L’impression 3D SLS : Tout ce qu’il y a à savoir sur cette technologie

Découvrez tout ce qu’il y a à savoir sur la technologie d’impression 3D SLS.
Joyce
Article écrit par Joyce
Publié le 4 avril 2022
Mis à jour le 4 avril 2022
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En impression 3D il existe plusieurs technologies qui se distinguent par les phénomènes sur lesquels elles sont basées et les matériaux qu’elles utilisent. En lisant cet article, vous apprendrez comment fonctionne l’impression 3D SLS, l’un des principaux procédés de fabrication 3D. 

Qu’est-ce que la technologie SLS ?

Pour commencer, ce procédé est né dans les années 1970. Le SLS (frittage sélectif par laser) fonctionne sur la réticulation photochimique et le durcissement du matériau à l’aide de lasers infrarouges. C’est un procédé de fabrication additive qui appartient à la famille de la fusion sur lit de poudre. Dans le SLS, un laser fritte sélectivement les particules d’une poudre de polymère, les fusionnant ensemble et construisant une pièce couche par couche. Les matériaux utilisés dans le SLS sont des polymères thermoplastiques qui se présentent sous forme de granulés.

L’impression 3D SLS est utilisée à la fois pour le prototypage de composants polymères fonctionnels et pour les petites séries. Surtout parce qu’elle offre une très grande liberté de conception, une grande précision et produit des pièces aux propriétés mécaniques bonnes et constantes. 

Comment fonctionne le SLS ?

Voici comment fonctionne le processus de fabrication SLS :

Premièrement, le bac à poudre et la zone de construction sont chauffés juste en dessous de la température de fusion du polymère. Ensuite, une lame de recouvrement étale une fine couche de poudre sur la plate-forme de construction.

Puis un laser CO2 balaie ensuite le contour de la couche suivante et fusionne (fritte) sélectivement les particules de la poudre de polymère. L’ensemble de la section transversale de la pièce est scannée, ce qui permet de construire une pièce solide.

Lorsque la couche est terminée, la plate-forme de construction se déplace vers le bas et la lame recouvre à nouveau la surface. Le processus se répète ensuite jusqu’à ce que la pièce entière soit finie.

Après l’impression, les pièces sont entièrement encapsulées dans la poudre non frittée et le bac à poudre doit refroidir avant que les pièces puissent être déballées. Les pièces sont ensuite nettoyées à l’aide d’air comprimé ou d’autres moyens de sablage et sont prêtes à être utilisées ou à subir un traitement ultérieur. La poudre non frittée restante est collectée et peut être réutilisée (le ratio de réutilisation dépend des matériaux).

Caractéristiques de l’impression 3D SLS

Paramètres de l’imprimante

Il faut savoir qu’en SLS, presque tous les paramètres du processus sont prédéfinis par le fabricant de la machine. La hauteur de couche utilisée par défaut est de 100-120 microns.

L’un des principaux avantages de la SLS est qu’elle ne nécessite aucune structure de support. La poudre non frittée fournit à la pièce tout le support nécessaire. C’est pourquoi la SLS peut être utilisée pour créer des géométries de forme libre impossibles à fabriquer avec d’autres méthodes.

Il est donc important de tirer parti de l’ensemble du volume de construction lors d’une impression en SLS, en particulier pour les productions en petits lots. Un bac d’une hauteur donnée mettra à peu près le même temps à être imprimé, indépendamment du nombre de pièces qu’il contient. En effet, l’étape de réapplication détermine le temps de traitement total (le balayage laser est très rapide) et la machine devra passer par le même nombre de couches. De fait, le remplissage des bacs peut affecter les délais des petites commandes, car il est intéressant pour les opérateurs d’attendre qu’un bac soit rempli avant de lancer l’impression.

Adhésion des couches

Par ailleurs, en SLS, la force de liaison entre les couches est excellente. Cela signifie que les pièces imprimées par SLS ont des propriétés mécaniques presque isotropes.

Les pièces imprimées à partir d’imprimantes 3D SLS ont une excellente résistance à la traction et un excellent module, comparables à ceux du matériau brut, mais elles sont plus fragiles (leur allongement à la rupture est beaucoup plus faible). Ceci est dû à la porosité interne de la pièce finale. Cette porosité les rend idéales pour la teinture en bain chaud.

Enlèvement de la poudre

Comme la technologie SLS ne nécessite aucun matériau de support, les pièces à sections creuses peuvent être imprimées avec précision.

Les sections creuses réduisent le poids et le coût d’une pièce, car moins de matériaux sont utilisés. Des trous d’échappement sont nécessaires pour évacuer la poudre non frittée des sections internes du composant. Il est recommandé d’ajouter à votre conception au moins 2 trous d’échappement d’un diamètre minimum de 5 mm.

Pour autant, si une rigidité élevée est requise, les pièces doivent être imprimées pleines. Une autre solution consiste à réaliser un modèle creux en omettant les trous d’évacuation. De cette façon, de la poudre très compacte sera piégée dans la pièce, ce qui augmentera sa masse et fournira un support supplémentaire contre les charges mécaniques, sans affecter le temps de construction. Une structure interne en nid d’abeille peut être ajoutée à l’intérieur de la pièce creuse (similaire aux motifs de remplissage utilisés en FDM) pour augmenter encore la rigidité du composant. L’avantage d’une pièce réalisée de cette manière est la réduction de l’altération de celle-ci. 

Matériaux SLS courants

Il faut savoir que le matériau SLS le plus utilisé est le polyamide 12 (PA 12), également connu sous le nom de Nylon 12. D’autres thermoplastiques techniques, tels que le PA 11 et le PEEK, sont également disponibles mais ne sont pas aussi largement utilisés.

La poudre de polyamide peut être chargée de divers additifs (tels que des fibres de carbone, des fibres de verre ou de l’aluminium) pour améliorer le comportement mécanique et thermique de la pièce SLS produite. Les matériaux chargés d’additifs sont généralement plus fragiles et peuvent avoir un comportement hautement anisotrope. 

Mais les pièces produites par des imprimantes 3D SLS ont souvent un état de surface poudreux et granuleux qui peuvent être facilement tachées. L’apparence des pièces imprimées par la technologie SLS peut être améliorée à un niveau très élevé. En utilisant diverses méthodes de post-traitement par exemple, telles que le polissage des supports, la teinture, la peinture par pulvérisation et le laquage. Leur fonctionnalité peut également être améliorée en appliquant un revêtement étanche ou un placage métallique. 

Avantages et limites de l’impression 3D SLS

Les principaux avantages et inconvénients de cette technologie sont résumés ci-dessous :

Tout d’abord, les pièces imprimés par des imprimantes 3D SLS ont de bonnes propriétés mécaniques isotropes. Ce qui les rend idéales pour les pièces fonctionnelles et les prototypes.

Le SLS ne nécessite aucun support, ce qui permet de produire facilement des modèles à géométrie complexe.

De plus, les capacités de fabrication des imprimantes 3D SLS sont excellentes pour la production de petites et moyennes séries.

En revanche, les pièces SLS ont une finition de surface granuleuse et une porosité interne qui peuvent nécessiter un traitement ultérieur, si une surface lisse ou une étanchéité sont requises.

Règles d’or

Pour finir il faut rappeler que la technologie SLS peut produire des pièces fonctionnelles, à partir d’une large gamme de plastiques techniques. Le plus souvent du nylon (PA12).

Le volume de construction typique d’un système SLS est de 300 x 300 x 300 mm, ce qui est idéal pour le prototypage. De plus, le fait de n’utiliser aucun support et de pouvoir réutiliser la poudre non chauffée en fait une technologie zéro gaspillage. 

Enfin, les pièces SLS présentent de bonnes propriétés mécaniques et un comportement isotrope. Pour les composants présentant des exigences particulières, des poudres de PA chargées d’additifs sont disponibles.

Cette technologie offre de belles possibilités néanmoins un traitement post impression reste utile pour des finitions de surfaces optimales.