Pour polir les pièces imprimées en 3D afin d'obtenir une finition raffinée, les ingénieurs utilisent une variété de techniques de finition industrielles, notamment des méthodes de revêtement, de sablage et de finition à la main. Bien que l'impression 3D puisse produire des pièces complexes, les impressions initiales présentent souvent des surfaces rugueuses et des lignes de couches prononcées, en particulier dans les pièces produites à l'aide de la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM). Pour cette raison, le post-traitement est une partie extrêmement importante de la production de pièces, lissant la surface rugueuse de la pièce non finie en ajoutant ou en supprimant des couches de la pièce. Dans cet article, Antarctic Bear présentera et comparera systématiquement deux procédés de finition de surface courants actuellement sur le marché - le lissage à la vapeur et le polissage fin par vibration, afin de faciliter la compréhension des processus respectifs, des avantages et des inconvénients de chaque méthode.
vapeur lisse
Le lissage à la vapeur, également connu sous le nom de lissage chimique à la vapeur, est une technique de traitement de surface qui expose les pièces imprimées à un environnement de solvant en évaporation. Le processus de lissage à la vapeur industriel nécessite une suspension soigneuse d'un ou plusieurs composants dans une chambre hermétique pour une exposition maximale. Un mélange de solvants chimiques, tel que FA 326, est injecté et pulvérisé dans une chambre où il se condense et durcit sur la pièce, éliminant les irrégularités de surface grâce à une fusion contrôlée. Lorsque la température de la chambre augmente, le solvant résiduel s'évapore et est récupéré. La pièce finale devient étanche et conserve sa cavité intérieure lisse, ses dimensions précises et son volume de matériau d'origine. Pour de meilleurs résultats de lissage à la vapeur, il est recommandé que le processus soit effectué dans un environnement contrôlé à l'aide d'un équipement de qualité industrielle conçu pour le lissage à la vapeur d'impression 3D. Pour ceux qui s'intéressent à une méthode de bricolage, le lissage à la vapeur peut être réalisé en utilisant de l'acétone ou de l'éthanol comme solvant chimique, ou dans ce cas connu sous le nom d'imprégnation au solvant. Cependant, il faut faire preuve de prudence et des mesures et équipements de sécurité appropriés doivent être en place.
△La partie lisse vapeur est à gauche, et le traitement de surface standard est à droite (source photo : ProtoLabs)
Polissage fin par vibrations
La finition vibratoire, quant à elle, n'utilise pas de produits chimiques pour la préparation de la surface. Au lieu de cela, il s'appuie sur des supports abrasifs pour améliorer la surface de la pièce imprimée en 3D. Au cours du processus, plusieurs pièces imprimées en 3D sont placées dans un seau vibrant rempli d'un média abrasif sélectionné et d'un fluide lubrifiant composé. Lorsque la machine est allumée, le barillet commence à se déplacer, créant une friction mécanique entre la pièce et le corps abrasif. Ce processus soustractif améliore la qualité de surface de la pièce en minimisant et en éliminant en douceur la couche de matériau la plus externe. Le polissage fin par vibration nécessite des mesures et un équipement spéciaux et propose deux méthodes : la méthode par vibration et la méthode par culbutage. La méthode de vibration est particulièrement adaptée aux objets plus grands avec moins de détails et peut atteindre le résultat souhaité plus rapidement.
Le choix de l'abrasif ou des copeaux est critique dans le polissage fin vibratoire. Les copeaux abrasifs peuvent être en céramique, en plastique ou en acier, chacun produisant des résultats différents. Les abrasifs céramiques sont particulièrement adaptés pour ébavurer et obtenir une surface brillante. En raison de leur densité élevée, ils peuvent résister à des pressions élevées et conviennent à l'usinage de pièces en acier inoxydable, en métal et en plastique. Les abrasifs en plastique sont idéaux pour les surfaces douces et délicates qui nécessitent une finition douce. Ils se présentent sous des formes pyramidales et coniques. De plus, Walther Trowl a développé des abrasifs en forme de mamelon pour les très petites pièces délicates dans les zones difficiles d'accès. Les abrasifs en acier sont pour la plupart sphériques et ont un enlèvement de matière minimal, ce qui les rend idéaux pour le polissage et le nettoyage mécanique des pièces en métal, en argent ou en aluminium afin d'assurer une surface lisse et sans rayures.
△Les abrasifs en céramique peuvent résister à des pressions élevées. (Source : Vibrafinish)
En plus des abrasifs, le processus de polissage fin vibratoire nécessite également des fluides lubrifiants, c'est-à-dire des composés. Les composés sont utilisés pour absorber et éliminer l'usure des pièces, et pour nettoyer et dégraisser les pièces. Des composés acides peuvent être sélectionnés pour l'usinage de pièces métalliques destinées au décapage. Après le traitement, un séchage est nécessaire. Ces pièces peuvent être séchées dans un séchoir vibrant où elles sont placées avec un milieu de séchage chauffé tel que de la farine de maïs, de la farine de noix ou des blocs de bois et vibrées. Alternativement, les séchoirs à bande sont particulièrement adaptés aux pièces sensibles et volumineuses avec des canaux et des trous internes. Dans un séchoir à bande, les pièces imprimées en 3D sont passées à travers un système d'air chaud sur la bande et séchées de cette manière.
Les traitements de lissage à la vapeur et de polissage de finition vibratoire varient dans le temps, de dix minutes à plusieurs heures, selon le nombre et la complexité des pièces à traiter.
matériel compatible
Vapor Smooth est compatible avec la plupart des polymères et élastomères d'impression 3D. Les matériaux courants pour le lissage à la vapeur comprennent l'acrylate d'acrylonitrile styrène (ASA), l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le polystyrène choc (selon la machine), le nylon 11 (PA 11), le nylon 12 (PA 12), le polypropylène (PP) et le polycarbonate /acrylonitrile butadiène styrène (PC-ABS). Il convient de noter, cependant, que le lissage à la vapeur avec du TPU et certains filaments spéciaux n'est pas recommandé. Chaque solvant, tel que l'acétone, la méthyléthylcétone (MEK), le tétrahydrofurane (THF), le dichlorométhane (DCM) et l'acétate d'éthyle, a sa propre efficacité et ses propres considérations d'application.
Cependant, le polissage fin vibratoire est compatible avec de nombreux autres matériaux différents. Par exemple, le polissage fin vibratoire n'est pas seulement disponible pour les pièces imprimées en 3D en thermodurcissables, thermoplastiques et élastomères tels que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) ou le polyéthylène téréphtalate (PET) , peut également être utilisé pour des métaux tels que l'aluminium, l'acier inoxydable acier, laiton ou cuivre. Cela en fait une méthode plus polyvalente qui peut être utilisée comme méthode de post-traitement pour diverses techniques d'impression 3D telles que FDM/FFF et la fusion sur lit de poudre.
△ Comparaison avant et après des pièces métalliques polies par vibration (Source : Acton Finishing)
Limites et avantages des techniques de post-traitement
Les deux procédés offrent de nombreux avantages en termes d'aspect de surface et de performances. Le lissage à la vapeur peut obtenir des pièces de finition de surface lisses et résistantes à l'eau comparables au moulage par injection, et améliorer l'allongement, les propriétés de traction, les propriétés de flexion des pièces, maintenir les caractéristiques, la résistance et la précision. La finition vibratoire, d'autre part, n'obtient pas une finition résistante à l'eau, mais fournit également une surface exceptionnellement lisse, élimine les marques de revêtement et produit une surface résistante aux rayures et aux taches. Les composants traités par les méthodes de vibrofinition et de lissage à la vapeur produisent des surfaces lisses avec un aspect brillant. Cependant, le lissage à la vapeur offre une finition plus brillante que le polissage fin vibratoire. De plus, les pièces traitées par polissage fin vibratoire présentaient une expérience tactile nettement plus douce et plus agréable.
Cependant, il convient de noter que le lissage à la vapeur n'est pas la meilleure solution pour chaque impression. Les modèles trop complexes, trop petits, trop grands ou trop plats peuvent se déformer ou perdre des détails, et des artefacts peuvent être visibles par la suite. Après le lissage à la vapeur, les pièces peuvent présenter des défauts tels que des ponts, des cloques, des marques de morsures, des flaques, des taches, des trous ou des éléments incomplets. De plus, il convient de noter que les matériaux souples sont plus sujets aux défauts de surface que les matériaux rigides. Par conséquent, un minutage minutieux doit être pris lors du lissage à la vapeur de pièces mobiles ou de composants avec des joints pour éviter de compromettre l'intégrité des joints ou de provoquer un collage dû à une surexposition à la vapeur.
D'autre part, le polissage fin vibratoire convient à une gamme plus large de pièces imprimées en 3D que le lissage à la vapeur, car il peut être adapté à toutes les exigences individuelles, aux propriétés des matériaux et à la structure de la pièce en choisissant différents abrasifs et méthodes. La finition vibratoire convient à presque toutes les pièces imprimées en 3D, à condition que le processus soit toujours effectué de manière professionnelle par des spécialistes. Cependant, le polissage de finition vibratoire peut entraîner une perte de géométrie de la pièce. Par exemple, les coins et les pointes des composants peuvent être trop arrondis et perdre leur forme, ce qui n'arrive pas avec le lissage à la vapeur. De plus, la finition par vibration nécessite parfois d'autres procédures de séchage ultérieures, ce qui prolonge le processus.
Champ d'application
Le lissage à la vapeur est une technologie privilégiée par des industries telles que la médecine, l'automobile et l'aérospatiale pour le traitement des composants résistants à l'eau, antimicrobiens et sans produits chimiques. En matière de polissage fin vibratoire, les industries médicales, automobiles et sportives bénéficient particulièrement de cette technologie. Dans tous les domaines, les surfaces lisses, en particulier les pièces métalliques, sont importantes pour assurer le bon fonctionnement et les conditions de sécurité des composants. Cependant, le lissage à la vapeur et le polissage fin vibratoire peuvent être mis en œuvre tout au long du cycle de développement du produit, des modèles conceptuels aux prototypes en passant par les produits finaux, et sont utilisés dans une grande variété d'industries, notamment la médecine, l'automobile et les biens de consommation. Des exemples de pièces traitées par polissage fin vibratoire sont des pièces automobiles pour l'industrie automobile ou des patins à roulettes et des équipements de fitness pour l'industrie du sport. De plus, les bijoux et la vaisselle sont finement polis par vibration pour une utilisation par les consommateurs. Un exemple de pièce lissée à la vapeur qui est souvent utilisée dans l'industrie automobile est les composants intérieurs des véhicules, tels que les tableaux de bord, les poignées de porte et les éléments de la console centrale. Le lissage à la vapeur est également utilisé dans l'industrie aérospatiale pour les pièces d'avion telles que les ailes, les conduits d'air et les pièces de moteur, entre autres.
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△ Le lissage de vapeur est souvent appliqué aux pièces d'avion dans l'industrie aérospatiale (Source de l'image : Fast Radius)
fournisseurs et tarifs
Divers prestataires de services, tels que SPALECK GmbH, VibraFinish ou Rohde AG, proposent un polissage fin vibratoire pour les particuliers et les entreprises. Pour le lissage à la vapeur, Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs et Hubs sont des fournisseurs de services de premier plan offrant des services de lissage à la vapeur soit par une machine de solution de post-traitement spécifiée, soit à base de matériaux. 3Faktur est une société allemande proposant des services de lissage à la vapeur et de polissage fin vibratoire. Les machines VaporSmoothing bien connues telles que la série AMT PostPro3D et la série Powerfuse S sont des solutions fournies par Xometry et DyeMansion, tandis que Protolabs et Hubs utilisent respectivement les matériaux SLS et MJFHPA 12, PA 12 et MJF Ultrasint™ TPU-01.
Pour le polissage fin vibratoire, les grandes machines industrielles de fabricants tels que Walther Trowal, AVAtec ou Garant coûtent environ 18 $,000 à 21 $,000 (17 €,000 à 20 €,{{ 7}}). 2 kg d'abrasifs coûtent entre 21 – 44 $ (20 – 40 €) et 5 litres de composé autour de 21 – 44 $ (20 – 40 €). Les prix varient fortement en fonction de la quantité et de la taille des pièces à usiner. Pour le lissage à la vapeur, les frais de service pour le lissage de pièces individuelles peuvent s'élever à 15 $5-$ (€4-14 €) en fonction de la complexité de la pièce, bien que de nombreux fabricants n'offrent généralement le service que par lots de 10 pièces. ou plusieurs pièces. L'achat du lisseur à vapeur lui-même peut coûter environ 10 $,000 à 30 $,000 (11 €,000–33,000), selon la région, le fabricant et la qualité .
