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Dans les domaines de la fabrication traditionnelle et de la fabrication additive, les phases de design et de production sont souvent au centre des préoccupations. Cependant, les produits finaux, qu’il s’agisse de machines industrielles ou d’appareils électroniques, nécessitent souvent un post-traitement pour améliorer leur apparence ou leurs caractéristiques de durabilité.
Le post-traitement dans la fabrication traditionnelle comprend l’usinage, le polissage et le revêtement pour lisser les surfaces, enlever l’excès de matière ou appliquer des finitions de protection. La fabrication additive utilise des méthodes spécifiques telles que le retrait du support, le lissage des surfaces, la peinture aérosol et le durcissement. Par exemple, les impressions 3D en résine nécessitent un post-durcissement à la lumière UV ou à la chaleur pour se solidifier et améliorer leurs propriétés mécaniques.
Mais quel impact le post-traitement a-t-il sur la précision dimensionnelle des pièces ? La pièce va-t-elle se dilater ou se contracter ? Ce sont des questions essentielles à prendre en compte lors de la création d’un modèle 3D pour s’assurer que la pièce répond aux spécifications de design, fonctionne correctement et s’assemble parfaitement.
Techniques courantes de post-traitement dans la fabrication
Lors de la conception, le post-traitement est important car il améliore l’apparence et la fonctionnalité des pièces. Cela signifie également qu’il affecte la précision dimensionnelle. Il existe plusieurs méthodes de post-traitement typiques qui sont utilisées dans l’usinage CNC, la fabrication de tôles et l’impression 3D :
- Microbillage : Cette technique utilise un jet haute pression de petites billes, souvent en verre ou en plastique, dirigées vers la surface de la pièce, éliminant tous les défauts et lui donnant un aspect uniforme. Le processus peut adoucir légèrement les arêtes vives, ce qui peut modifier les dimensions clés, en particulier là où les détails sont complexes.
- Polissage électrolytique : Il s’agit d’une méthode électrochimique qui élimine les couches très minces de l’acier, assurant des surfaces brillantes après le nettoyage. Cependant, le processus d’élimination produit un émoussement et entraîne des ajustements minimes pour s’adapter aux exigences de précision en raison des changements de dimension.
- Lissage à la vapeur : Le lissage à la vapeur consiste à mettre les objets créés à partir de l’impression 3D en contact avec des vapeurs chimiques, ce qui entraîne la fusion et la régulation des surfaces extérieures. Ce processus peut modifier les petits éléments et émousser les arêtes vives, en particulier pour les pièces finement détaillées.
- Tribofinition du média : En plus de l’élimination des bavures, la tribofinition du média polit également les surfaces en les plaçant dans des récipients vibrants équipés de supports abrasifs. Ce processus ne convient pas aux éléments fragiles des pièces telles que les arêtes vives.
- Sablage : Le sablage utilise des particules à grande vitesse pour nettoyer les surfaces ainsi que pour texturer avant l’application de peinture ou d’autres traitements.
- Revêtement par poudre : Ici, des poudres sèches sont appliquées électrostatiquement sur un objet qui sera ensuite chauffé pour durcir le revêtement et en faire un revêtement durable. Cependant, le processus augmente légèrement les dimensions et peut causer des problèmes d’assemblage pour les composants serrés.
- Placage : Le placage consiste à déposer un revêtement métallique sur une surface pour améliorer la conductivité électrique, la résistance à l’usure et la protection contre la corrosion.
- Anodisation : L’anodisation, qui se décline en différents types (Type II et Type III étant les plus couramment utilisés), est un procédé électrochimique utilisé pour augmenter la couche d’oxyde sur les surfaces métalliques.
- Passivation : C’est le processus par lequel les pièces en acier inoxydable sont traitées pour éliminer le fer libre et obtenir une meilleure résistance à la corrosion par la formation d’une couche d’oxyde protectrice.
- Peinture aérosol : Ce processus est utilisé pour appliquer de la peinture sur des pièces à des fins esthétiques et de protection, modifiant potentiellement légèrement les dimensions.
L’impact des différentes techniques de post-traitement sur la précision dimensionnelle
Lorsque vous envisagez le post-traitement des pièces, il est important de comprendre comment chaque technique affecte à la fois la précision dimensionnelle et la finition de surface. Le tableau ci-dessous compare différentes méthodes de post-traitement (toutes disponibles sur le moteur de devis instantané® de Xometry), y compris leurs effets sur la précision dimensionnelle du matériau et la finition de surface typique à laquelle vous pouvez vous attendre.
| Technique | Changement dimensionnel | Finition de surface | Applications typiques | Matériaux avec lesquels elles fonctionnent |
| Microbillage | Négligeable | Mat/satiné,
Granuleux |
Finition esthétique, préparation
de surface pour revêtements |
Métaux, plastiques,
composites |
| Polissage électrolytique | Légère réduction (0,00635 mm) | Lumineux, lisse | Amélioration de la résistance à la corrosion et lissage des micro-pics et des vallées | Acier inoxydable, aluminium, cuivre |
| Lissage à la vapeur | Réduction mineure (~ 0,023 mm) | Brillant, lisse | Amélioration de la qualité de surface des pièces imprimées en 3D | Thermoplastique |
| Tribofinition du média | Négligeable | Finition satinée | Pièces à surface lissée | Métaux, plastiques |
| Sablage | Légère réduction (~0.005–0.025 mm) | Finition mate | Préparation de surface pour la peinture | Métaux, plastiques |
| Revêtement par poudre | Ajout (~0,02–0,05 mm) | Mat ou brillant, coloré | Pièces résistantes à l’usure, esthétique | Métaux, plastiques |
| Placage | Ajout (~0,02–0,05 mm) | Finition métallisée | Composants électriques, pièces résistantes à l’usure | Métaux (par exemple, cuivre, nickel) |
| Passivation | Négligeable | Mat, résistance accrue | Améliorations esthétiques, protection de surface | Acier inoxydable |
| Peinture aérosol | Ajout (~0,02–0,05 mm) | Lisse, coloré | Amélioration et protection des surfaces | Métaux, plastiques |
| Anodisation (type II) | Ajout (~0.0025 mm) | Mat ou brillant, coloré | Résistance à la corrosion, pièces durables | Aluminium |
| Anodisation (type III) | Ajout (~0.025 mm) | Mat ou légèrement rugueux, coloré | Applications à haute usure, composants mécaniques, résistance à la corrosion, pièces durables | Aluminium |
| Peinture aérosol et polissage à la vapeur | Ajout (~ 0,012-0,25 mm) ; légère réduction (négligeable) | Lisse, coloré ; Brillant, lisse | Combiner l’amélioration/la protection de la surface et l’amélioration de la qualité pour les pièces imprimées en 3D | Thermoplastique |
| Sablage et anodisation | Réduction négligeable (~0,0025-0,025 mm) | Mat ou satiné, granuleux ; Mat ou brillant, coloré | Préparation de la surface et protection des pièces en aluminium | Aluminium |
Règlements et normes pour le maintien de la précision dimensionnelle pendant le post-traitement
Voici un bref aperçu des normes relatives à la maintenance de la précision dimensionnelle pendant le post-traitement couramment utilisé en Europe, au Royaume-Uni et en Turquie :
| Standard | Utilisation | Objectif | Exemple d’application |
| ISO 2768 | Établit des tolérances générales pour les dimensions linéaires, les dimensions angulaires et les tolérances géométriques dans les pièces métalliques non associées | Assure la cohérence de la taille tout au long des différents processus de fabrication et des étapes de post-production | Indique les tolérances moyennes pour un arbre métallique usiné par CNC d’un diamètre de 50 mm comme « ISO 2768-m » sur le plan |
| ISO 1101 | Définit les limites admissibles pour les variations de la géométrie de la pièce, en se concentrant sur les tolérances de forme et de position | S’assure que les composants répondent aux normes géométriques malgré les changements dimensionnels lors des opérations de finition | Spécifie la perpendicularité : ⊥ 0,1 ISO 1101 pour qu’un trou reste dans une zone de tolérance de 0,1 mm par rapport à un plan de référence donné |
| ASME Y14.5 | Décrit comment les symboles du système de cotation GD&T spécifient les variations admissibles des tailles et des formes des pièces à l’aide de contrôles tels que le contrôle de position | Assure l’uniformité et une grande précision pendant et après la fabrication | Utilisation du symbole de tolérance de position sur le dessin : Position : Ⓟ 0.2 | ⌀10 | A B C* |
| ASTM D618 | Décrit la pratique de conditionnement des plastiques à des fins de test après moulage pour tester les effets de lissage thermique ou chimique | Assure la précision dimensionnelle en conditionnant les échantillons pour l’équilibre avant d’autres opérations | Conditionnement des échantillons plastiques pendant 48 heures à 50°C, puis 96 heures à 23°C avec 50 % d’humidité relative avant lissage chimique |
*Le centre du trou doit se situer dans une zone de 0,2 mm de diamètre autour des données de référence « A », « B » et « C » afin qu’un assemblage précis puisse être réalisé pendant le post-traitement.
Outils et technologie pour la surveillance et le contrôle des changements dimensionnels
La surveillance/le contrôle des changements dimensionnels pendant le post-traitement nécessite des technologies ou des outils précis. Certaines solutions clés incluent :
- Les machines de mesure des coordonnées (CMM) : Ces machines utilisent une sonde pour mesurer avec précision les formes physiques d’un objet. Elles sont utiles pour vérifier les mesures et détecter tout écart par rapport aux spécifications de design. Elles excellent dans la précision, atteignant souvent des mesures ave des précisions de l’ordre du micromètre (0,001 mm), dépassant de loin la précision typique des calibres numériques, qui est d’environ 0,01 mm.
- Les scanners laser : Les scanners laser fournissent des mesures sans contact. Elles génèrent des modèles 3D haute résolution de pièces qui sont ensuite comparés à des designs réalisés par CAO pour déterminer tout changement dimensionnel.
- Les comparateurs optiques : Ces appareils projettent le profil d’une pièce sur un écran et permettent une comparaison visuelle avec des normes prédéfinies. Ils sont particulièrement utiles pour surveiller les changements dimensionnels des petites pièces complexes.
- Les calibres et micromètres numériques : Pour des mesures rapides et précises, les étriers et micromètres numériques offrent une excellente précision lorsqu’il s’agit de mesurer des longueurs ou des épaisseurs, ce qui est impératif pour le contrôle de la qualité.
- Les testeurs de rugosité de surface : Ceux-ci déterminent la qualité des finitions de surface en identifiant les changements qui affecteraient la précision dimensionnelle résultant de pratiques telles que le ponçage ou le polissage par post-traitement.
Comment refléter les tolérances sur les dessins techniques
Pour refléter les processus de finition, tels que l’anodisation, sur les dessins techniques, il est nécessaire d’indiquer les tolérances de post-traitement pour toute exigence spécifique du client (par exemple, anodisation dure 50 µm).
- Précisez clairement sur le dessin que les tolérances sur le dessin sont des tolérances post-traitement.
- Pour les traitements fins (<10 µm), les tolérances finales peuvent souvent être garanties. Pour tout traitement d’une épaisseur supérieure à 10 µm, il est recommandé de masquer certaines surfaces pour éviter des changements dimensionnels post-traitement imprévisibles (par exemple, masquer des trous filetés pour garantir leur conformité aux tolérances et leur fonctionnalité après l’application d’une couche d’anodisation épaisse).
- Ajoutez tous les symboles de finition de surface (rugosité) et les tolérances spécifiques (linéaires ou géométriques) qui garantiront que la pièce répond à ses exigences fonctionnelles.
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