Guide des outils de masquage imprimés en 3D pour la peinture, le revêtement et bien plus encore
Le masquage, ou la couverture stratégique de certaines zones au cours d'une étape de traitement telle que la peinture, le sablage ou la métallisation, est généralement une étape demandant beaucoup de main-d'œuvre et ne tolérant qu'une faible marge d'erreur. L'impression 3D offre un moyen rentable de créer des masques personnalisés qui peuvent s'adapter à des géométries complexes et être utilisés de nombreuses fois, réduisant ainsi le nombre d'heures de travail manuel au cours des processus de post-traitement.
Les technologies d'impression 3D stéréolithographique (SLA) et à frittage sélectif par laser (SLS) peuvent toutes deux être utilisées pour fabriquer des outils de masquage, et chacune présente des avantages uniques. Dans ce guide, nous décrirons les points à prendre en compte lors de la création de masques, comment choisir une technologie d'impression 3D qui convient à votre flux de travail, et nous donnerons plusieurs exemples de clients qui ont réussi à finir leurs pièces à l'aide de masques imprimés en 3D. Pour obtenir des instructions détaillées sur le choix d'une méthode de masquage et les résultats de différents flux de travail, téléchargez notre livre blanc.
Qu'est-ce que le masquage ?
Le masquage est la couverture stratégique de certaines zones d'une pièce qui doivent rester exemptes de tout revêtement, peinture, métallisation ou autre processus de finition de surface. Ces zones peuvent devoir rester intactes pour plusieurs raisons : elles peuvent devoir être conductrices d'électricité, accueillir une fixation pour un assemblage, ou encore être revêtues d'un autre matériau ou d'une autre couleur. Les masques sont donc des aides à la fabrication qui peuvent être personnalisées et fabriquées pour correspondre à chaque pièce finale, ou créées une seule fois et utilisées lorsque chaque pièce passe par le processus de finition.
Même dans les secteurs où une grande partie du processus de finition est automatisée, comme dans l'industrie automobile, le masquage est encore souvent effectué à la main avec du ruban adhésif et du papier. Photo credit: mirka.com
Aperçu
Les processus de masquage traditionnels comprennent la mesure et la découpe manuelles du ruban de masquage, l'usinage de masques en métal ou en plastique, ou parfois le revêtement d'une pièce entière, puis l'usinage ou le grattage du revêtement dans la zone désignée. Bien qu'ils utilisent des matériaux bon marché, les flux de travail liés à l'application de bandes adhésives sont extrêmement gourmands en main-d'œuvre et peuvent ajouter des minutes de travail pour chaque pièce sur une ligne de production. Les masques usinés peuvent être utilisés à plusieurs reprises, mais leur fabrication est coûteuse et le processus d'usinage limite leur géométrie.
Les masques sont une application idéale pour l'impression 3D : ils sont souvent nécessaires pour produire de petites séries et ont souvent des formes très spécifiques afin de ne couvrir que certaines zones (au centre, sur les bords, etc.). Les masques imprimés en 3D peuvent être produits avec moins de main-d'œuvre, offrir une plus grande répétabilité et simplifier de nombreuses tâches de masquage complexes, ou être utilisés comme prototypes pour valider les flux de travail avant de passer à un autre matériau.
Considérations sur les masques imprimés en 3D
Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection d'un matériau pour la production de masques. Ces facteurs sont les exigences mécaniques et chimiques, l'adaptation de la pièce et les exigences de production.
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Température: c'est le facteur le plus important, car certains revêtements doivent être durcis à des températures très élevées dans des fours de cuisson. High Temp Resin de Formlabs résiste à des températures allant jusqu'à 238 °C et convient donc à de nombreux procédés de revêtement en poudre à plus basse température.
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Abrasivité : certains procédés de finition utilisent des agents abrasifs, et les masques doivent donc être fabriqués dans des matériaux capables de résister aux forces des agents utilisés, comme les granulés de céramique ou les coquilles de noix. Dans ce cas, utilisez un matériau plus dur tel que Rigid 10K Resin de Formlabs pour les pièces SLA ou Nylon 12 GF Powder pour les pièces SLS.
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Utilisation de solvants : de nombreux revêtements nécessitent également des solvants, qui peuvent être basiques ou acides. Si une solution acide ou basique fait partie du processus de traitement, veillez à comparer la fiche technique avec les exigences chimiques.
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Adaptation à la pièce : lors du placement d'un masque sur une pièce, différents degrés de rigidité ou de flexion sont nécessaires selon les cas. L'impression 3D permet d'essayer facilement et à peu de frais plusieurs matériaux, tels que Durable Resin, Rigid 10K Resin, Nylon 11 Powder et Nylon 12 Powder.
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Exigences de production : certaines applications de masquage ne nécessitent qu'un ou deux masques, tandis que d'autres requièrent autant de masques que de pièces. Les imprimantes SLA de Formlabs, la Form 3+ et la Form 3L, sont un excellent choix pour la production de petites quantités de masques, par exemple pour les procédés soustractifs, où seules quelques pièces peuvent être produites à la fois. L'imprimante SLS Fuse 1+ 30W est mieux adaptée aux volumes de masques plus importants, car elle permet d'empiler verticalement plusieurs pièces au cours pour une même impression.
Technologies SLA et SLS pour le masquage
SLA: Form 3+ et Form 3L
Les imprimantes SLA de Formlabs, la Form 3+ de bureau et la Form 3L d'atelier, offrent une large gamme d'options de matériaux, des délais d'exécution rapides, une haute résolution et un volume d'impression grand format. La polyvalence des imprimantes SLA de Formlabs est un autre avantage : avec une gamme de plus de 40 résines, les utilisateurs peuvent sélectionner un matériau dont les propriétés sont parfaitement adaptées à leurs besoins. Les résines vont des matériaux souples comme Elastic 50A Resin, parfaite pour des masque qui simulent le silicone, à d'autres plus rigides comme Rigid 10K Resin. Pour les considérations relatives au processus de masquage, telles que la température ou la conductivité, la gamme de matériaux Formlabs propose également des matériaux spécialisés, tels que ESD Resin, qui dissipe efficacement les décharges électrostatiques.
| Résine | Point fort | TFC |
|---|---|---|
| Draft Resin | Vitesse d'impression très élevée. Cette résine est un excellent choix pour imprimer rapidement lorsque la tolérance n'est pas une préoccupation majeure. | 57 ℃ |
| Durable Resin | Conforme et très résistant aux chocs. Un bon choix lorsqu'on recherche des ajustements serrés, des ajustements à la presse ou une grande flexibilité/conformité autour des caractéristiques. | 41 ℃ |
| Tough 1500 Resin | Plus rigide que Durable Resin, mais néanmoins plus souple. | 52 ℃ |
| Rigid 10K Resin | Résine très rigide, excellent choix pour des masques avec des raccords coulissants ou des bords tranchants. Peut également être un bon choix pour les processus abrasifs. | 218 ℃ |
| High Temp Resin | High Temp Resin de Formlabs est une bonne option pour tous les procédés nécessitant une polymérisation à haute température. | 238 ℃ |
| Elastic 50A Resin | Matériau avec la dureté Shore la plus basse. Elastic 50A Resin est une bonne option lorsque la conformité est la principale préoccupation. | N/A |
The high resolution possible on Formlabs Form 3+ and Form 3L printers makes tight tolerances achievable, so masks fit correctly and stay snug to the part during any finishing process. Many masking parts are designed to fit along a narrow edge or trace organic shapes on a part that requires high dimensional accuracy. Formlabs SLA printers have a 25-micron layer height setting, and tolerances of +/- 15 microns for multiple materials. If sharp features, corners, and crisp lines are required, SLA printed masks are the best option.
SLS : Imprimantes de la série Fuse
Les avantages des imprimantes SLS de la série Fuse sont leur capacité de produire des lots entiers, la durabilité et la robustesse des poudres SLS, et l'absence de post-traitement. L'empilement vertical dans les chambres de fabrication de la série Fuse permet d'imprimer des dizaines ou des centaines de pièces en même temps, ce qui rend ces masques idéaux pour des applications telles que le revêtement de Cerakote, où les bras robotiques peuvent revêtir des centaines de pièces à la fois.
Les poudres SLS de Formlabs, qui comprennent quatre matériaux en nylon différents et une poudre de TPU, sont des matériaux de fabrication éprouvés qui offrent une résistance et une robustesse fiables. En règle générale, les matériaux en nylon présentent une bonne compatibilité chimique. En raison de leur structure semi-cristalline, les matériaux en nylon résistent bien au pétrole, à l'acétone et aux graisses à base de silicone, et sont moins susceptibles de se fissurer sous l'effet de l'environnement.
Pour en savoir plus sur la compatibilité du nylon avec les solvants, cliquez ici.
| Poudre | Point fort | TFC |
|---|---|---|
| Nylon 12 Powder | Option de matériau SLS la moins chère avec un taux de rafraîchissement élevé. Plus rigide et plus résistante à la chaleur que Nylon 11 Powder, avec une meilleure résistance à la flexion. Si les masques nécessitent un composant rigide ou si vous souhaitez minimiser les coûts de production, choisissez Nylon 12 Powder. | 171 ℃ |
| Nylon 11 Powder | Matériau très performant avec une grande résistance aux chocs, de bonnes performances sur des éléments fins et un haut degré de ductilité. Nylon 11 Powder est un excellent choix pour des masques SLS conformes ou des masques nécessitant des caractéristiques très fines. | 182 ℃ |
| Nylon 11 CF Powder | Propriétés des matériaux supérieures. Nylon 11 CF Powder a beaucoup à offrir si l'on veut produire un masque rigide avec une grande résistance à l'impact et une haute TFC, en particulier sous l'effet de la force. | 188 ℃ |
| TPU 90A Powder | Un matériau SLS élastomère, permettant de réaliser des composants flexibles avec une grande liberté de conception. Le TPU est idéal pour les joints, les bouchons et les couvercles souples. | 94 ℃ |
The self-supporting nature of the Fuse Series powder bed eliminates the need for supports, making material usage more efficient and removing the need for laborious manual post-processing and support removal. Printing without supports also enables complex geometries, such as overhangs, lattice shapes, or internal channels that cannot easily be produced by other means.
Étude de cas : NIC Industries (Cerakote), combinaison de masques et de fixations pour l'impression SLS
NIC Industries, le fabricant du Cerakote, utilise depuis longtemps des masques imprimés en 3D. Il les trouve particulièrement utiles quand leur robot Cerakote doit revêtir de grandes quantités de pièces.
Dans le cas d'un lot d'échantillons, ils ont travaillé avec Formlabs pour produire 1000 masques imprimés en 3D SLS servant à masquer rapidement et efficacement certaines surfaces. Les masques ont été imprimés avec Nylon 12 Powder sur l'imprimante SLS Fuse 1+ 30W et ont servi à couvrir l'intérieur d'un assemblage de produit final en deux parties afin d'éviter une surcouche de peinture et d'assurer une ligne de séparation claire entre les couleurs. Les masques servent également à fixer la pièce au robot, ce qui permet d'obtenir un rendement élevé et un revêtement homogène.
Masque SLS imprimé en 3D et fixation (à gauche), masques imprimés en 3D et fixés pour permettre au robot de revêtir (au centre), et échantillon en deux parties de pièce SLS imprimé en 3D, revêtu avec du Cerakote H-Series (à droite).
Sur une autre pièce, NIC Industries a dû post-traiter cette poignée en protégeant le canal intérieur d'un filet de vis pendant la phase de revêtement avant l'assemblage final. Avant l'application du Cerakote, NIC Industries a conçu et imprimé en 3D un masque pour protéger les surfaces intérieures de cette poignée. Ils ont conçu un masque de type bouchon qui s'insère dans le filetage de la vis et empêche tout matériau de revêtement de pénétrer dans la cavité afin de garantir un filetage lisse dans l'assemblage final. Les bouchons se retirent, se compriment facilement et sont capables de résister à des centaines de revêtements.
Masque en deux parties imprimé en 3D avec Nylon 12 Powder pour la poignée
Poignée et masque imprimé en 3D assemblés
Étude de cas : NIC Industries (Cerakote), combinaison de masques et de fixations pour l'impression SLS
NIC Industries, le fabricant du Cerakote, utilise depuis longtemps des masques imprimés en 3D. Il les trouve particulièrement utiles quand leur robot Cerakote doit revêtir de grandes quantités de pièces.
Dans le cas d'un lot d'échantillons, ils ont travaillé avec Formlabs pour produire 1000 masques imprimés en 3D SLS servant à masquer rapidement et efficacement certaines surfaces. Les masques ont été imprimés avec Nylon 12 Powder sur l'imprimante SLS Fuse 1+ 30W et ont servi à couvrir l'intérieur d'un assemblage de produit final en deux parties afin d'éviter une surcouche de peinture et d'assurer une ligne de séparation claire entre les couleurs. Les masques servent également à fixer la pièce au robot, ce qui permet d'obtenir un rendement élevé et un revêtement homogène.
Pendant la première étape, le ruban adhésif recouvre une grande partie de la pièce. Pendant la deuxième, la pièce imprimée en 3D sert de pochoir autour duquel un technicien découpera le reste du ruban adhésif, de sorte que la partie revêtue reste exempte de peinture, tandis que le reste de la surface est peint en noir.
Les masques imprimés en 3D réduisent les coûts et améliorent l'esthétique et la performance
L'impression 3D de masques en interne permet de réduire les coûts de main-d'œuvre, d'améliorer l'aspect et les performances des pièces finales et d'optimiser les processus de validation. Les pièces imprimées en 3D sont de plus en plus utilisées dans les applications finales et pour cela, le revêtement, la coloration et la peinture sont souvent des étapes nécessaires. Les outils de masquage sont nécessaires à la fois pour ces pièces imprimées en 3D et pour de nombreux autres objets fabriqués avec des méthodes traditionnelles. Les avantages que présente l'impression 3D pour la pièce elle-même (personnalisation, liberté de conception, coût abordable de la production en petites séries) s'appliquent également à la fabrication des masques. La vitesse, l'efficacité et la polyvalence des matériaux SLA et SLS de Formlabs permettent d'optimiser la fabrication des masques en interne et de résoudre les problèmes de chaîne d'approvisionnement.
Pour en savoir plus sur l'imprimante 3D et le matériau Formlabs les mieux adaptés à votre application de masquage, contactez notre équipe commerciale ou téléchargez notre livre blanc pour explorer les différentes méthodes de masquage et voir les résultats de nos tests.
| PRODUCTION SYSTEM | FUSE 1+ 30W | FORM 3+ |
|---|---|---|
| Matériau | Nylon 12 Powder | Durable Resin |
| Parts Per Build | 168 | 85 |
| Material Cost Per Part | $0.94 | $0.15 |
Conclusion
3D printing masks in-house can reduce labor costs, improve the look and performance of final parts, and streamline validation processes. The use of 3D printed parts in end-use applications is growing, and coating, dyeing, and painting are often necessary steps. Masking tools are necessary for both these 3D printed parts, and for many traditionally manufactured items. The advantages that 3D printing provides for the part itself (customization, design freedom, affordability of low volume production) also apply to the fabrication of the masks. Leveraging the speed, efficiency, and material versatility of Formlabs SLA and SLS printers can streamline inhouse masking fabrication and reduce bottlenecks in your supply chain.
To learn more about which Formlabs 3D printer and material are best suited to your application for masking, contact our sales team.
