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Supports en impression 3D : un aperçu de la technologie

Written by Perry Cain

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Supports in 3D Printing: A technology overview

Introduction

Étant donné que les pièces réalisées en impression 3D sont construites couche par couche, une couche précédente sur laquelle s'appuyer est indispensable. En fonction de la technologie d'impression 3D et de la complexité du modèle 3D, cela peut signifier que des supports sont nécessaires.

Lorsque l'on envisage la technologie à utiliser pour imprimer un modèle en 3D, il est important de tenir compte des supports et de la manière dont ils peuvent influer sur le résultat final. Les structures de support auront un impact sur la finition de la surface car elles nécessitent des travaux de post-traitement pour les retirer, ce qui entraîne des imperfections ou une rugosité de surface particulière.

Cet article traite des supports, de la manière dont ils sont mis en œuvre pour chaque technologie d'impression 3D et de l'impact de l'utilisation des supports sur le processus de décision en matière de conception.

Procédé FDM et supports

Le dépôt de fil fondu (FDM) extrude un filament fondu sur une surface de construction le long d'un parcours prédéterminé. Lorsque le matériau est extrudé, il se refroidit, formant une surface solide qui sert de base à la couche suivante de matière à déposer. Cette opération est répétée couche par couche jusqu'à ce que l'objet soit terminé.

Quand a-t-on besoin d'un support avec le procédé FDM ?

Lors de l'impression FDM, chaque couche est imprimée comme un ensemble de filaments chauffés qui adhèrent aux filaments situés en dessous et autour. Chaque fil est imprimé légèrement décalé par rapport à sa couche précédente. Cela permet de construire un modèle jusqu'à des angles de 45°, ce qui permet aux couches de s'étendre au-delà de la largeur de la couche précédente.

Lorsqu'un élément est imprimé avec un angle de surplomb supérieur à 45°, il peut s'affaisser et nécessite un support en dessous pour le maintenir en place. Pour plus d'informations sur les surplombs et le procédé FDM, cliquez ici.

Selon le degré de surplomb, votre impression en FDM peut nécessiter un support

Pontage vs support

Il existe une exception à cette règle :

Le matériau chaud peut être étiré sur de courtes distances entre deux points selon une méthode appelée « pontage ». Le pontage permet d'imprimer de la matière sans support et avec un affaissement minimal. Si un pontage a une longueur supérieure à 5 mm, il faut généralement un support pour donner un fini de surface précis.

Pour plus d'informations sur le pontage et le procédé FDM, cliquez ici.

L'ABC (ou YHT) du support avec le procédé FDM

Considérons les lettres Y, H et T, et un ensemble de modèles 3D associés.

L'image ci-dessous illustre le YHT avec la matière de support montrée en gris clair.

Une illustration visuelle des structures de support nécessaires pour imprimer un Y, H & T en FDM.

Voici à quoi ressemblent les lettres YHT lorsqu'elles sont imprimées. L'image ci-dessous montre maintenant le résultat du T imprimé sans support. La surface présente un affaissement important et devra faire l'objet d'un traitement ultérieur conséquent pour être nettoyée.

Y, H et T imprimés en FDM avec support
La lettre T échoue lorsqu'elle est imprimée en FDM sans aucune structure de support

Inconvénients des supports avec le procédé FDM

L'une des limites de l'utilisation des supports dans l'impression FDM est qu'un post-traitement est toujours nécessaire, ce qui entraîne des marques ou des traces sur la surface en contact avec le support.

Un autre problème est que les couches imprimées sur le support seront moins parfaites car le support sera légèrement moins stable que les couches pleines.

Il peut également être difficile de retirer le support sur de petites formes complexes sans casser le modèle.

En outre, le support nécessite de la matière d'impression supplémentaire et entraîne donc des coûts supplémentaires. Et le support doit être supprimé, ce qui créera plus de travail pour le prestataire de services d'impression 3D, ce qui peut également augmenter le coût total de l'impression.

Pièce du puzzle avec support retiré montrant la rugosité de la surface

Quelle taille de support est-elle nécessaire pour mon impression FDM ?

L'exemple d'arche ci-dessous ne nécessite qu'une quantité limitée de support placé au bon endroit pour permettre son impression précise.

L'arche de Saint-Louis montre l'exemple parfait de l'utilisation d'un support avec un objet en forme d'arche.

La « boule dans un cube » présentée ci-dessous est un exemple qui nécessite un support important.

Le retrait du support dans cet exemple est complexe et implique de retirer chaque élément de support à l'aide d'une pince à long bec tout en essayant de limiter les dommages aux surfaces entourant le support. Le ponçage ou le lissage de la surface après avoir retiré le support est également très difficile.

Sans matériel de support, ce modèle ne peut tout simplement pas être imprimé en FDM sans compromettre la qualité et la précision. Dans ce cas, malgré le coût et le temps d'impression supplémentaires, la matière de support supplémentaire utilisée est essentielle pour pouvoir réaliser l'impression.

Gros plan de l'impression «Boule dans un cube» montrant la structure de support nécessaire.

Deux types de supports avec le procédé FDM

L'impression 3D FDM utilise deux types de supports :

L'opérateur de l'imprimante spécifiera généralement le type de support qui convient le mieux à votre application et qui minimise ainsi l'impact esthétique sur votre conception.

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Deux types de structures de support: support accordéon (à gauche) et support arborescent (à droite).

Support soluble

Sur les imprimantes à deux têtes d'impression finement réglées, le support peut être imprimé avec un matériau soluble qui ne se détache pas de la pièce mais se dissout dans une solution chimique qui n'affecte pas le matériau principal du modèle imprimé.

Il en résultera une meilleure finition de surface lorsque le support est en contact avec le matériau principal, mais cela peut être une solution coûteuse et longue.

Un exemple est la machine Ultimaker 3, qui utilise un support imprimé en PVA qui se dissout facilement après l'impression. Toutes les machines industrielles FDM utilisent un support soluble.

Supports avec les procédés SLA & DLP

LaStéréolithographie (SLA) et le Digital Light Processing (DLP)) permettent de créer des objets imprimés en 3D à partir d'une résine liquide (photopolymère) en utilisant une source de lumière pour solidifier le matériau liquide.

Selon le type d'imprimante, cela signifie que le modèle est soit sorti d'une cuve contenant un matériau liquide lorsqu'il est solidifié par une source de lumière à travers une fenêtre translucide au-dessous (de bas en haut), soit qu'il est petit à petit immergé dans le liquide lorsque la couche supérieure est traitée par une source de lumière par le dessus (de haut en bas).

Procédé d'impression en SLA

Dans quelle situation un support est nécessaire avec les procédés SLA & DLP ?

Pour s'assurer que les impressions adhèrent à la plate-forme d'impression et ne flottent pas dans la cuve, les imprimantes SLA et DLP nécessitent l'utilisation de supports dans presque tous les cas.

Les structures de support de ces imprimantes ressemblent à de fines nervures, seules de petites pointes touchant réellement le modèle pour économiser du matériel et du temps d'impression. Le nombre de supports, leur emplacement, l'endroit où ils touchent le modèle et la structure est calculé par le logiciel et dépend de la forme, de l'orientation et du poids de la pièce à imprimer.

Les procédés SLA et DLP sont parmi les technologies les plus précises, capables d'imprimer avec précision des détails même sur les objets les plus petits et les plus complexes. Avec un post-traitement adéquat, l'utilisation des supports n'a pas d'impact sur la qualité de l'impression.

Une impression en SLA avec structure de support

Retrait du matériel de support lors des impressions SLA & DLP

En premier lieu, l'alcool isopropylique est utilisé pour retirer la résine liquide de vos pièces terminées. Les structures de support peuvent être soit cassées à la surface du modèle, soit enlevées à l'aide de pinces. Les endroits où le support a été en contact avec l'objet sont ensuite poncés pour éliminer les traces restantes.

Suppression de structures de support d'une impression en SLA

Considérations de conception des supports avec les procédés SLA & DLP

L'orientation des pièces joue un rôle crucial sur la position du support en impression SLA et DLP. En réorientant une pièce, la taille du support (et donc le coût de l'impression) peut être considérablement réduit.

L'orientation joue également un rôle important dans la position du support. Si l'aspect esthétique d'une surface sur un composant est primordial, l'orientation de la pièce de manière à ce qu'il y ait peu ou pas de support en contact avec cette surface peut également être une option.

Pour les impressions complexes comportant une grande quantité de détails et de nombreuses formes fines ou complexes, le fait de diviser l'impression en sections séparées puis de les assembler entre elles (au moyen d'assemblages par encliquetage, de pièces emboîtées ou de colle) peut également améliorer la qualité et l'apparence de l'impression.

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Pièce imprimée en SLA montrant quelques marques où se trouvait le support

Supports avec le procédé par dépôt de matière

Les technologies de dépôt de matière (Stratasys PolyJet et 3D Systems MultiJet Modeling) sont similaires à l'impression par jet d'encre, mais au lieu de projeter des gouttes d'encre sur le papier, ces imprimantes 3D projettent des couches de photopolymère liquide sur un plateau de montage et les durcissent instantanément à l'aide de lumière UV.

Quand a-t-on besoin d'un support avec le procédé par « dépôt de matière » ?

Ces imprimantes nécessitent l'utilisation de support dans tous les cas où il y a des parties en surplomb, quel que soit l'angle. Les supports sont soit solubles dans l'eau, soit retirés lors du post-traitement à l'aide de pinces, de jet d'eau, de bains à ultrasons et de sablage.

Contrairement au procédé FDM, les supports pour ces technologies ne nuisent en rien à l'aspect, à la qualité de la surface ou aux propriétés techniques des impressions. Après un post-traitement adéquat, il est pratiquement impossible de distinguer les parties qui ont été en contact avec le support du reste de l'impression.

Retrait du matériau de support soluble dans l'eau d'une impression en PolyJet

Considérations de conception des supports avec le procédé par dépôt de matière

En raison des outils puissants (jet d'eau, sableuse) utilisés lors du post-traitement, des parties complexes du modèle peuvent être endommagées ou pliées. Veillez à respecter les règles du procédé par dépôt de matière pour éviter tout problème. Si votre modèle comporte des zones complexes et des fils fins, il est recommandé d'utiliser plutôt l'impression SLS.

Supports avec le procédé SLS

Le frittage sélectif par laser (SLS) permet de fusionner des matériaux en poudre dans une cuve à l'aide d'un laser.

Pour le procédé SLS, il n'y a pas besoin de structures de support puisque la poudre agit comme support lorsque l'objet est construit couche par couche. Cela donne une grande liberté de conception mais augmente aussi généralement le coût et le temps d'impression d'une pièce. Le procédé SLS nécessite du temps pour que la cuve de construction refroidisse et le nettoyage de la pièce nécessite un processus de finition en plusieurs étapes, y compris l'élimination de la poudre non fondue, généralement à l'aide d'air comprimé.

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Lors de l'impression en SLS, la poudre non fondue autour de l'impression fonctionne comme un support naturel facile à retirer.

Supports avec le procédé par jet de liant

Le jet de liant est similaire au procédé SLS dans la mesure où l'imprimante utilise de fines couches de matériau en poudre pour construire un objet, mais au lieu d'utiliser un laser qui fritte la couche ensemble, ces imprimantes utilisent un liant extrudé par une buse pour lier la poudre.

Tout comme pour le procédé SLS, il n'y a pas besoin de structures de support puisque la poudre agit comme support lorsque l'objet est construit, mais le nettoyage et le post-traitement de l'impression nécessitent un processus de finition en plusieurs étapes, y compris l'élimination de la poudre non fondue, généralement avec de l'air comprimé.

La poudre non fondue est retirée d'une impression en jet de liant.

Structures de support pour l'impression 3D métal

Les technologies d'impression sur métal utilisent des structures de support pour maintenir les modèles fixés à une plaque de base pendant le procédé de construction dans tous les cas, mais des surplombs avec un angle supérieur à 35 degrés peuvent être construits sans support. Lorsque des supports sont nécessaires, il est important de s'assurer qu'ils sont faciles d'accès, sinon ils ne peuvent pas être retirés pendant le post-traitement.

L'utilisation de supports n'a aucune incidence sur la qualité de l'impression et, avec un traitement ultérieur adéquat, toutes les marques sur la pièce peuvent être supprimées.

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Impressions métalliques - toujours attachées au lit d'impression - montrant les structures de support.

Règles de base

Technologie d'impression Support nécessaire
FDM Dépend de la géométrie du modèle
SLA & DLP Toujours nécessaire
Dépôt de matière Toujours nécessaire, mais soluble
SLS Jamais nécessaire
Jet de liant Jamais nécessaire
Impression 3D métal Toujours nécessaire

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