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Le frittage sélectif par laser (SLS) et le Multi Jet Fusion (MJF) sont deux des technologies d’impression 3D par fusion sur lit de poudre (PBF) les plus utilisées pour les polymères et les élastomères.
SLS et MJF sont très similaires en matière de processus et le flux de travail, et sont capables de produire des pièces presque identiques. MJF, avec ses propriétés isotropes et sa résolution d’impression légèrement supérieure, est idéal pour les pièces fonctionnelles de petite taille. SLS, grâce à une plus large gamme de matériaux et des volumes de construction plus importants, convient mieux aux prototypes visuels et aux pièces fonctionnelles de taille moyenne. Les deux processus sont comparables en termes de coût et de vitesse d’impression, mais MJF est plus rentable pour des volumes de production plus importants et légèrement plus rapide en raison de son temps de refroidissement plus rapide et de sa capacité à réutiliser plus de poudre.
Description des technologies d’impression 3D
Frittage sélectif par laser
Le frittage sélectif par laser est une technique d’impression 3D sur lit de poudre utilisée pour créer des pièces à partir de matériaux thermoplastiques tels que le PA 12 et le PA 11. Ce processus implique un laser CO2 fusionnant sélectivement la poudre plastique en traçant chaque section transversale de la pièce, couche par couche. Après frittage de chaque couche, le lit d’impression s’abaisse et une nouvelle couche de matériau en poudre est appliquée.
Le terme « frittage » décrit le chauffage des particules de plastique jusqu’à ce que leurs surfaces fondent et adhèrent les unes aux autres. Le SLS est une technologie bien établie qui prend en charge un large éventail de matériaux (y compris des matériaux ignifugés de qualité alimentaire), ce qui le rend plus polyvalent par rapport aux méthodes plus récentes comme le MJF.
Multi Jet Fusion
La technologie Multi Jet Fusion HP est une technologie d’impression 3D sur lit de poudre développée par Hewlett-Packard en 2016. Elle consiste en un processus en plusieurs étapes où une fine couche de poudre est étalée sur le lit d’impression et chauffée juste en dessous de son point de frittage. Un agent de fusion est ensuite appliqué pour former la coupe transversale de la pièce, suivi d’un agent de détail pour améliorer la netteté des bords.
Une source de chaleur infrarouge passe sur la poudre traitée, frittant les particules pour créer la pièce. Le MJF est conçu pour des cadences de production plus élevées et offre des progrès par rapport au SLS en termes de vitesse et de précision.
Différences entre l’impression 3D MJF et SLS
Matériaux MJF vs SLS
MJF et SLS utilisent largement des polyamides tels que le Nylon 11 et le Nylon 12, ainsi que du polyuréthane thermoplastique (TPU) et du polypropylène. La technologie SLS est également capable d’imprimer avec des nylons chargés de carbone et d’aluminium, et des machines SLS spécialisées à haute température, telles que celles d’EOS , peuvent gérer des thermoplastiques techniques tels que le PEEK. Le SLS est également compatible avec les variantes de qualité alimentaire du PA 11 et du PA 12, en plus d’un matériau PA 12 classé UL 94 V-0 (PA 2210 FR.
En revanche, le MJF est actuellement limité à moins de matériaux, principalement le Nylon 12, le Nylon 11 et le TPU. Cependant, MJF propose également du Nylon 12 avec des options telles qu’une variante chargée de verre à 40 % pour une résistance accrue.
Le tableau suivant compare les matériaux courants utilisés dans les technologies MJF et SLS :
| Matériau | Technologie d’impression 3D |
Résistence à la traction (MPa) |
Allongement à la rupture (%) |
Température de fléchissement sous charge (0,45 MPa) (°C) |
Densité (g/cm³) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nylon 12 / PA 12 | SLS | 50 | 11 | 171 | 1,01 |
| Nylon 12 / PA 12 | MJF | 48 | 20 | 175 | 0,93 |
| Nylon 11 / PA 11 | SLS | 49 | 40 | 182 | 1,03 |
| Nylon 11 / PA 11 | MJF | 52 | 50 | 185 | 1,05 |
| Nylon 12 (PA 12) chargé de verre | SLS | 38 | 4 | 170 | 1,22 |
| Nylon 12 (PA 12) chargé de verre | MJF | 30 | 10 | 174 | 1,30 |
| Alumide® / Nylon 12 (PA 12) chargé d’aluminium | SLS | 48 | 4 | 175 | 1,36 |
| Nylon 12 ignifugé / PA 2241 FR | SLS | 49 | 15 | 154 | 1,00 |
| Nylon 12 couleur / CB PA 12 | MJF | 46 | 20 | N/A | 1,03 |
| PA 11 de qualité alimentaire (bleu) | SLS | 53 | 20 | N/A | 1,02 |
| PA 12 de qualité alimentaire (blanc) | SLS | 48 | 15 | N/A | 0,93 |
| Polypropylène (PP) | MJF | 30 | 20 | 100 | 0,89 |
| Polypropylène (PP) | SLS | 29 | 34 | 113 | 0,84 |
| TPU flexible | SLS | 7,2 | 310 | N/A | 1,14 |
| TPU (polyuréthane) | MJF | 10 | 291 | N/A | 1,1 |
Résistance des pièces: SLS vs MJF
Lorsque vous comparez la résistance des pièces SLS et MJF, il est essentiel de tenir compte de facteurs tels que les propriétés des matériaux, les paramètres de l’imprimante et les techniques de design. Les pièces SLS sont connues pour leurs propriétés mécaniques robustes, mais elles ont tendance à présenter un comportement anisotrope, c’est-à-dire que leur résistance varie en fonction de la direction de la charge appliquée (X/Y, Z). En revanche, MJF produit des pièces aux propriétés mécaniques relativement constantes en raison de leur nature plus isotrope, assurant une résistance et une durabilité uniformes dans toutes les directions.
De plus, les paramètres de l’imprimante, tels que l’épaisseur de la couche et les paramètres de fusion, ont un impact significatif sur la résistance finale des pièces SLS et MJF. Par exemple, régler l’épaisseur de la couche à une résolution plus fine peut améliorer les détails et la résistance de la pièce, tandis qu’un réglage plus fin des paramètres de fusion peut garantir une meilleure liaison entre les couches. Assurer une bonne orientation de la pièce et utiliser des cycles de refroidissement appropriés contribuent également à réduire les contraintes internes et le gauchissement.
De plus, les deux technologies permettent l’évidement de pièces, ce qui peut maintenir l’intégrité structurelle tout en réduisant l’utilisation de matériaux. Cependant, il est important de noter que les pièces MJF avec des épaisseurs de paroi supérieures à 7 mm sont souvent évidées par défaut, ce qui peut compromettre leur résistance et les rendre plus sujettes à rompre sous la pression. Alternativement, l’intégration de noyaux, de nervures ou même de structures en treillis peut améliorer la résistance mécanique de la pièce sans avoir besoin d’éléments trop épais.
Précision dimensionnelle et résolution d’élément
MJF et SLS offrent tous deux une grande précision dimensionnelle, mais il existe certaines différences dans leur résolution d’éléments. Les pièces MJF ont une résolution d’élément plus fine de 0,51 mm par rapport aux pièces SLS, qui ont une résolution de 0,762 mm.
Les technologies SLS et MJF ne nécessitent pas de structures de support, ce qui permet la création de modèles personnalisés sans marques de retrait de support. Cependant, les deux sont sujets au gauchissement, il est donc préférable d’éviter les grandes zones plates dans votre design.
| Propriété | SLS | MJF |
| Tolérance | ±0,3 % (limite inférieure ±0,3 mm) | ±0,3 % (limite inférieure ±0,2 mm) |
| Épaisseur minimale de paroi | 0,5 mm (supporté), 0,6 mm non supporté | 0,6 mm (supporté), 0,7 mm non supporté |
| Épaisseur de couche | ~ 0,1 mm et pour les pièces étanches à l’eau 1,5 mm, lorsque l’épaisseur de la paroi est supérieure | ~0,08 mm |
| dimension minimale de l’élément | 0,6 à 0,8 mm | 0,5 mm |
Finition de surface: MJF vs. SLS
SLS et MJF produisent des pièces avec une finition de surface rugueuse/mate caractéristique. Cependant, la surface peut être lissée par microbillage (SLS uniquement) et par tribofinition du support. De plus, le polissage chimique à la vapeur a permis d’obtenir des surfaces étanches et semi-brillantes à faible coût pour l’un ou l’autre des processus.
Options de finition de surface courantes pour MJF :
- Tribofinition du support
- Lissage à la vapeur (+teinture/peinture aérosol)
- Teinture
- Peinture aérosol
Options de finition de surface courantes pour SLS :
- Tribofinition du support
- Microbillage
- Lissage à la vapeur (+teinture/peinture aérosol)
- Teinture
- Peinture aérosol
Le tableau ci-dessous illustre les changements de rugosité de surface PA 12 en fonction de la technologie de fabrication additive utilisée et de la finition de surface appliquée à la pièce :
| Matériau | Technologie d’impression 3D | Finition de surface | Rugosité (Ra) | Rugosité (Rz) |
| PA 12 | MJF | Tel qu’imprimé | 10 à 12 μm | 59,9 – 69,4 µm |
| PA 12 | MJF | Polissage chimique à la vapeur | 4,4 μm | 31,1 μm |
| PA 12 | MJF | Teint en noir | 5,8 μm | 38,7 μm |
| PA 12 | SLS | Tel qu’imprimé | 9 μm | 55,1 μm |
| PA 12 | SLS | Traité par microbillage | 4,5 μm | 31,6 μm |
| PA 12 | SLS | Teint en noir | 7,5 μm | 47,6 μm |
| PA 12 | SLS | Traité par tribofinition | 7,1 μm | 45,5 μm |
| PA 12 | SLS | Poli à la vapeur – teint en noir | 2,5 μm | 19,7 μm |
Temps de traitement
Le processus d’impression de MJF prend le même temps par couche que le SLS, pour lequel le temps par couche est dicté par la complexité de la section transversale à scanner par le laser. En fin de compte, les impressions MJF sont plus rapides à réaliser que les impressions SLS et les résultats sont excellents pour la production en volume de pièces car il est possible d’effectuer plus d’impressions par machine par rapport au procédé d’impression SLS. Les deux procédés permettent aux plateaux d’impression de refroidir à l’extérieur de la machine, le temps de refroidissement nécessitant généralement 10 à 20 heures, selon la densité imbriquée. Pendant qu’un plateau d’impression refroidit, un nouveau plateau peut être inséré dans la machine pour commencer une nouvelle impression.
Dans les opérations SLS et MJF, il est recommandé d’utiliser trois plateaux pour chaque machine : un en cours d’impression, un en cours de refroidissement et un dont les pièces refroidies réparties ont été réparties pour être traitées. Cette configuration permet la meilleure utilisation de la machine avec peu de temps d’arrêt.
Volume d’impression
Les machines SLS peuvent produire des pièces avec des volumes d’impression plus importants (jusqu’à 550 x 550 x 750 mm) par rapport à l’impression MJF (jusqu’à 380 x 284 x 380 mm). Mais dans les deux cas, il n’est pas recommandé de fabriquer des pièces aussi grandes que la surface d’impression disponible, car cela peut créer des conditions thermiques qui peuvent affecter la pièce (gauchissement, torsion, rétrécissement, etc.) et augmenter le risque de défaillance de la construction (pelage/accrochage du racleur).
Pour maximiser l’efficacité de l’impression SLS, il est crucial d’utiliser la totalité du volume de construction, car le processus permet un recyclage minimal de la poudre (80 % de la poudre récupérée des pièces imprimées MJF est recyclable, par rapport à SLS avec une recyclabilité de 30 à 50 %).
Coût : MJF vs SLS
En utilisant un design de pièce (voir fichier CAO) comme modèle de test, nous avons évalué la tarification des technologies d’impression 3D MJF et SLS avec PA 12 (gris) à l’aide de notre moteur de devis instantané®. Les résultats ont indiqué que le SLS est environ 20 % plus cher pour la production d’une seule unité, mais que le SLS et le MJF ont des coûts similaires pour des productions plus importantes. Cependant, MJF devient plus rentable à plus grande échelle.
| Technologie et matériau | Prix unitaire pour 10 unités (€) | Prix unitaire pour 100 unités (€) |
| MJF PA 12 | 39,77 | 21,13 |
| SLS PA 12 | 38,96 | 33,01 |
Les prix sont basés sur le moteur de devis instantané® de mai 2024.
Faut-il préparer un design différent pour MJF par rapport à SLS ?
Les règles de design des technologies MJF et SLS sont presque identiques. Il convient toutefois de prendre en compte la variation des tolérances standard. Les deux procédés ont une tolérance de ±0,3 % pour les pièces supérieures à 100 mm, mais MJF offre une tolérance légèrement plus étroite pour les pièces inférieures à 100 mm (±0,2 mm contre ±0,3 mm pour les SLS).
Le MJF et le SLS peuvent-ils être utilisés de manière interchangeable ?
Bien que ces technologies présentent des différences, dans de nombreuses applications, elles peuvent être utilisées de manière interchangeable lorsque les exigences en matière de propriétés mécaniques, de complexité des pièces et de propriétés des matériaux se recoupent. Voici quelques applications générales pour lesquelles les deux technologies peuvent convenir :
- Pièces de test fonctionnel : Les deux technologies peuvent produire une résistance mécanique et une durabilité suffisantes pour résister aux tests fonctionnels de pièces telles que les supports, les clips et les boîtiers en verre PA 11, PA 12 ou PA 12 pour une rigidité accrue.
- Pièces de production à usage final : Les procédés MJF et SLS peuvent produire des pièces solides et durables comme des connecteurs, des engrenages ou des boîtiers pour des appareils électroniques en PA 12 et PA 12 chargés de verre.
- Pièces élastomères : Les deux techniques peuvent traiter le TPU, un matériau flexible et durable, ce qui les rend adaptées à la production de pièces telles que les joints d’étanchéité, les garnitures et les joints flexibles, qui nécessitent élasticité et résilience.
Comment choisir la bonne technologie d’impression 3D
Dans de nombreuses applications de base, le SLS et le MJF aident à obtenir des pièces avec des qualités mécaniques et de surface comparables. En même temps, il existe des applications plus exigeantes qui pourraient inclure des résolutions plus fines, des exigences matérielles spécifiques, etc., où vous pourriez préférer une technologie à l’autre.
Le tableau ci-dessous compare les principaux facteurs décisionnels lors du choix entre SLS et MJF :
| Propriété | SLS | MJF |
| Temps de traitement | Temps d’impression similaire à celui de MJF, mais les pièces nécessitent un refroidissement plus long après l’impression | Temps d’impression similaire, mais refroidissement plus rapide grâce à des stations de finition dédiées |
| Zone d’impression | Peut produire des pièces jusqu’à 550 x 550 x 750 mm | Peut produire des pièces aussi grandes que 380 x 284 x 380 mm |
| Matériaux | Peut imprimer plusieurs matériaux, y compris PA 11, PA 12, PA 12 chargé de verre, Alumide, PA 2241 FR, PA 11 et PA 12 de qualité alimentaire, PP et TPU | Ne peut actuellement imprimer que les PA 11, PA 12, PA 12 chargés de verre, PP et TPU |
| Finition | Comme les pièces imprimées produites ont un fini de surface granuleux. Plusieurs options de finition sont disponibles. | Les pièces produites telles qu’imprimées ont un fini de surface granuleux. Plusieurs options de finition sont disponibles. |
| Coût | SLS et MJF ont des coûts d’impression similaires pour la production de plusieurs unités, mais SLS a tendance à être plus cher pour la production d’une seule unité. Cependant, le coût dépend de divers facteurs et doit être évalué au cas par cas. | |
| Applications | Idéal pour créer des prototypes et des pièces fonctionnelles telles que des boîtiers, des raccords mécaniques, des boîtiers pour appareils électroniques et des designs organiques/artistiques. | Idéal pour créer des prototypes et des pièces fonctionnelles dans des volumes de production faibles à moyens, y compris des boîtiers, des équipements sportifs, des produits industriels, des intégrations et des composants de drones. |
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