Introduction
Dans l'impression 3D, les pièces sont construites couche par couche, et chacune de ces couches a besoin d'une base sur laquelle s'appuyer. En fonction de la technologie d'impression 3D utilisée et de la complexité du modèle, il peut être nécessaire de recourir à des structures de support.
La prise en compte de l'utilisation de structures de soutien est cruciale lors du choix de la technologie d'impression 3D. Ces structures de soutien influencent directement le résultat final, notamment en termes d'état de surface. En effet, le retrait des structures de soutien lors du post-traitement peut laisser des imperfections ou des rugosités à la surface de la pièce imprimée.
Dans cet article, nous allons explorer ce que sont les structures de support, comment elles sont mises en œuvre dans différentes technologies d'impression 3D et comment leur utilisation peut influencer les décisions de conception.
Les supports dans l'impression FDM
Fused Deposition Modeling L 'impression 3D (FDM) consiste à extruder un filament fondu sur une surface de construction en suivant une trajectoire prédéterminée. Une fois extrudé, le matériau se refroidit et forme une surface solide qui sert de base à la couche de matériau suivante. Ce processus est répété couche par couche jusqu'à ce que l'objet soit complet.
Quand le support est-il nécessaire dans l'impression FDM ?
Dans l'impression FDM, chaque couche est imprimée sous la forme d'un ensemble de filaments chauffés qui adhèrent aux filaments sous-jacents et environnants. Chaque filament est légèrement décalé par rapport à la couche précédente, ce qui permet de construire des modèles avec des angles allant jusqu'à 45°. Les impressions peuvent ainsi s'étendre au-delà de la largeur de la couche précédente.
Toutefois, lorsqu'une partie du modèle dépasse de plus de 45°, le matériau a tendance à s'affaisser. Dans ce cas, il est nécessaire d'ajouter un matériau de support sous le débord afin de le soutenir de manière adéquate. Pour plus d'informations sur les surplombs et l'impression FDM, cliquez ici.
L'examen de l'utilisation et de la suppression des structures de soutien est essentiel pour améliorer la qualité et optimiser les coûts de l'impression 3D.
En fonction du degré de surplomb, l'impression FDM peut nécessiter un support.
Figure : Exemple de surplomb inférieur et supérieur de 45°. ©3DHUBS
Supports pour l'impression FDM : pontage ou support
Fused Deposition ModelingL ors de l'impression 3D à l'aide de la technologie FDM ( ), le degré de surplomb d'un modèle peut déterminer le besoin de supports supplémentaires.
Cependant, il existe une technique appelée "bridging" qui peut réduire le besoin de supports dans certaines situations.
Pontage
Le pontage est une technique qui permet d'imprimer le matériau sur de courtes distances entre deux points sans utiliser de supports. Au cours de ce processus, le matériau moulé est étiré horizontalement et refroidi alors qu'il se trouve entre deux points d'appui. Cette technique est efficace pour des distances relativement courtes, généralement jusqu'à 5 mm. Si le pont dépasse cette longueur, le matériau risque de se déformer ou de s'affaisser, ce qui nécessite l'utilisation de supports pour garantir une finition de surface lisse et précise.
L'ABC (ou YHT) du support FDM
Pour mieux comprendre comment et quand utiliser les supports, nous pouvons examiner quelques modèles 3D représentatifs, en utilisant Y, H et T comme exemples pratiques.
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Lettre Y: le modèle en forme de Y est un exemple de modèle qui peut être imprimé sans support supplémentaire. Les bras de la lettre Y, qui s'étendent à un angle de 45 degrés ou moins, n'ont pas besoin de support car ils sont suffisamment inclinés pour permettre au matériau d'adhérer correctement sans se déformer.
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Lettre H: Le modèle en forme de H présente une configuration un peu plus complexe. Le pont central horizontal du H ne peut être imprimé sans support que si sa longueur est inférieure à 5 mm. Si le pont central dépasse cette longueur, le matériau a tendance à s'affaisser ou à se déformer. Il est donc nécessaire d'ajouter des supports pour maintenir la stabilité et obtenir une finition de surface de haute qualité.
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Lettre T : La forme de la lettre T nécessite des supports pour ses bras horizontaux. Sans supports, le matériau qui constitue les bras horizontaux n'aurait aucun soutien et céderait, ce qui donnerait une impression de mauvaise qualité. Les supports sont nécessaires pour éviter que le matériau ne tombe et pour que les bras du T soient imprimés correctement.
Figure : YHT avec le matériau de support en gris clair. ©3DHUBS
La décision d'utiliser des supports dans l'impression FDM dépend de la géométrie du modèle et des exigences spécifiques de l'impression. Le pontage est une technique utile pour les courtes distances, mais pour les structures plus complexes ou les protubérances importantes, les supports sont essentiels pour obtenir des résultats de haute qualité.
Comprendre comment et quand appliquer des supports vous aidera à optimiser le processus d'impression, à améliorer la qualité de la pièce finie et à réduire potentiellement les coûts associés à l'impression 3D.
L'aspect de l'YHT à l'impression
Pour mieux comprendre l'impact de l'utilisation ou de la non-utilisation de supports dans l'impression 3D FDM, examinons l'aspect des modèles Y, H et T lorsqu'ils sont imprimés.
Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir le résultat de l'impression de la lettre T sans l'utilisation de supports. Comme vous pouvez le constater, la surface présente une défaillance importante, le matériau s'effondrant et se déformant sous le poids des bras horizontaux. Ce défaut nécessitera un traitement ultérieur considérable pour éliminer les imperfections et obtenir une finition lisse et propre.
Figure : La lettre T s'effondre lorsqu'elle est imprimée avec FDM sans aucune structure de soutien. ©3DHUBS
L'échec visible lors de l'impression du T souligne l'importance d'utiliser des supports pour les modèles présentant des protubérances ou des structures complexes. Sans support adéquat, le matériau a tendance à s'affaisser, ce qui compromet la qualité finale de la pièce imprimée. L'utilisation de supports adéquats permet d'éviter de tels problèmes et de réduire le temps et les efforts nécessaires au post-traitement.
Figure : Y, H et T imprimés par FDM avec des supports. ©3DHUBS
Les inconvénients de l'utilisation de supports dans l'impression FDM
L'utilisation de supports dans l'impression FDM présente certains inconvénients qu'il est important de prendre en compte :
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Nécessité d'un post-traitement : l'un des aspects les plus problématiques des supports est qu'un post-traitement est toujours nécessaire. Après l'impression, la surface du modèle qui a été en contact avec le support peut présenter des marques ou des dommages visibles. Cela nécessite un travail supplémentaire pour lisser et nettoyer la surface, ce qui compromet le résultat final.
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Qualité inférieure des couches: les couches imprimées directement sur le support peuvent être moins parfaites que les couches imprimées sur une surface solide. Le substrat n'étant pas aussi stable que le matériau sous-jacent, il peut entraîner des imperfections et une finition de surface moins uniforme.
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Difficulté d'enlèvement: il peut être particulièrement difficile d'enlever le support sur des éléments petits et complexes. Le retrait du support dans ces zones risque d'endommager le modèle, surtout s'il n'est pas effectué avec soin.
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Coûts supplémentaires: L'utilisation de supports nécessite du matériel d'impression supplémentaire, ce qui entraîne des coûts additionnels. En outre, le retrait des supports nécessite un travail supplémentaire de la part du fournisseur de services d'impression 3D, ce qui augmente encore le coût total du projet.
Figure : L'arche de St. Louis Gateway Arch est un parfait exemple d'utilisation du support avec un objet en forme d'arche. ©3DHUBS
Quelle est la quantité de support nécessaire pour mon impression 3D FDM ?
La quantité de support nécessaire dépend des spécificités du modèle et de sa géométrie. Par exemple, l'architecture d'une pièce ne nécessite qu'une quantité limitée de support, placé stratégiquement dans la bonne position. Cette quantité réduite de support permet une impression précise tout en minimisant les problèmes liés au post-traitement et les coûts supplémentaires.
Une analyse et une planification minutieuses de l'utilisation des supports peuvent permettre d'obtenir des résultats meilleurs et plus efficaces en matière d'impression 3D, tout en minimisant les problèmes de qualité et de coûts qui y sont associés.
Par exemple, la "boule dans un cube" est un composant qui nécessite une grande quantité de supports.
Figure : Gros plan de l'impression "Boule dans un cube" avec la structure de soutien. ©3DHUBS
Le retrait du support : un défi complexe
Dans le cas de l'exemple donné, le retrait du support est une opération particulièrement complexe. Chaque élément de support doit être extrait avec précision à l'aide d'une pince à bec effilé, en essayant d'endommager le moins possible les surfaces environnantes. Cette étape de retrait nécessite une grande attention afin de ne pas compromettre la qualité du modèle final.
En outre, le ponçage et le nettoyage de la surface après le retrait du support peuvent s'avérer très difficiles. Les surfaces en contact avec les supports peuvent présenter des aspérités et des imperfections qui nécessitent une intervention minutieuse pour les réparer. Ce processus est non seulement laborieux, mais il peut également nécessiter un équipement spécialisé et du temps supplémentaire.
Figure : Résultat après l'enlèvement du support. ©3DHUBS
Nécessité d'un support
Malgré le coût et le temps d'impression supplémentaires, dans de nombreux cas, le matériau de support est indispensable pour obtenir des résultats de haute qualité.
Sans support, le modèle peut ne pas être imprimable en FDM sans compromettre gravement la qualité et la précision. Le matériau de support est essentiel pour soutenir les parties saillantes et complexes du modèle pendant l'impression, en veillant à ce que la structure reste intacte et conforme aux spécifications de la conception.
En résumé, bien que l'utilisation de substrats entraîne des difficultés et des coûts supplémentaires, elle est souvent cruciale pour la réussite du projet d'impression 3D. Une planification minutieuse et une gestion efficace de la phase de post-traitement peuvent contribuer à atténuer les problèmes et à obtenir un résultat final de haute qualité.
Deux types de support dans l'impression 3D FDM
Dans l'impression 3D FDM, il existe deux méthodes principales pour créer des supports, chacune ayant ses propres caractéristiques et avantages :
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Support en treillis ou en accordéon: ce type de support est similaire à une structure en treillis ou en accordéon plat. C'est la méthode la plus couramment utilisée dans l'impression FDM. Il fournit un support uniforme et large, idéal pour la plupart des impressions. Ce type de support est efficace pour soutenir les grandes surfaces et les protubérances, mais il peut laisser des marques sur la surface du modèle, qui doivent être éliminées par post-traitement.
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Support"arbre": le support "arbre" se caractérise par une structure en forme d'arbre dont les fines branches s'étendent vers le modèle. Bien que moins courante, cette méthode est préférée par certaines imprimantes FDM en raison de son moindre contact avec la surface du modèle. Il peut en résulter un meilleur état de surface, réduisant les marques laissées par le support et simplifiant le post-traitement.
Figure : Exemple de support en treillis à gauche et de support d'arbre à droite. ©3DHUBS
Le choix du bon type de support dépend des exigences spécifiques du projet et des caractéristiques du modèle. Le support en treillis est généralement plus polyvalent et convient à une large gamme d'impressions, tandis que le support en arbre peut offrir des avantages significatifs en termes de finition de surface et de réduction du contact avec le modèle. Comprendre ces options vous aidera à prendre des décisions éclairées pour obtenir les meilleurs résultats de votre impression 3D.
Support soluble
Sur les imprimantes 3D équipées de deux têtes d'impression, il est possible d'utiliser des supports solubles. Ces supports sont constitués d'un matériau qui peut être dissous dans une solution chimique sans endommager le matériau principal du modèle.
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Avantages: L'utilisation de matériaux solubles, tels que le PVA (alcool polyvinylique), permet d'obtenir une finition de surface de haute qualité, car le support est complètement retiré sans laisser de résidus ou de marques sur le modèle. Ce type de support est particulièrement utile pour les modèles présentant des géométries complexes ou des détails fins.
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Exemple: L'imprimante Ultimaker est un exemple d'imprimante utilisant un support soluble : elle utilise du PVA comme support. Ce matériau se dissout facilement après l'impression, ce qui permet d'obtenir une surface propre et bien définie.
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À prendre en considération: Bien que l'utilisation de supports solubles offre des avantages significatifs en termes de finition de surface, il peut s'agir d'une solution coûteuse et fastidieuse. La solubilité complète du support nécessite une étape supplémentaire de traitement chimique, ce qui peut prolonger le processus de production.
En résumé, le choix du type de substrat dépend des exigences spécifiques du projet et des capacités de l'imprimante 3D utilisée. Les solutions solubles, bien que plus coûteuses, peuvent améliorer considérablement la qualité du modèle final, tandis que les supports en accordéon et les supports d'arbre offrent des alternatives moins coûteuses avec des degrés de finition de surface variables.
Considérations finales
L'utilisation de supports dans l'impression 3D FDM est essentielle pour garantir la qualité et la précision du modèle, en particulier lorsqu'il s'agit de géométries complexes et de protubérances importantes. Si le pontage peut réduire le besoin de supports pour les courtes distances, les supports deviennent indispensables pour les structures plus élaborées et les angles supérieurs à 45 degrés.
Bien que les supports puissent présenter des difficultés telles que le post-traitement et des coûts supplémentaires, leurs applications stratégiques peuvent optimiser la qualité de l'impression finale. Le choix entre un support en grille, en arbre ou dissoluble dépend des besoins spécifiques du projet et des capacités de l'imprimeur. Une planification minutieuse et une utilisation réfléchie des supports peuvent améliorer considérablement le résultat final, en minimisant les problèmes de qualité et les coûts associés.
©3DHUBS
