Soutien

Conceptuellement, l'impression sans support présente de nombreux avantages, c'est pourquoi elle continue d'être une aspiration au sein de l'industrie. Non seulement cela signifierait que moins de matériaux sont utilisés et gaspillés après coup, mais cela présente également d'autres avantages en termes de productivité et d'argent. La grande question est de savoir s'il est physiquement possible d'imprimer en 3D entièrement sans support ?

Dans la fabrication additive (AM), les supports sont couramment utilisés dans le processus de fabrication pour renforcer et maintenir la structure de la pièce en cours de création. Cela est nécessaire pour diverses raisons, selon la taille et la forme de la pièce à construire. La construction sans support, quant à elle, fait référence au développement de moyens de produire des pièces imprimées en 3D entièrement indépendantes de toute structure de support.

Lorsqu'ils sont utilisés, les supports sont placés stratégiquement pour éviter la déformation due aux contraintes thermiques, favoriser le transfert de chaleur loin du matériau fondu et protéger la pièce de formage de la lame de recouvrement, ce qui peut perturber la forme de la pièce en cas d'impact. Ils peuvent également fournir une rigidité supplémentaire à la pièce pendant le processus de construction, par exemple en la fixant à la plaque de construction pour la maintenir stable.

L'impression sans support supprimerait les supports, permettant de construire une pièce entièrement autonome et prête à l'emploi dès que l'impression est terminée.

Les supports fonctionnent essentiellement comme de petites plates-formes de construction surélevées sous la pièce en cours de fabrication. Ceux-ci fournissent une structure supplémentaire à la construction. Dans certaines circonstances, sans le bon support, une pièce ne se formera pas complètement. Ceci est plus courant avec les sections en surplomb d'une pièce ou lorsqu'une pièce a besoin d'un trou qui traverse tout le long ; l'un ou l'autre de ces scénarios ne progressera que jusqu'à présent avant qu'ils ne soient incapables de s'ancrer pendant le processus de construction. L'utilisation de supports permet de produire des pièces avec une base étroite ou des interstices.

En règle générale, des supports ont tendance à être nécessaires pour tout aspect d'une construction qui s'étend à moins de 45° de la plate-forme de construction. Cela signifie que toute partie qui s'élève à un angle aigu peut nécessiter des supports pris en compte dans la construction.

Si la construction de supports lors du processus de FA est bénéfique pour la création de pièces plus complexes et élaborées, elle présente également plusieurs inconvénients. Ceux-ci sont principalement liés aux temps d'impression, aux matériaux et au post-traitement.

Temps d'impression —Chacun des supports doit être imprimé progressivement avec chaque couche de la construction, de la même manière que la pièce elle-même est créée couche par couche. Cela se traduit par des temps d'impression plus longs qui réduisent l'efficacité et consomment plus d'énergie, ce qui a un impact sur le coût des constructions à plus d'un titre.

Consommation matérielle —Les supports étant construits de la même manière que le reste de la pièce, des matériaux superflus doivent être utilisés pour les créer. Les supports sont retirés du produit final lors du post-traitement et éliminés en tant que déchets, ce qui affecte le temps et les coûts.

Post-traitement —La plupart des pièces imprimées en 3D passent par un post-traitement, qui peut consister en plusieurs étapes en fonction de ce qui est nécessaire pour finir la pièce et la rendre utilisable. Cela peut inclure l'usinage et le traitement de surface pour améliorer la précision de la pièce et réduire la rugosité de surface, et le traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques ainsi que l'élimination des contraintes thermiques subies pendant le processus de construction. Une étape de nettoyage final est souvent nécessaire pour éliminer toute poudre étrangère.

Construire avec des supports plus grands et plus nombreux nécessite un processus de finition plus long et plus intensif. Ce processus chronophage est non seulement exigeant manuellement, mais il a également un coût supplémentaire. Le temps de travail spécialisé et les outils nécessaires s'ajoutent au résultat net de la fabrication du produit.

Il existe également des cas où certains supports sont inaccessibles et ne peuvent donc pas être supprimés. Bien que ceux-ci n'empêchent pas la pièce de fonctionner, ils ajouteront du poids et affecteront potentiellement les performances globales de la pièce. Dans le cas de l'ingénierie de précision, la possibilité d'imprimer sans ces supports pourrait avoir des avantages retentissants pour l'utilisation future de la pièce.

En passant à l'impression 3D sans support, le processus de FA peut être amélioré sur le plan économique, environnemental et rapide. Ne pas avoir besoin de construire des supports pendant la construction signifie que moins de matériau dans le lit de poudre sera fondu, ce qui présente de multiples avantages pour la FA.

Il existe trois avantages clés du "speed-hack", notamment :

Moins de temps de production — Si les lasers de l'imprimante n'ont pas besoin d'ajouter continuellement des couches aux supports au fur et à mesure de la construction, cela réduira le temps d'impression. Alors que pour chaque couche de la construction, cela aura un petit impact sur le gain de temps, au cours d'une construction complète, cela se traduit par une réduction significative du temps nécessaire pour terminer la production d'une pièce. Appliqué à la fabrication à grande échelle, cela permet aux entreprises de réduire encore plus les temps de production.

Ressources de post-traitement « Ne pas avoir de supports signifierait que leur suppression est complètement éliminée de la phase de post-traitement, ce qui aurait un impact significatif sur les délais. Une grande partie du temps passé en post-traitement est consacrée à la suppression du support. Parce qu'ils sont attachés au produit final, ils doivent être usinés ou meulés et la surface traitée jusqu'à ce qu'elle corresponde parfaitement au reste de la surface de la pièce.

Cela nécessite des compétences et des outils particuliers qui coûtent du temps et de l'argent aux entreprises. Dans les cas extrêmes, une étape de traitement d'une minute pendant la construction peut augmenter le délai d'exécution d'une journée complète. Une version sans support éliminerait le besoin d'ajustements post-processus aussi intensifs, ce qui rendrait la réalisation d'une pièce beaucoup plus rapide et moins coûteuse. Sans avoir besoin de retirer les supports attachés, la pièce imprimée aura également une finition de surface meilleure et plus cohérente immédiatement.

Consommez moins de matériel —En gardant à l'esprit la durabilité et la fabrication responsable, il est clair que ne pas utiliser de supports (ou même en réduire la taille et le nombre) signifiera moins de matériau utilisé. Cela se traduit par moins de déchets de matériaux et une réduction des dépenses énergétiques, réduisant à la fois le coût financier et environnemental de l'impression 3D. Il réduit également le temps global du processus d'impression initial et de la procédure de post-traitement pour terminer la pièce, permettant une efficacité et une simplicité accrues.

La réalité est que la FA 100 % sans support n'est actuellement pas possible pour toutes les applications ou géométries. Cela ne veut pas dire que ce ne sera peut-être pas dans le futur, cependant. Chez EOS Additive Minds, nous avons récemment fait des progrès incroyables en nous rapprochant de l'objectif final de l'impression sans support.

La limitation la plus durable de la FA métallique est probablement que vous ne pouvez pas imprimer en dessous d'un certain angle de porte-à-faux sans supports. Sans supports, le porte-à-faux risque de se déformer en raison des contraintes résiduelles causées par l'exposition à l'énergie focalisée des lasers lors de l'impression. Cela limite souvent les utilisateurs de systèmes métal-AM dans leur choix d'applications.

Grâce à la pensée novatrice des leaders de l'industrie, l'angle critique de 45° est maintenant remis en question et défié. De nombreux logiciels et packages de paramètres sont désormais disponibles pour permettre aux utilisateurs d'imprimer des porte-à-faux et des ponts à des angles beaucoup plus faibles sans compromettre l'efficacité du processus d'impression 3D et la qualité des pièces métalliques produites.

Considérez un cas récent impliquant des roues à aubes enveloppées, où une construction sans support a été obtenue malgré le fait de repousser les limites des angles de porte-à-faux à un impressionnant 10°. Ce projet a également vu l'élimination complète des supports internes, ce qui rend le post-traitement beaucoup moins compliqué. Les supports mal placés à l'intérieur d'une pièce peuvent être parmi les plus difficiles à retirer, même s'ils ne sont pas les plus grands. Grâce à ces réductions de la taille et du nombre de supports, le coût global de production des roues a été réduit de 35 %.

L'équipe de développement de processus a pris les résultats de projets spécialisés sur mesure comme celui-ci et les a appliqués aux processus standard disponibles pour les logiciels d'impression 3D "plug and play". Cela signifie que maintenant, même sans consultant expert, vous pouvez réduire les limites d'angle à 20° en standard.

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