Le choix de l’épaisseur des parois est probablement l’une des décisions les plus importantes lors de la conception de pièces pour l’impression 3D. Si les parois de vos pièces sont trop épaisses, celles-ci vous reviendront plus cher, prendront plus de temps à imprimer et finiront peut-être même par se fissurer. Si les parois sont trop fines, les pièces pourront ne pas être fonctionnelles, se déformer à l’impression ou, encore une fois, revenir plus cher à produire, car vous devrez revenir en arrière et retravailler la conception.
Découvrez pourquoi respecter l’épaisseur minimum des parois en impression 3D vous aide à concevoir et diminue vos coûts de production.
Recommandations de base et définitions
Avant de nous plonger dans les spécificités du calcul d’épaisseur minimum des parois, nous devons clarifier la terminologie.
Qu’est-ce que l’épaisseur minimum des parois ?
L’épaisseur minimum des parois est l’épaisseur minimale possible d’une structure pour préserver sa fonctionnalité. Cette valeur minimale dépend de plusieurs facteurs, notamment le type de procédé d’impression 3D que vous utilisez, les forces physiques constantes (comme la gravité) ou la pression que devra subir la structure créée au cours de son utilisation.
Imaginez un crayon en graphite. Plus la mine est fine et le crayon long, moins le graphite peut supporter de pression. Le point de rupture précis varie selon chaque utilisateur, car la pression dépend de la personne qui manie le crayon. C’est la même chose pour les structures imprimées en 3D.
Parois avec ou sans supports
Une paroi sans supports est reliée à une autre paroi seulement sur un côté (ou une arête). Une paroi avec supports est reliée à d’autres parois sur deux côtés ou plus.
Une paroi avec supports est reliée à d’autres parois sur deux côtés ou plus.
Une paroi sans supports est reliée à d’autres parois sur moins de deux côtés.
Diamètre des fils verticaux
Contrairement aux surfaces planes des parois, les fils sont ronds. À cause de cette différence physique, leur épaisseur minimum est exprimée en diamètre de fil minimum. Pour un pilier ou un fil vertical, vous devrez calculer le diamètre minimum pour des éléments filaires verticaux (ou l’épaisseur au point le plus large de votre cercle).
Détails en relief ou creux
Pour calculer l’épaisseur minimale et maximale pour des détails complexes, il faut d’abord comprendre la différence entre relief et creux. Les détails en relief dépassent vers l’extérieur d’une conception, tandis que les détails en creux sont concaves.
Le manche de rasoir noir Gillette imprimé en 3D ci-dessus présente des détails en creux, alors que le manche de rasoir argenté présente des détails en relief.
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Comment calculer l’épaisseur minimum des parois pour l’impression 3D
Pour choisir l’épaisseur de paroi parfaite pour votre conception, vous devrez prendre en compte trois éléments : votre objectif, vos ambitions esthétiques et le procédé d’impression 3D physique.
Épaisseur minimum des parois par procédé d’impression 3D
L’épaisseur minimum des parois varie en fonction du type d’imprimante 3D. Vous pouvez utiliser les instructions de conception ci-dessous comme point de départ pour choisir la bonne épaisseur de parois pour votre modèle, en fonction du procédé d’impression 3D que vous envisagez :
| Stéréolithographie (SLA) | Dépôt de fil fondu (FDM) | Frittage sélectif par laser (SLS) | ||
|---|---|---|---|---|
| Paroi avec supports | Épaisseur minimum | 0,2 mm | 1 mm | 0,6 mm à la verticale et 0,3 mm à l'horizontale |
| Paroi sans supports | Épaisseur minimum | 0,2 mm | 1 mm | 0,6 mm à la verticale et 0,3 mm à l'horizontale |
| Diamètre de fil vertical | Diamètre minimal | 0,2 mm | 3 mm | 0,8 mm |
| Détails en creux | Dépression minimale | 0,15 mm | 0,6 mm de large et 2 mm de profondeur | 0,1 mm – 0,35 mm |
| Détail en relief | Excroissance minimale | 0,1 mm | 0,6 mm de large et 2 mm de hauteur | 0,1 mm - 0,4 mm |
Dans la plupart des cas, le fabricant de l’imprimante 3D ou le fournisseur de services d’impression 3D propose un guide de conception avec des recommandations d’épaisseur de parois basées sur des tests effectués sur le modèle d’imprimante concerné.
En général, les imprimantes 3D SLA peuvent créer les parois les plus fines parmi toutes les techniques d’impression 3D, mais cela dépend des machines. Par exemple, l’imprimante 3D SLA Form 3+ de Formlabs offre une plus grande liberté de conception que le modèle précédent, la Form 2, car elle utilise un bac à résine flexible pour considérablement réduire les forces de décollement pendant l’impression.
Si vous utilisez une imprimante 3D FDM, l’épaisseur de paroi recommandée peut aussi changer en fonction de la taille de la buse choisie. Par exemple, si vous utilisez une buse de 0,4 mm, l’épaisseur minimum des parois devra être divisible par 0,4. Par conséquent, au lieu de l’épaisseur minimum de 1 mm recommandée dans le tableau, vous obtiendrez de meilleurs résultats avec des parois de 1,2 mm d’épaisseur ou en optant pour une buse plus fine.
Pour les imprimantes 3D SLS, l'épaisseur minimale des parois se situe entre celle des imprimantes SLA et FDM, mais offre certains avantages uniques : en effet, le frittage sélectif par laser ne nécessite pas de structures de support, car la poudre non frittée entoure les pièces pendant l'impression. L'impression SLS permet de reproduire des formes très complexes, comme par exemple des pièces qui s'emboîtent ou qui coulissent, des pièces avec des composants intérieurs ou des canaux, et d'autres conceptions avancées.
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Comment utiliserez-vous votre conception ?
L’utilisation prévue de votre pièce imprimée doit vous informer non seulement sur la bonne épaisseur des parois, mais aussi sur le matériau d’impression 3D que vous devez choisir. Si vous concevez une pièce pliable pour l’impression, par exemple avec Flexible 80A Resin, ses parois devront être suffisamment épaisses pour permettre la compression de votre pièce, mais suffisamment fines pour ne pas restreindre ses mouvements.
La résistance aux chocs et à la rupture par traction du matériau d’impression 3D utilisé aura aussi un impact sur l’épaisseur des parois idéale. Par exemple, Rigid 10K Resin , destinée aux imprimantes 3D SLA de Formlabs, est un matériau à charge de verre qui présente une grande rigidité et une grande résistance à la déformation dans le temps. Elle convient bien à l’impression de parois fines.
Si vous imprimez des composants pour la fabrication, comme des moules thermoformés ou des aides à la fabrication qui devront supporter une force et une pression répétitives, vous devrez rester sur des pièces solides et des parois plus épaisses. Des parois très fines ne seront pas assez durables pour supporter des cycles répétés.
À quoi souhaitez-vous que votre conception ressemble ?
La couleur, la finition de surface et les détails sont importants, surtout si vous imprimez des prototypes ressemblants, des figurines ou une installation artistique. La bonne nouvelle est que, si vous tenez compte des épaisseurs recommandées suffisamment tôt, vous pouvez concevoir votre pièce dans les limites de l’impression 3D.
Par exemple, vous concevez une figurine avec une chemise dont les boutons seront des détails en relief. Vous pouvez effectuer un calcul rapide pour que les boutons soient suffisamment épais afin de clairement apparaître sur votre personnage imprimé et vous assurer qu’ils sont assez espacés.
Limites à envisager
Quelques problèmes sont à anticiper par tout concepteur lors de la préparation d’un modèle pour l’impression 3D. Comprendre ces limites vous aidera à éviter de réimprimer vos modèles.
Perte de détails lors du changement d’échelle
Les problèmes d’épaisseur des parois sont souvent le résultat d’une déconnexion entre la modélisation et les procédés d’impression. Les modèles peuvent sembler structurellement fiables dans votre logiciel CAO, mais sans pouvoir fonctionner dans la réalité. Par exemple, des détails architecturaux comme les auvents sont susceptibles de devenir trop fins si vous réduisez l’échelle d’un bâtiment à une petite maquette de table.
Déformation
Si vos parois sont trop fines, vous courrez le risque de voir vos pièces se déformer ou se fissurer pendant ou après l’impression. Pendant l’impression, chaque couche de votre conception doit avoir plusieurs contacts avec la précédente couche imprimée. Si ce n’est pas le cas, vous pourriez finir avec des pièces affaissées, courbées ou complètement déconnectées.
Une fois votre modèle imprimé, il doit pouvoir supporter le nettoyage et une utilisation à long terme. Même si vous concevez une figurine pour la mettre sur une étagère, des parois fines ont plus de risque de fluage et de fissures une fois la pièce détachée de ses structures de support.
Gondolage
Au cours des procédés d’impression 3D qui fondent ou frittent du matériau brut, comme le FDM ou le SLS, les coins sont particulièrement sujets au cintrage. En fonction de la forme, du contour et de l’épaisseur des parois de votre conception, certaines zones refroidiront plus rapidement que d’autres. Le changement de température drastique peut engendrer le cintrage de certaines zones, comme les coins d’une paroi.
Conseils pour la conception et la résolution de problèmes d’épaisseur des parois pour l’impression 3D
La plupart des outils logiciels de modélisation 3D proposent différentes fonctionnalités pour vous aider à vérifier et à ajuster l’épaisseur des parois de votre conception avant son impression. Voici quelques exemples sur des outils de CAO courants :
Sur Meshmixer, utilisez Analysis (Analyse) → Thickness (Épaisseur) pour vérifier que l’épaisseur des parois du modèle reste dans des limites acceptables pour la technique d’impression 3D concernée. Si vous avez besoin d’ajouter de l’épaisseur à un maillage, vous pouvez utiliser la commande Extrude (Extruder). Sélectionnez la zone à épaissir à l’aide du mode Brush (Pinceau), qui permet de sélectionner individuellement des triangles (et d’en désélectionner en maintenant appuyée la touche Ctrl). Il est possible de lisser la zone choisie en sélectionnant Modify (Modifier) → Smooth Boundary (Lisser limite) dans le menu contextuel. Le résultat sur la zone choisie sera meilleur en augmentant les valeurs des paramètres Smoothness (Lissage) et Iterations (Itérations). Choisissez maintenant Edit (Modifier)→ Extrude (D) [Extruder (D)] avec le paramètre de Direction sur Normal.
Vous pouvez ajouter de l’épaisseur à un modèle en utilisant le mode Brush (Brosse) dans Meshmixer.
Consulteznotre tutoriel Meshmixer pour découvrir 15 conseils de pro qui vous permettront d’optimiser un maillage de triangles, de resculpter des portions entières, de styliser le modèle ou de lui ajouter des éléments utiles.
Sur Fusion 360, vous pouvez utiliser la fonctionnalité Thicken (Épaissir) pour ajuster l’épaisseur de chaque paroi.
Sur Rhino, vous pouvez utiliser la fonctionnalité Extrude Surface (Extruder la surface) pour créer des parois ou des surfaces plus épaisses.
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