Le frittage sélectif par laser (SLS) est une technologie d'impression 3D très répandue qui permet de fabriquer des pièces complexes en frittant couche par couche de la poudre avec un laser. Cette approche permet d'obtenir des composants précis et robustes, mais elle présente un inconvénient majeur : la finition de surface obtenue a tendance à être rugueuse et poreuse, ce qui nuit à son application dans les scénarios où une finition lisse est primordiale, tels que les assemblages à frottement élevé ou la production de pièces finales. Toutefois, grâce au déploiement de techniques de post-traitement supplémentaires, telles que le lissage à la vapeur, les pièces SLS peuvent atteindre une qualité de surface et une durabilité comparables à celles des pièces moulées par injection.

Pour tenter de comprendre et d'évaluer l'efficacité du lissage à la vapeur sur les composants imprimés en 3D par SLS, Formlabs s'est associé à Additive Manufacturing Technologies (AMT). Ce projet commun visait à examiner l'impact du lissage à la vapeur sur diverses pièces imprimées sur nos imprimantes 3D SLS de la série Fuse, en utilisant différents matériaux tels que Nylon 12 Powder, Nylon 11 Powder, TPU 90A Powder, Nylon 11 CF Powder, et Nylon 12 GF Powder.

Le lissage à la vapeur est un processus chimique qui consiste à exposer la surface d'une pièce imprimée en 3D SLS à une vapeur de solvant. Au cours du processus, une combinaison de chaleur et de vapeur de solvant fait fondre sélectivement la surface, créant une surface plus lisse et scellée. Le processus modifie principalement les couches superficielles, laissant le noyau interne intact. La précision du lissage est contrôlée en ajustant les conditions à l'intérieur de la chambre de traitement afin d'obtenir la finition de surface souhaitée. Le fabricant de la machine de lissage à la vapeur fournit généralement des profils de réglage individuels à cet effet.

Le choix du solvant utilisé pour ce processus dépend en grande partie du type de matériau utilisé dans le procédé d'impression. Chaque matériau interagit différemment avec les solvants ; le solvant idéal varie donc d'un matériau à l'autre. Par exemple, nylon 11 et nylon 12 sont généralement traités avec le même solvant, alors que le polypropylène nécessite une chimie distincte pour un lissage efficace.

Le lissage à la vapeur est généralement effectué dans un environnement fermé, tel qu'une chambre à vapeur, afin d'éviter l'évaporation du solvant. Ces chambres spécialisées, fabriquées et commercialisées par des sociétés comme AMT, sont souvent de dimensions compactes, occupant un espace comparable à celui d'une imprimante Fuse 1+ 30W. Ce confinement garantit un processus de lissage à la vapeur contrôlé, efficace et sûr.

Les composants ciblés pour le lissage de la vapeur sont fixés sur un support, qui est positionné à l'intérieur de la chambre de vapeur. Une fois la chambre bien fermée, le processus commence par la mise en place des conditions appropriées, à savoir la température de la chambre et le niveau de vide. De la vapeur de solvant est ensuite introduite dans la chambre pour interagir chimiquement avec les pièces et favoriser le lissage de la surface. Le processus de lissage à la vapeur dure environ deux heures, du début à la finition. La durée étant constante quel que soit le nombre, la géométrie ou la dimension des pièces, elle s'adapte efficacement à des volumes plus importants et à la production par lots.

Le lissage à la vapeur est principalement utilisé pour sa capacité à créer un aspect plus lisse et plus poli, semblable à celui d'une pièce moulée par injection. Cette méthode est particulièrement utile pour les pièces qui seront visibles, comme les produits pour utilisation finale ou les prototypes d'itération finale qui nécessitent une finition de classe A ou B.

Formlabs et AMT ont constaté une réduction de 72 à 81 % de la rugosité moyenne de la surface (Ra) après le lissage des pièces imprimées avec les poudres SLS de Formlabs. Formlabs a observé que le lissage à la vapeur permet d'obtenir une finition de surface homogène, opaque et semi-brillante sur toutes les poudres SLS de Formlabs.

Le lissage à la vapeur aide également à sceller la surface de la pièce, en réduisant la porosité superficielle et en améliorant sa résistance à l'humidité et à la prolifération bactérienne. Cela peut être particulièrement avantageux dans des applications où la pièce est exposée à des conditions sévères et à des solvants, comme dans l’automobile ou l’aéronautique (voir le chapitre Résultats de l’absorption d’humidité pour plus de détails), ou lorsque la prolifération bactérienne est un enjeu. Formlabs et AMT ont constaté une réduction de 60 % de la croissance des bactéries SARM sur les pièces en Nylon 12 Powder.

L’un des principaux avantages du lissage à la vapeur est son application « sans visibilité directe », ce qui signifie que la vapeur de solvant peut interagir uniformément avec toutes les surfaces de la pièce, y compris celles qui ne sont pas directement visibles. Cette caractéristique confère un avantage significatif par rapport aux revêtements appliqués par pulvérisation HVLP, qui posent des difficultés lorsqu’ils sont appliqués sur des surfaces cachées, internes ou complexes, en particulier dans le cas de géométries complexes telles que les treillis. Par conséquent, le lissage à la vapeur garantit une finition de surface uniforme et complète, quelle que soit la complexité de la structure de la pièce.

Un autre avantage du lissage à la vapeur réside dans son impact minimal sur les propriétés mécaniques intrinsèques du matériau de base. Les travaux menés par Formlabs avec AMT n’ont montré qu’une variation mineure des propriétés mécaniques, avec des écarts de seulement quelques pourcents. Cela signifie que les avantages du lissage à la vapeur — amélioration de l’esthétique et de la finition de surface — peuvent être obtenus sans compromettre les performances fonctionnelles ni l’intégrité structurelle de la pièce. Le lissage à la vapeur est donc une technique de post-traitement exceptionnellement efficace qui permet d'équilibrer à la fois la forme et la fonction des composants imprimés en 3D.

Le lissage à la vapeur des pièces SLS nécessite une prise en compte attentive de certains paramètres du processus et caractéristiques de conception afin de garantir des résultats optimaux. Vous trouverez ci-dessous les principaux points à prendre en compte :

1. Profils prédéfinis : Assurez-vous que votre équipement de lissage à la vapeur dispose de profils prédéfinis configurés spécifiquement pour les poudres SLS de Formlabs.
2. Regroupement de pièces similaires : dans la mesure du possible, regroupez les pièces présentant des épaisseurs de paroi similaires. Cela favorise l’uniformité du processus de lissage et évite les disparités dans les résultats finaux dues aux variations des caractéristiques des matériaux.
3. Points de connexion : afin d’assurer une couverture complète lors du processus de lissage à la vapeur, il est conseillé d’ajouter un point de connexion aux pièces. Cela permet de fixer ou de suspendre les pièces à l’aide d’un clip, garantissant un lissage uniforme de toutes les surfaces.
4. Orientation des pièces : il est essentiel d’orienter correctement les pièces dans la chambre à vapeur. Les pièces présentant des creux doivent être orientées de manière à ce que ceux-ci soient tournés vers le bas. Cela permet d’éviter l’accumulation de solvant dans ces creux.
5. Consulter le fabricant : enfin, n’hésitez pas à contacter le fournisseur de votre équipement pour obtenir des recommandations d’optimisation supplémentaires. Leurs conseils d’experts peuvent apporter des éclairages supplémentaires et permettre d’affiner le processus de lissage à la vapeur afin d’en maximiser les résultats.

Chaque entreprise et machine de lissage à la vapeur possède son propre ensemble de paramètres et de solvants utilisés pour lisser les pièces. Les paramètres les plus souvent ajustés sont la température et la pression. En outre, chaque matériau SLS aura son propre profil développé par le fabricant de lissage à la vapeur afin de garantir les meilleurs résultats en termes de qualité.

Dans le cadre d'une collaboration, Formlabs et AMT ont mis au point des profils de machine spécialisés, conçus spécifiquement pour tous les matériaux SLS de Formlabs. Ces profils sont conçus pour offrir la meilleure finition de surface possible lors du lissage à la vapeur de pièces produites avec les poudres SLS de Formlabs.

Pour accéder à ces profils spécialement développés, veuillez contacter AMT directement. Il a été démontré que TPU 90A Powder se lisse à la vapeur de manière moins homogène que les matériaux rigides, tels que le nylon. Imprimez les pièces en TPU 90A Powder verticalement pour obtenir les meilleurs résultats avec le lissage à la vapeur.

En plus de proposer un profil pour chaque matériau SLS, les machines de lissage à la vapeur peuvent également offrir des profils spécifiques à la géométrie de la pièce. La géométrie de la pièce, telle que l'épaisseur de la paroi et la taille totale de la pièce, peut affecter le processus de lissage et doit être prise en compte dans les paramètres du profil de lissage de la vapeur. Par exemple, AMT dispose de profils de machines pour les pièces minces en Nylon 12 Powder (

Tenter de lisser des pièces présentant à la fois des parois très fines et très épaisses sur une même pièce, ou des lots comprenant ces deux types de géométrie, peut entraîner un lissage non uniforme, avec des surfaces présentant des bulles ou un lissage insuffisant. Les pièces présentant des géométries similaires doivent, autant que possible, être regroupées lors des cycles de production.

Étant donné que le solvant est vaporisé dans la chambre pendant le processus de lissage, il est susceptible de s'accumuler dans les creux présents dans la pièce imprimée. Cela peut entraîner la formation de bulles irrégulières à la surface de la pièce. Pour éviter cela, il est recommandé de suspendre les pièces présentant des creux avec ceux-ci orientés vers le bas, ce qui favorise l’écoulement du solvant. À défaut, envisagez de supprimer ces caractéristiques de la conception de la pièce lorsque cela est possible.

AMT fournit un guide complet de préparation du site pour toutes les machines PostPro SF afin de garantir que l'installation et le fonctionnement des systèmes de lissage des vapeurs sont conformes aux normes de sécurité. Ce guide comprend une formation à la sécurité et à la manipulation pour les opérateurs : une étape cruciale pour réduire les risques potentiels.

En termes d’encombrement, les systèmes de lissage à la vapeur d’AMT sont relativement compacts et ne nécessitent qu’une largeur minimale de 2,2 mètres et une profondeur de 3,2 mètres, selon le modèle et le volume de production. Pour obtenir des informations complètes sur l'installation et la sécurité, contactez directement AMT. La prise en compte de ces éléments permet un déploiement sûr et efficace des systèmes de lissage à la vapeur dans votre espace de travail.

Formlabs et AMT ont mené des essais approfondis afin de caractériser les effets de la technologie de lissage chimique par vapeur d’AMT sur les propriétés des matériaux d’une variété de pièces imprimées avec la technologie SLS de Formlabs. Les essais se sont concentrés sur la qualité de surface, les propriétés mécaniques, la cytotoxicité et les propriétés antimicrobiennes. Les essais ont été réalisés sur Nylon 12 Powder, Nylon 11 Powder, TPU 90A Powder, Nylon 11 CF Powder, et Nylon 12 GF Powder.

Les résultats démontrent que les systèmes de lissage à la vapeur AMT PostPro peuvent améliorer la qualité de la surface des pièces et apporter des propriétés antimicrobiennes sans effets cytotoxiques négatifs.

*L'analyse de la rugosité de la surface a été réalisée avec un Mitutoyo Surftest SJ-210 avec un rayon de pointe de stylet de 2μm, un angle de pointe de 60° et une force de 0,75kN.
  Cinq mesures ont été effectuées à différents endroits de chaque surface avant et après le traitement.
 

**L'analyse microscopique a été réalisée à l'aide d'un microscope numérique Hirox KH-8700 avec un objectif MX(G)-2016Z. L'analyse a été effectuée avec un grossissement de 60x.
 

Les images de microscopie révèlent une présence abondante de matériau non fritté (image de gauche), ainsi que des crevasses et une porosité de surface sur les surfaces imprimées. Ces artefacts sont entièrement éliminés par le procédé de lissage chimique à la vapeur PostPro, laissant une surface lisse, scellée et uniforme (image de droite).

Après le lissage à la vapeur, les propriétés mécaniques générales du matériau imprimé ont été conservées dans tous les cas, à quelques points de pourcentage près. Dans certains cas, elles ont même été légèrement améliorées.

Après le lissage à la vapeur, Nylon 12 Powder présente une réduction de 61 % de la croissance du SARM et de 32 % de la croissance de l'E. Coli. Les échantillons ont été testés par BioLabTests. Contactez Formlabs pour obtenir le certificat d’analyse complet. 

Les échantillons imprimés en Nylon 12 Powder ont été lissés à la vapeur, puis testés pour la cytotoxicité, conformément aux normes ISO 10993, en particulier ISO 10993-5 (2009), ISO 10993-1 (2021) et ISO 10993-12 (2021). Ces échantillons n'ont pas eu d'effet cytotoxique. Pour obtenir un rapport de stérilisation d'échantillons de poudre de Nylon 12 Powder de Formlabs non traités, cliquez ici. Les rapports de stérilisation des autres matériaux d'impression 3D de Formlabs sont disponibles ici.

Après le lissage à la vapeur, il a été constaté que les pièces présentaient une absorption d'humidité et de solvant fortement réduite. Les tableaux suivants détaillent le pourcentage de gain de poids sur 24 heures pour un cube imprimé de 1 x 1 x 1 cm immergé dans les solvants respectifs pour la poudre de Nylon 12 et la poudre de Nylon 11.

Le lissage à la vapeur peut être utilisé pour améliorer la finition de surface et la durabilité des composants automobiles, tels que les collecteurs d'admission d'air, les carters de moteur et les composants du tableau de bord. La réduction de l'absorption d'humidité et de solvants peut également être utile pour les applications automobiles faisant intervenir des solvants tels que l'essence et le carburant diesel, car le lissage à la vapeur crée une surface étanche qui protège des liquides et des gaz.

L'impression 3D SLS est aujourd'hui largement utilisée dans la production de dispositifs médicaux, et le lissage à la vapeur peut être utilisé pour améliorer la finition de surface de pièces telles que les prothèses, les orthèses et les assemblages de dispositifs médicaux tout en maintenant la biocompatibilité du matériau de base. Le lissage à la vapeur réduit également considérablement la friction de surface que les patients portant des

Le lissage à la vapeur peut être utilisé pour améliorer l'aspect des produits de consommation, tels que les étuis de téléphone, les lunettes, les composants de jeux et d'autres accessoires électroniques, afin qu'ils aient l'apparence d'une surface de classe A ou B. Ce procédé permet également de contrôler modérément la brillance de la surface et d'obtenir des finitions brillantes ou semi-mates. Enfin, pour obtenir la meilleure esthétique possible, vous pouvez ajouter un revêtement sur la pièce lissée à la vapeur, tel que

3D Nation est un prestataire professionnel de services d’impression 3D, spécialisé dans les secteurs de l’automobile et de l’aéronautique. Située dans le sud de l’Allemagne, l’entreprise est née lors du confinement, lorsqu’un ingénieur a fait de son loisir d’impression 3D une activité professionnelle à part entière.

L'un des principaux domaines d'activité de l'entreprise est le développement et le prototypage de nouveaux produits et concepts de marque pour les constructeurs automobiles et les fabricants d'avions privés. Leur installation destinée à la fabrication de produits finaux est actuellement en cours de construction, avec un vaste parc d'imprimantes 3D SLA et SLS, dont huit imprimantes 3D à frittage sélectif par laser (SLS) de la série Fuse et deux machines à lissage à vapeur AMT.

Jon Yates, fondateur de 3D Nation, déclare : « L'utilisation de la technologie de lissage des vapeurs nous permet de sauter le processus de moulage par injection après la phase de prototypage rapide. Les pièces que nous imprimons sur nos imprimantes de la série Fuse et que nous post-traitons par lissage à la vapeur ressemblent fortement à des pièces moulées par injection et présentent des propriétés de matériau très convaincantes. » Comme elles présentent une excellente qualité de surface même sans peinture ou revêtement supplémentaire, les pièces lissées à la vapeur sont adaptées aux applications finales pour lesquelles les finitions, les textures et les imperfections sont d'une importance capitale.

« Pour toutes les pièces destinées à subir de fortes contraintes ou à supporter d’importantes variations de température, nous utilisons le lissage à la vapeur. Par exemple, pour les conduits de refroidissement des freins sur les voitures de course : à l’avant du conduit, de l’air froid est aspiré, tandis qu’à l’arrière, la température peut atteindre 150 °C à 200 °C. Ici, une pièce en Nylon 12 GF Powder lissée à la vapeur remplit parfaitement sa fonction », explique M. Yates.

Il existe actuellement deux entreprises principales qui fournissent des équipements de lissage de la vapeur : AMT et Dyemansion. Les deux sociétés vendent du matériel et des consommables pour le lissage à la vapeur. Le prix de ces machines varie en fonction de la taille, du rendement et du type de matériau, mais commence généralement aux alentours de 100 000 €, avec des possibilités de financement.

Par ailleurs, de nombreux prestataires de services proposent le lissage en tant que service. Tous les fournisseurs de services ne proposent pas l'impression 3D Formlabs et le lissage à la vapeur : certains peuvent proposer l'impression 3D et le lissage à la vapeur, et d'autres peuvent accepter des pièces imprimées pour le lissage. Vous trouverez ci-dessous une liste de quelques fournisseurs de services certifiés par AMT qui proposent l'impression 3D Formlabs et/ou le lissage comme service :

Le coût du lissage à la vapeur dépend de plusieurs facteurs, notamment la taille de la pièce, le matériau utilisé, la complexité de la surface de la pièce et la quantité de pièces.

En général, le coût du lissage à la vapeur est à peu près proportionnel à la taille et à la quantité des pièces. Une quantité non réutilisable de solvant est nécessaire pour chaque utilisation de la machine, ce qui incite les opérateurs à charger autant de pièces similaires que possible. Plus il y a de pièces de même taille dans un cycle, plus le coût par pièce est bas. Il est déconseillé de ne traiter qu'une seule pièce lors d'un cycle de traitement, car cela entraînerait un coût excessif par pièce.

Avid Product Development

Le lissage à la vapeur améliore la douceur de la surface, les propriétés antimicrobiennes et la morphologie générale des pièces imprimées en 3D. Cette étape de post-traitement permet aux pièces imprimées en 3D par SLS de ressembler davantage à des plastiques moulés par injection et d'offrir les mêmes propriétés.

Les poudres SLS de Formlabs sont compatibles avec la technologie de lissage chimique PostPro d'AMT. L'utilisation d'une imprimante 3D SLS de la série Fuse et de la technologie d'AMT permet aux concepteurs, ingénieurs et fabricants de créer des pièces de haute qualité pour une grande variété d'industries et d'applications.

Pour déterminer si les imprimantes de la série Fuse et le lissage à la vapeur avec les machines d'AMT conviennent à votre flux de travail, contactez nos experts SLS pour en savoir plus.