Lissage à la vapeur : une finition de surface efficace en impression 3D

Avec sa capacité à transformer des surfaces rugueuses et stratifiées en finitions élégantes de qualité professionnelle, le lissage à la vapeur apparaît comme une finition révolutionnaire dans le domaine de l'impression 3D. Cet article s'intéressera à ses spécificités, ses avantages et ses applications

Plus la demande de pièces imprimées en 3D augmente, plus il est devenu essentiel d’obtenir une finition de surface de haute qualité. D’où l’importance des techniques de finition pour les objets imprimés en 3D qui permettent d’améliorer leurs propriétés esthétiques et mécaniques. En résolvant le problème courant des lignes de couche visibles et des surfaces rugueuses sur les impressions 3D, le lissage à la vapeur est une option efficace pour obtenir des résultats de qualité professionnelle.

Qu’est-ce que le lissage à la vapeur en impression 3D ?

Le lissage à la vapeur est une finition de surface en impression 3D qui consiste à exposer les pièces imprimées à un solvant vaporisé. Ce processus est également connu sous le nom de « lissage chimique à la vapeur », « polissage à la vapeur » ou « fusion à la vapeur », et aide à éliminer les surface rugueuses et les lignes de couches disgracieuses souvent associées aux impressions 3D.

Les vapeurs chimiques utilisées dans le processus réagissent avec la surface du matériau, le faisant fondre et se dissoudre partiellement, ce qui donne une finition plus lisse. En utilisant cette technique, les pièces imprimées en 3D peuvent obtenir une surface lisse et brillante à l’aspect plus professionnel.

Le lissage à la vapeur peut être considéré comme une excellente option de finition qui ajoute une valeur significative à l’impression 3D. La technique est largement utilisée dans les industries automobile et aérospatiale, où les pièces doivent être aussi lisses et parfaites que possible pour une fonction et une esthétique optimale.

Lissé à la vapeur
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Tel qu’imprimé
Comparaison d’impressions 3D MJF en PA 12 : telle qu’imprimée (à gauche) et lissée à la vapeur (à droite)

Comment fonctionne le lissage à la vapeur ?

Le lissage à la vapeur est un moyen très efficace d’obtenir des finitions de surface lisses sur divers matériaux sans avoir à enlever de matière. Cette technique utilise un agent de finition et une fusion chimique contrôlée pour obtenir le résultat souhaité. Le maintien d’un contrôle approprié de la température et de la pression pendant le processus est essentiel pour obtenir le résultat souhaité tout en évitant d’endommager la pièce.

Voici un guide étape par étape du fonctionnement d’un processus de lissage à la vapeur entièrement automatisé :

  • Étape 1 : La pièce est placée dans une chambre de traitement hermétique avec un agent de finition, généralement FA 326. L’agent est couramment utilisé pour diverses matières plastiques, mais différents agents peuvent être utilisés en fonction du matériau sur lequel on travaille.
  • Étape 2 : Avec la pièce à l’intérieur de la chambre de lissage, l’agent est chauffé à une température spécifique pour créer une vapeur entourant la pièce. Le maintien du contrôle de la température et de la pression est essentiel pour s’assurer que la vapeur est uniformément répartie sur toute la surface.
  • Étape 3 : La vapeur s’accroche à la surface de la pièce, créant une fusion chimique contrôlée. Cette fusion réduit les pics et les vallées de la surface en liquéfiant et en redistribuant le matériau pour créer une surface plus lisse.
  • Étape 4 : La fusion chimique améliore également l’éclat et la brillance du matériau. Le degré d’amélioration de la brillance dépend des paramètres de traitement et de l’agent de finition.
  • Étape 5 : Une fois que l’agent de finition a fait son travail, la chambre de lissage est chauffée pour éliminer la vapeur et l’agent de finition, qui sont ensuite collectés dans une cuve. Une fois le processus terminé, la pièce ne contient plus aucun résidu et aucun matériau n’est enlevé pendant le processus.
  • Étape 6 : Une fois le processus de lissage terminé, la pièce peut subir une finition secondaire comme une teinture, une peinture au pistolet ou tout autre traitement de surface.

Technologie et types de matériaux disponibles

Le lissage à la vapeur est largement utilisé dans diverses technologies d’impression 3D, polymères et élastomères. La technique peut être appliquée à une vaste gamme de matériaux d’impression 3D les plus couramment utilisés étant le PA 12 et le PA 11. La finition de surface par fusion à la vapeur peut être combinée à une teinture afin d’obtenir une surface lisse et colorée.

Vapour smoothed coloured SLS and MJF parts
Pièces colorées SLS et MJF lissées à la vapeur

Avantages du lissage à la vapeur

L’impression 3D a révolutionné le secteur manufacturier, permettant la production de pièces compliquées aux géométries complexes. Cependant, plus la technologie a évolué, plus l’amélioration de la finition de surface des pièces imprimées est devenue un enjeu important. C’est dans ce cadre que cette technique de finition améliore considérablement la surface des pièces imprimées en 3D. Ses principaux avantages sont répertoriés ci-dessous.

Amélioration de la finition de surface

Par rapport aux pièces SLS standard, qui ont généralement une rugosité de surface supérieure à 8 μm Ra, le lissage chimique à la vapeur peut atteindre une finition de surface inférieure au seuil de 3 μm Ra.

Amélioration des performances

Une finition de surface améliorée a un impact considérable sur les performances mécaniques d’une pièce imprimée. En matière de fabrication additive, la rugosité de surface affecte directement la résistance à la traction, l’allongement à la rupture et les performances en flexion de la pièce. Une mauvaise finition de surface peut créer des concentrations de contraintes et réduire la durée de vie en fatigue de la pièce, entraînant une défaillance prématurée de la pièce.

Résistance à l’humidité

Cette finition de surface réduit considérablement l’absorption d’humidité de la surface de la pièce. L’humidité peut entraîner la dégradation de la pièce et affecter ses propriétés mécaniques. En rendant hermétique la surface de la pièce, le lissage à la vapeur empêche l’absorption d’humidité, ce qui rend la pièce imprimée plus durable.

Eléments hors de la ligne de vue

L’un des avantages les plus importants de ce processus est sa capacité à polir les éléments qui sont en dehors de la ligne de vue. La technique peut atteindre des renfoncements profonds et des cavités internes inaccessibles via les méthodes traditionnelles de polissage ou de sablage. Par conséquent, les pièces aux géométries complexes peuvent toujours bénéficier d’une finition de surface de haute qualité.

Précision dimensionnelle

Le lissage à la vapeur préserve les géométries et la précision dimensionnelle de la pièce imprimée tout en améliorant sa finition de surface. Contrairement aux procédés d’usinage ou de ponçage traditionnels, qui peuvent déformer ou modifier les dimensions de la pièce imprimée, le lissage à la vapeur est non abrasif et conserve la forme originale de la pièce. C’est particulièrement important pour les pièces de haute précision qui nécessitent des tolérances dimensionnelles strictes.

Une pièce PA 12 fusionnée à la vapeur et teinte en noir imprimée en SLS

Astuces de design à suivre pour lisser des pièces 3D à la vapeur

Lorsque vous concevez des fichiers CAO pour des pièces qui seront lissées à la vapeur après impression, vous devez avoir à l’esprit des conseils de design spécifiques. Jetez un œil à ces recommandations pour vous assurer que vos pièces fonctionnent de manière optimale et avec une finition parfaite.

  • Inclure des congés, des courbes, des arêtes ou des lignes reliant deux surfaces pour créer un bord arrondi. Cela permet au processus de lissage d’être plus efficace et plus homogène.
  • Éviter les géométries avec des arêtes aïgues ou des coins internes tranchants, car ces pièces peuvent retenir des produits chimiques et nuire à l’efficacité du processus de lissage.
  • Assurer une préparation de surface adéquate, incluant grenaillage et nettoyage avant le lissage à la vapeur, pour permettre à la vapeur de se déposer uniformément sur les surfaces.
  • Maintenir les épaisseurs de paroi uniformes pour permettre à la vapeur de pénétrer de manière plus homogène dans le composant, assurant ainsi une texture de surface lisse.
  • Concevoir des pièces avec une masse suffisante pour permettre un temps d’exposition plus long à la vapeur. Les sections minces peuvent avoir des difficultés à retenir la chaleur.
  • Utiliser des structures de support dans les zones avec des éléments complexes pour vous assurer qu’ils ne se déforment pas pendant le processus de lissage.

Applications du lissage à la vapeur

Le polissage à la vapeur est un processus de finition robuste qui peut améliorer de manière significative les performances et l’esthétique des impressions 3D. Certaines applications pour lesquelles cette technique peut être utilisée pour créer des pièces finales de qualité supérieure sont les suivantes :

  • Appareils médicaux : Les appareils médicaux sur mesure nécessitent une précision, une durabilité et une biocompatibilité élevées. Le lissage à la vapeur permet la fabrication de pièces médicales lisses, non poreuses et faciles à nettoyer, confortables à porter et résistantes à la transpiration.
  • Produits portables : La technologie portable est un marché en pleine croissance qui demande des composants légers, durables et confortables. Le lissage à la vapeur d’objets imprimés en 3D peut apporter une esthétique et une portabilité de haute qualité. Avec des finitions douces au toucher, des surfaces faciles à nettoyer et des éléments intégrés, les pièces portables personnalisées avec ces finitions peuvent répondre aux exigences strictes de l’industrie.
  • Composants hydrauliques : Les composants de transfert et de manutention de fluide nécessitent des niveaux élevés de précision, un fonctionnement étanche et une facilité d’entretien. Le lissage à la vapeur peut créer des réservoirs, des tuyaux, des collecteurs et des conduits avec des surfaces lisses et hermétiques qui empêchent le développement de bactéries, ce qui les rend idéaux pour les environnements en contact avec la peau et les aliments.
  • Machines automobiles et industrielles : Le lissage à la vapeur est un processus de finition idéal pour les pièces comme les couvercles de soupapes, les carters d’huile et d’autres composants critiques qui doivent être étanches et résistants à la corrosion. La surface lisse, tactile et durable de ces pièces peut améliorer leur esthétique et offrir une fonctionnalité accrue.
HP MJF 3D printed parts assembled into a sphere
Pièces imprimées en 3D HP MJF assemblées en sphère. Les deux sont teints en noir avec un hémisphère lissé à la vapeur (à droite) et l’autre avec une finition standard (à gauche).

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Le lissage à la vapeur est une technique très efficace pour la finition de pièces imprimées en 3D qui élimine les lignes de couche visibles et améliore la rugosité de la surface. Grâce à sa capacité à préserver les éléments et les géométries d’origine de la pièce, c’est une excellente solution pour les pièces aux géométries complexes qui nécessitent des tolérances dimensionnelles strictes.

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