Les matériaux transparents comme le verre ou l'acrylique sont utilisés pour une grande variété d'applications dans des domaines tels que les produits de consommation, les produits industriels, les soins de santé, etc. Toutefois, le prototypage ou la production de faibles volumes de pièces transparentes peut s'avérer coûteux et inefficace avec les méthodes traditionnelles, ce qui soulève la question suivante : est-il possible d'imprimer en 3D des pièces transparentes ? La réponse est oui, à condition que vous utilisiez la technologie et les matériaux appropriés.
L'impression 3D stéréolithographique (SLA) permet de créer des objets qui peuvent acquérir une transparence optique après post-traitement. Les dernières imprimantes 3D résine de Formlabs, la Form 4 compacte et ultra-rapide et la Form 3L grand-format, vont encore plus loin dans la transparence grâce à un bac à résine flexible qui réduit les forces de décollement, ce qui donne des pièces plus transparentes avec une finition de surface lisse.
Il existe de nombreux matériaux qui permettent d'imprimer en 3D des pièces translucides et transparentes :
- Clear Resin est une résine d'impression 3D exceptionnellement claire et neutre en termes de couleurs, offrant un équilibre optimal entre une vitesse d'impression rapide, une grande précision, une transparence, de solides propriétés mécaniques et un flux de travail facile et fiable. Elle convient parfaitement pour la fluidique, la fabrication de moules, l'optique, l'éclairage, la mise en valeur des caractéristiques internes et toutes les pièces translucides.
- Elastic 50A Resin est un matériau souple et extensible semi-translucide. Il convient au prototypage de pièces habituellement fabriquées en silicone.
- Flexible 80A Resin est un matériau plus rigide, à surface douce au toucher, qui est lui aussi semi-translucide. Il est idéal pour simuler la flexibilité du caoutchouc ou du TPU.
- BioMed Clear Resin est un matériau dur, solide et résistant à l'usure pour les applications biocompatibles nécessitant un contact à long terme avec la peau (>30 jours), les voies respiratoires et les muqueuses (>30 heures) ou à court terme avec les os, les tissus et la dentine (moins de 24 heures).
- BioMed Elastic 50A Resin est un matériau souple, élastique et transparent pour les applications biocompatibles nécessitant un confort et un contact à long terme avec la peau (>30 jours) ou à court terme avec les muqueuses (moins de 24 heures).
BioMed Flex 80A Resin est un matériau ferme, flexible et transparent pour les applications biocompatibles nécessitant une durabilité et un contact à long terme avec la peau (>30 jours) ou à court terme avec les muqueuses (moins de 24 heures).
Dans ce guide, nous vous présentons des méthodes de finition permettant d'imprimer en 3D des pièces transparentes pour des applications très variées, allant de l'optique à la fluidique, en passant par des conduits de lumière. Ces méthodes peuvent être rapides pour obtenir des pièces d'une clarté moyenne, ou très spécifiques comme dans le cas de pièces pour lesquelles une transparence optique parfaite est requise.
Applications de l'impression 3D transparente
Les pièces 3D claires et transparentes sont idéales pour créer des prototypes transparents, montrer des cavités et des détails internes, loger des LED, créer des fenêtres ou imprimer des modèles anatomiques et des dispositifs médicaux transparents.
Formlabs et ses clients ont utilisé Clear Resin pour fabriquer de nombreuses pièces, notamment une lentille optiquement transparente pour une caméra totalement imprimée en 3D, des panneaux pour une lentille de Fresnel destinée à une installation à Times Square, des conduits de lumière, des prismes, des dispositifs milli-fluidiques et bien d'autres produits.
Amos Dudley, ingénieur d'applications chez Formlabs, a conçu et imprimé en 3D une lentille pour un appareil photo entièrement imprimé en 3D.
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FAQ : peut-on imprimer de l'acrylique en 3D ?
Oui, mais seulement sous certaines conditions. Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), communément appelé acrylique, est un thermoplastique transparent couramment utilisé comme une alternative plus durable au verre. Si l'impression 3D de l'acrylique est possible avec les imprimantes 3D à dépôt de fil fondu (FDM), elle n'est pas si facile car le matériau lui-même est toxique et susceptible de se déformer, tandis que les pièces imprimées en 3D ne sont que semi-translucides en raison de la résolution inférieure des imprimantes FDM.
Pour imprimer en 3D des pièces entièrement transparentes avec de l'acrylique, nous recommandons d'utiliser Clear Resin sur une imprimante 3D SLA, puis de post-traiter les pièces imprimées en 3D pour obtenir une transparence parfaite en utilisant l'une des méthodes mentionnées dans cet article. L'utilisation d'un spray acrylique est l'une des méthodes permettant d'obtenir des pièces transparentes.
Méthodes de post-traitement de pièces imprimées en 3D transparentes
Nous avons testé de nombreuses méthodes pour post-traiter des pièces imprimées en 3D avec Clear Resin. Dans ce post, nous allons parler de ponçage manuel, de vernissage et de bain de résine. Chacune de ces méthodes nécessitent plus ou moins de travail, en fonction du degré de transparence et de la finition de surface souhaités.
Ponçage et polissage manuels
Applications : le ponçage et le polissage manuels peuvent convenir pour des pièces de forme simple présentant peu de détails. Ils sont moins adaptés à la finition de modèles complexes. Il est très difficile d'obtenir une transparence optique totale avec cette méthode.
Vous devrez beaucoup poncer avec du papier de verre pour finir votre pièce manuellement, mais moyennant cet effort de ponçage et de polissage, vous pourrez arriver à obtenir la transparence qu'une loupe. Il est malgré tout très difficile d'éliminer complètement toutes les lignes correspondant aux couches par un traitement manuel. Vous risquez d'observer encore des micro-rayures en examinant la pièce à la lumière rasante.
Instructions : utilisez du papier de verre avec un grain de plus en plus fin pour lisser la surface, puis polissez-la avec un nettoyant acrylique et un chiffon microfibre.
Les pièces transparentes imprimées en 3D deviennent brillantes et très lisses au toucher lorsque le grain du papier de verre approche 3000. Lorsqu'il atteint 12 000, les pièces deviennent réfléchissantes. Essayez de poncer lentement et avec soin, avec du papier de verre et des feuilles abrasives Micro Mesh de grain allant de 400 à 12 000, en augmentant de 200 à chaque passe. Poncez pour nettoyer la pièce à chaque changement de grain et éliminer les rayures du grain précédent avant de passer au suivant.
Sur la page assistance de notre site, vous trouverez un guide visuel pas à pas sur le ponçage manuel, ainsi que sur l'application éventuelle d'un spray acrylique.
Conseil : si vous ne recherchez qu'une semi-transparence, de l'huile minérale suffira pour donner une finition uniforme et masquer toute irrégularité légère de la pièce.
Nous avons essayé plusieurs méthodes de polissage de pièces transparentes imprimées en 3D : ponçage manuel, vaporisation de vernis et trempage dans de la résine.
Vaporisation de vernis
Applications : le vernissage par vaporisation est une méthode simple et rapide pour augmenter la transparence des pièces sans trop affecter le niveau de détails. Cette méthode est efficace pour tout type de modèles, car elle permet de couvrir des détails complexes qui peuvent être difficiles à atteindre par ponçage et polissage classiques.
Le vernissage permet à lui seul de dissimuler les lignes de couches et de protéger les pièces des UV, qui peuvent provoquer leur jaunissement et une post-polymérisation supplémentaire non souhaitée. Pour obtenir un fini de surface lisse semblable au verre, il est conseillé de poncer et polir avant de vernir. Plus important sera le ponçage avant le vernissage et meilleure sera la transparence. Il est indiqué de réaliser ce traitement supplémentaire après impression dans le cas de prototypes qui doivent être complètement transparents, comme les emballages, les bouteilles et les dispositifs microfluidiques.
Instructions : plusieurs options de vernissage existent, allant de vaporisateurs peu coûteux à des produits nécessitant un local et des outils spéciaux.
- Vernis en spray à usage général : il existe une grande variété de sprays de haute qualité et abordables. Nous recommandons une couche transparente 2K.
- Vernis en spray pour automobiles : les vernis uréthanes acryliques de très haute densité donnent une brillance élevée et supportent la sécheresse de l'air et de hautes températures, mais leur application nécessite un pistolet et un local spécifique ainsi qu'une couche de base.
Avant de vaporiser du vernis sur une pièce, séchez-la bien après son nettoyage dans de l'alcool isopropylique. La pièce ne doit pas subir de post-polymérisation avant le vernissage pour éviter son jaunissement. Laissez la pièce sécher à l'air libre. Une fois qu'elle est bien sèche, vaporisez deux à trois couches de vernis dans un local non poussiéreux.
Conseil : des carrossiers peuvent réaliser cette opération pour vous avec du Lesonal Universal Clear, moyennant paiement. Généralement, ils utilisent un solvant léger comme de l'essence pour nettoyer et préparer la pièce avant l'application.
Pour leur installation à Times Square, Window to the Heart, les équipes de Formlabs et d’Aranda/Lasch ont travaillé avec un carrossier pour vaporiser du vernis Lesonal Universal Clear sur chaque tuile.
Dépôt de résine
Applications : cette méthode convient le mieux à des pièces qui doivent être très transparentes. Elle ne fonctionne bien que sur des surfaces planes ou presque, comme une lentille ou une fenêtre à l'intérieur d'une pièce.
Les pièces traitées par dépôt de résine sont extrêmement lisses, et les réflexions à leur surface sont nettes et précises.
Cette méthode peut être utilisée pour obtenir une finition de surface encore plus lisse des pièces imprimées dans d'autres matériaux SLA, mais elle risque de réduire la netteté des détails.
Instructions : appliquez Clear Resin sur la pièce, avec une seringue ou en la trempant comme souhaité. La résine visqueuse va remplir les couches et les rayures à la surface et lui donner un fini complètement lisse.
La couche de résine doit être aussi fine que possible, tout en comblant les lignes laissées par les couches. Résorbez les bulles à l'aide d'une seringue. Post-polymérisez la pièce complètement, en respectant les paramètres appropriés, puis répétez le processus sur l'autre face après trempage.
Les trois étapes du traitement des lentilles par bain de résine. À gauche, la lentille terminée.
Remarque : Le traitement par bain de résine modifie légèrement la distance focale des lentilles. Amos Dudley, ingénieur d'applications à Formlabs, a conçu et imprimé un dispositif d'essai des lentilles qui permet de mesurer les propriétés optiques de lentilles imprimées en 3D.
En savoir plus sur l'impression 3D SLA
Avec l'imprimante 3D MSLA Form 4, vous pouvez créer des pièces 3D claires et entièrement transparentes qui ne demandent qu'un post-traitement minimal à un prix abordable.
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