toute la poudre excédentaire pour la réutiliser. La meilleure façon d'y parvenir est de la récupérer grâce à une unité d'aspiration. 

La quantité de poudre recyclée pouvant être utilisée diffère d'une imprimante 3D SLS à l'autre. Le taux de renouvellement de Nylon 12 Powder étant de 30 %, vous pouvez imprimer indéfiniment avec un mélange pouvant contenir jusqu’à 70 % de poudre recyclée sans que les propriétés mécaniques des pièces imprimées ne s'en ressentent. La Fuse Sift peut distribuer et mélanger automatiquement la poudre utilisée et la poudre neuve, ce qui réduit voire élimine le gaspillage et diminue la consommation de poudre.

Stockage et mélange de la poudre

Certaines imprimantes 3D SLS, comme la Fuse 1, peuvent imprimer avec une poudre mixte.

Certaines imprimantes 3D SLS, comme la Fuse 1, peuvent imprimer avec une poudre mixte. 

Certaines imprimantes SLS possèdent plusieurs trémies pour la poudre de nylon neuve et usagée. D'autres, comme la Fuse 1, n'ont besoin que d'une seule trémie pour les deux. La Fuse Sift mélange automatiquement la nouvelle poudre avec la poudre recyclée, qui peut ensuite être insérée directement dans la Fuse 1 pour une impression optimale. Si vous utilisez d'autres appareils, la poudre récupérée devra être mélangée manuellement.

La Fuse 1 produit invariablement des impressions de haute qualité avec un taux de renouvellement de 30 à 50 % pour Nylon 12 Powder. Cela signifie que vous pouvez imprimer avec jusqu’à 70 % de poudre récupérée. Quelle que soit votre configuration d'impression 3D SLS, la collecte et le mélange de la poudre récupérée doivent être considérés comme une partie essentielle de votre procédure de post-traitement.

À ce stade, vous en avez terminé avec l'extraction des pièces et la récupération de la poudre. La poudre récupérée a été triée et mélangée à de la nouvelle poudre pour le prochain cycle d'impression. Vous pouvez maintenant procéder au sablage pour éliminer les derniers résidus de poudre de vos pièces.

Sablez vos pièces SLS pour les rendre parfaites

Afin d'éliminer complètement toute trace de poudre excédentaire, les pièces SLS doivent être décapées à l'aide d'une sableuse. Le sablage utilise de l'air comprimé et un abrasif pour enlever la poudre indésirable des pièces. Généralement utilisées pour enlever la peinture et nettoyer la surface des pièces avant qu'elles ne soient revêtues ou peintes, les sableuses peuvent être utilisées pour enlever la poudre excédentaire des pièces SLS.

Une coque semi-frittée en instance de brevet appelée Surface Armor recouvre les pièces imprimées sur la Fuse 1 et protège leur surface au fur et à mesure de l’impression, permettant ainsi une qualité et des propriétés mécaniques constantes. Il suffit de frotter la surface de la pièce pour enlever cette coque lors du post-traitement : Surface Armor se détache très facilement.  

Une fois vos pièces retirées de la Fuse 1, la majorité de la poudre non frittée tombera dès que vous la toucherez, tandis que la poudre proche de vos pièces (entre 1 et 2 mm) sera plus difficile à enlever et ne pourra souvent pas être simplement brossée. C'est pourquoi le sablage est une étape de post-traitement essentielle pour de nombreux utilisateurs.

Il existe plusieurs types de systèmes de sablage : Formlabs recommande les sableuses à siphon pour les pièces 3D SLS. Les sableuses à siphon utilisent l'effet Venturi pour créer une aspiration à l'extrémité d'un tube qui croise la ligne d'air comprimé. Les sableuses à siphon fonctionnent généralement à une pression plus faible, et le décapage des pièces est donc plus doux. L'utilisation d'un système de sablage trop puissant peut endommager les pièces et modifier leurs dimensions. Les sableuses à siphon permettent un décapage plus doux, mais suffisamment puissant pour éliminer l'excès de poudre.

Les sableuses nécessitent un flux d'air important pour fonctionner. La plupart des cabines de sablage nécessitent un compresseur 16 CFM de 80 psi pour projeter efficacement les particules abrasives et nettoyer les pièces SLS. La plupart des compresseurs ne sont pas en mesure de fournir ce type de pression pendant plus de quelques minutes à la fois. Pour les petites pièces SLS, cela conviendra parfaitement.

Un grand compresseur industriel est recommandé, car il permettra un sablage continu et fluide sans perte de pression. Cependant, un compresseur domestique bon marché tel que ce compresseur électrique silencieux fabriqué par Husky (20 Gal. Vertical Electric-Powered Silent Air Compressor Model #3332013) devrait suffire pour le sablage de pièces de petite ou grande taille. Songez à faire des pauses entre deux décapages pour permettre au réservoir de se repressuriser.

Options de sablage pour l'impression 3D SLS

De gauche à droite, une pièce SLS après : sablage, lissage à la vapeur et teinture noire, lissage par culbutage, et lissage à l'aide d'un revêtement de surface.

De gauche à droite, une pièce SLS après : sablage, lissage à la vapeur et teinture noire, lissage par culbutage, et lissage à l'aide d'un revêtement de surface.

Vous trouverez ci-dessous une liste exhaustive des sableuses disponibles sur le marché. En général, ces machines peuvent être classées en quatre catégories :

  • Sableuses d'atelier
  • Sableuses de sol
  • Sableuses à tambour rotatif
  • Sableuses spécifiques au SLS

Sableuses d'atelier (1 000 $ ou moins)

Les sableuses d'atelier sont recommandées pour les utilisateurs disposant d'un budget limité, et dont le volume d'impression hebdomadaire est généralement faible ou moyen. Le prix des sableuses d'atelier varie généralement entre 150 et 1000 $, et elles sont généralement assez compactes. Les cabines moins chères présentent souvent des problèmes, comme par exemple une mauvaise étanchéité pouvant entraîner des fuites d'abrasif. Nous avons également vu des cabines bon marché souffrir d'une mauvaise étanchéité des raccords pneumatiques, ce qui gaspille l'air comprimé et crée un bruit intense pouvant perturber les travailleurs. Avant d'acheter une sableuse d'atelier, assurez-vous qu'elle est fournie avec un système de dépoussiérage (à moins que vous n'en possédiez déjà un). Lorsqu'elles sont bien conçues, les sableuses d'atelier offrent un faible encombrement et un prix attractif. La cabine de sablage d'Econoline est un exemple de sableuse d'atelier abordable.

Sableuses de sol (plus de 1000 $)

Les sableuses de sol peuvent être plus chères, la plupart des machines coûtant plus de 1000 $, mais elles offrent un plus grand espace de travail et sont de qualité industrielle. Beaucoup d'entre elles sont équipés de séparateurs d'air (aspirateurs qui se connectent sur le côté de la cabine de sablage et empêchent les particules abrasives et la poudre de se mêler à l'air) qui vous aident à garder votre poste de travail propre et à éliminer la poudre excédentaire. Chez Formlabs, nous utilisons principalement une sableuse autonome Trinco.

Sableuses à tambour rotatif

Ces sableuses contiennent un tambour rotatif et un pistolet à air comprimé pointé sur les pièces du SLS à l'intérieur du tambour. Il s'agit d'un processus de sablage automatisé, où les pièces sont placées dans la machine et laissées seules jusqu'à ce que le cycle de sablage soit terminé. Les sableuses à tambour rotatif sont les mieux adaptés pour nettoyer de grandes quantités de petites pièces. Toutefois, ce procédé n'est pas recommandé pour les pièces délicates. Les sableuses à tambour rotatif n'ont pas été conçues pour les pièces SLS, et leurs composants métalliques peuvent abîmer ou casser certaines parties fragiles de vos pièces 3D. Avec un temps de cycle d'environ 20 minutes, les sableuses à tambour rotatif peuvent améliorer considérablement l'efficacité de votre flux de travail. Cependant, étant donné que les pièces délicates nécessitent une sableuse d'atelier ou de sol, les sableuses à tambour rotatif peuvent se révéler inadaptées.

Les sableuses spécifiques au SLS se situent dans la même catégorie haut de gamme que les sableuses à tambour rotatif. Offrant des solutions entièrement automatisées pour retirer la poudre des pièces délicates, ces sableuses sont certes chères, mais idéales si vous utilisez l'impression 3D SLS de manière intensive. La PostPro DP d'AMT et la Powershot C de Dyemansion sont deux exemples de sableuses spécifiques au SLS. Les deux machines coûtent environ 35 000 $, sans compter les plans de service et les consommables. La durée de cycle des deux machines est d'environ 10 minutes pour dépoudrer complètement les pièces.

Étapes supplémentaires de post-traitement

Le polissage vibratoire, également appelé tribofinition ou tonnelage, est un processus de finition qui permet de lisser la surface des pièces imprimées en 3D SLS en les plaçant dans un tambour vibrant. Cette étape supplémentaire donne un fini de surface satiné et permet d'obtenir des pièces lisses, ce qui est généralement impossible avec un simple sablage. Le polissage vibratoire permet une surface lisse faisant disparaître l'aspect rugueux des pièces en nylon fritté. Les pièces polies sont également plus résistantes aux rayures et à la saleté. 

Le processus du polissage vibratoire commence par le placement de pièces imprimées par SLS dans un tambour vibrant contenant de petites particules abrasives, telles que des copeaux de céramique. Pendant l'opération, le tambour vibre pour créer une friction entre l'abrasif et les pièces. Les particules abrasives frottent ensuite les pièces SLS pour en lisser lentement la surface. 

Le processus prend généralement de quatre à huit heures. L'abrasif adoucit certaines arêtes vives et peut parfois briser des parties plus délicates. Veuillez toujours suivre les directives de polissage pour vous assurer que vos pièces présentent une épaisseur minimale viable afin que les éléments plus fragiles ne se brisent pas. 

Avant de les teindre, vous pouvez également lisser vos pièces SLS à la vapeur. Le lissage à la vapeur est une option de finition qui utilise des solvants chimiques vaporisés pour créer une surface brillante et lisse semblable à celle d'une pièce moulée par injection. Le lissage à la vapeur peut être utilisé dans diverses technologies d'impression 3D telles que le SLS, le MJF ou le dépôt de fil fondu (FDM). Le lissage à la vapeur donne des pièces lisses conservant leurs propriétés mécaniques d'origine. 

Contrairement au polissage vibratoire, le lissage à la vapeur n'enlève pas de matière. Le solvant chimique vaporisé est dispersé sur la surface des pièces à l'intérieur de la chambre. Il en résulte une couche de produit chimique fondu qui liquéfie le matériau de la pièce afin d'obtenir une surface uniforme. 

Le même agent de finition peut être utilisé pour lisser à la vapeur de nombreux matériaux différents, notamment l'ABS, le polycarbonate et le PA12. Vous pouvez voir des exemples de ce processus sur le site web d'AMT, qui vend des stations de lissage à la vapeur. 

Teinture et peinture

Des couleurs foncées sont recommandées pour teindre les pièces SLS.

Des couleurs foncées sont recommandées pour teindre les pièces SLS. 

Une fois les pièces nettoyées, les utilisateurs peuvent vouloir changer la couleur de leurs pièces. Deux méthodes populaires sont la peinture par pulvérisation et la teinture.

Les étapes de la peinture par pulvérisation des pièces SLS sont similaires à celles des autres pièces imprimées en 3D. Tout d'abord, les pièces SLS doivent être placées sur un support et recouvertes de fines couches d'apprêt. Appliquez ensuite la peinture en spray sur la surface de la pièce.

En raison des formes souvent complexes des pièces SLS, la teinture est souvent préférable à la peinture. Les pièces SLS comportent souvent des pièces mobiles, des charnières et des fentes internes qui peuvent être difficiles à peindre. Vous pouvez choisir d'ajouter de la peinture pour les pièces présentant de grandes surfaces planes et des parties qui ne contiennent pas de treillis complexes ou de sections internes facilement visibles. 

La teinture des pièces SLS est facile, et nous recommandons d'utiliser la teinture de base RIT Proline Dye dans la couleur de votre choix. RIT Proline met à disposition des directives de sécurité, consultables sur leur site web. Avant de commencer, assurez-vous d'avoir des gants, un tablier pour protéger vos vêtements, des lunettes de sécurité et un endroit disposant d'une excellente ventilation. Les instructions au dos de l'emballage RIT Proline devraient suffire pour réussir votre teinture. Nous allons passer en revue les différentes étapes ci-dessous.

En général, ce processus commence par l'installation du matériel. Les éléments requis sont les suivants :

  1. Teinture RIT Proline (FDS)
  2. Plaque chauffante
  3. Pot de teinture en acier inoxydable
  4. Chronomètre
  5. Tasse à mesurer
  6. Cuillère à teinture, pinces, autres ustensiles
  7. Serviettes en papier, plateaux de séchage, chiffons, etc.
  8. Acétone pour le nettoyage
Une installation de teinture typique

Une installation de teinture typique

Teinture des pièces SLS

Les étapes indiquées au dos de l'emballage sont les suivantes :

  1. Faites chauffer 1 litre d'eau jusqu'à ébullition.
  2. Ajoutez la teinture à l'eau. Remuez jusqu'à ce que le tout soit dissous.
  3. Immergez les pièces et démarrez la minuterie.
  4. Retirez les pièces au moment voulu.

Les instructions standard détaillées au dos de l'emballage RIT Proline conviennent pour la teinture des pièces imprimées avec Nylon 12 Powder de Formlabs. Aucun sel, vinaigre ou liquide vaisselle n'a été ajouté au bain de teinture. Les pièces ne nécessitent pas de rinçage ou de lavage après avoir séché à l'air libre. 

L'intensité de la coloration dépend du temps passé dans la teinture. Après seulement 30 secondes, la pièce SLS va commencer à se colorer. Nous avons constaté que la couleur la plus intense est obtenue après 30 minutes. 

Une fois la pièce sortie de l'eau chaude, rincez-la pendant une minute sous l'eau froide pour éliminer toute teinture excédentaire restant à la surface. Le rinçage de la pièce ne devrait pas altérer la couleur. Les pièces rincées et non rincées séchées à l'air libre pendant la nuit n'ont pas laissé de couleur sur la peau lorsqu'elles ont été manipulées.

Plus une pièce SLS reste dans la teinture, plus elle devient foncée.

Plus une pièce SLS reste dans la teinture, plus elle devient foncée. 

Les teintures de couleur claire sont moins adaptées aux pièces SLS. Étant donné que les poudres de nylon comme Nylon 12 Powder sont plus foncées, les couleurs telles que le jaune auront l'air altérées. Les teintures jaunes auront donc un aspect sombre, plus proche d'une couleur jaune-vert. Pour obtenir des couleurs plus vives, vous pouvez ajouter de la peinture sur les pièces teintes. 

Certains utilisateurs des imprimantes 3D SLS Formlabs teignent déjà leurs pièces SLS créées avec la Fuse 1. Partial Hand Solutions se consacre au développement de cette technologie pour les amputés de tous âges. Depuis la création de la société en 2007, l’entreprise a fourni des solutions fonctionnelles à l’attention de nombreux soldats en activité et de personnes amputés de doigts ou nécessitant des prothèses partielles de main. Elle travaille aussi avec les enfants, pour qui les contraintes sont encore plus importantes.

En savoir plus sur l’impression 3D SLS

Pièces en Nylon 12 Powder, teintes et non-teintes.

Pièces en Nylon 12 Powder, teintes et non-teintes. 

Le post-traitement des pièces imprimées par SLS n’est pas une tâche difficile. Après quelques impressions, la plupart des utilisateurs sont capables de s’occuper facilement du lavage, de la post-polymérisation, de la peinture, du ponçage, etc. Donner vie à votre création n’a jamais été aussi simple, grâce à nos imprimantes 3D de bureau abordables et à nos informations sur les méthodes de post-traitement.

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