Remplissage en impression 3D : Définition, principaux éléments et différents types

Cet article définira ce qu'est le remplissage en impression 3D, discutera de comment choisir le bon motif et la bonne densité de remplissage, et décrira les différents motifs de remplissage.

Le remplissage en impression 3D se réfère à la structure interne d’une pièce imprimée en 3D. La structure interne peut être produite à l’aide de différentes formes. L’objectif du remplissage est d’optimiser le poids, la résistance et le temps d’impression de la pièce. Il existe de nombreux motifs de remplissage différents.

Qu’est-ce que le remplissage en impression 3D ?

« Le remplissage » en impression 3D désigne les motifs internes que l’on trouve à l’intérieur de la plupart des pièces imprimées en 3D. Les pièces fabriquées par certains procédés de fabrication, comme le moulage par injection, doivent être soit complètement pleines, soit complètement creuses. D’un autre côté, les pièces imprimées en 3D par dépôt de fil fondu (FDM), peuvent être fabriquées avec une variété de motifs structurels qui remplissent partiellement l’espace à l’intérieur des parois extérieures imprimées.

Quel est l’objectif du remplissage en impression 3D ?

Le but du remplissage en impression 3D est de gagner à la fois du temps d’impression et du matériel en créant une structure de treillis à l’intérieur d’une pièce imprimée en 3D. Imprimer des pièces entièrement denses est souvent inutile et représente simplement un gaspillage de matériel. Le remplissage peut être stratégiquement placé pour fournir de la résistance là où les charges en service sur la pièce sont les plus élevées. Une densité de remplissage plus élevée signifie un pourcentage de remplissage plus important.

Quelles sont les principales composantes du remplissage en impression 3D ?

Une pièce typique imprimée en 3D aura une coque extérieure avec une épaisseur prédéfinie. La structure de remplissage est complètement enfermée par cette coque extérieure et n’est pas visible une fois l’impression de la pièce terminée. Le remplissage sera réparti uniformément dans toute la pièce. Le remplissage en impression 3D est généralement imprimé à des vitesses plus élevées que la coque extérieure pour gagner du temps. La grille de l’impression de remplissage n’est également pas aussi épaisse que la coque. Les nombreux motifs de remplissage différents ont chacun leurs propres avantages et inconvénients.

Quels sont les différents types de remplissage dans l’impression 3D ?

Il existe de nombreux types de remplissage différents pour les imprimantes 3D. Tous réalisent le même objectif de réduction du temps d’impression et d’usage de matériau. Voici quelques-uns des types de remplissage pour impression 3D utilisés aujourd’hui :

  • Ligne
  • Concentrique
  • Gyroïde
  • Grille
  • Octet
  • Éclair
  • Triangulaire
  • Tri-hexagone
  • Cubique
  • Croix

Motif de remplissage en ligne

Le remplissage en ligne se compose de nombreuses lignes parallèles pour chaque couche. Chaque couche chevauche la précédente à un angle de 90 degrés. A la différence des autres motifs, les motif en lignes ne se croisent pas sur la même couche. Cela renforce la pièce en deux dimensions. Le remplissage en ligne est légèrement plus rapide que le remplissage avec les motifs en grille et triangulaire.

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Remplissage en ligne

Motif de remplissage concentrique

Le remplissage concentrique pour impression 3D est un des motifs de remplissage les plus rapides à imprimer, et celui qui utilise le moins de matériau. Cependant, cela se fait au détriment de la résistance de la pièce. Le motif concentrique n’est pas aussi solide que les autres types de remplissage, surtout lorsqu’il est soumis à une charge dans les directions x ou y.

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Remplissage concentrique

Motif de remplissage gyroïde

Le motif de remplissage gyroïde en impression 3D crée des lignes ou courbes ondulées alternées. Ce motif de remplissage prend plus de temps à imprimer que les autres. Cependant, la structure interne gyroïde unique permet d’obtenir des propriétés mécaniques presque isotropes. Les impressions restent plus faibles sur l’axe z, mais ce motif améliore la résistance au cisaillement sur les axes x et y. Le motif de remplissage gyroïde fonctionne bien avec des matériaux flexibles.

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Remplissage gyroïde

Motif de remplissage en grille

La grille est l’un des types de remplissage les plus courants. Le motif de la grille dépose du plastique en un motif de grille cubique qui se croise à des angles de 90 degrés. Ce motif de remplissage est idéalement utilisé pour des impressions avec de grandes surfaces planes. Les motifs de remplissage en grille peuvent provoquer le bouchage de la buse, car les lignes se croisent les unes sur les autres dans la même couche.

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Remplissage en grille

Motif de remplissage en octet

Le motif de remplissage en octet pour l’impression 3D crée des volumes tétraédriques (semblables à des pyramides) à l’intérieur de la pièce. Il est idéal pour des pièces avec de grandes surfaces horizontales. Des écarts plus petits entre les parois de remplissage sont possibles en raison de la nature conique des volumes en forme de pyramide. Cela permet des distances de portée plus courtes entre les parois de remplissage et une moindre chance que le matériau ne s’affaisse. Il est donc possible d’obtenir des surfaces supérieures améliorées sans avoir à augmenter la densité de remplissage.

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Remplissage en octet

Motif de remplissage en octet

Ce type de remplissage unique permet d’obtenir le temps d’impression le plus rapide possible au détriment de la résistance de la pièce. Des supports sont ajoutés dans une structure en forme d’éclair et sont placés uniquement là où cela est nécessaire. Les pièces sont des coques, sauf là où un support est nécessaire pour des éléments horizontaux ou des débords internes.

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Remplissage en forme d’éclair

Motif de remplissage triangulaire

Le motif de remplissage triangulaire en impression 3D dépose du plastique en une grille triangulaire qui se croise à des angles de 60 degrés. Ce type de motif de remplissage est idéalement utilisé sur des pièces avec de grandes surfaces planes et a des performances similaires au motif en grille. Le remplissage triangulaire peut provoquer le bouchage de la buse, car ses lignes se croisent les unes sur les autres dans la même couche.

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Remplissage triangulaire

Motif de remplissage tri-hexagone

Le tri-hexagone est le motif de remplissage le plus solide. Tout comme les types de remplissage en grille et triangulaire, il se croise lui-même pour créer un motif hexagonal parsemé de triangles. En raison du croisement des lignes dans la même couche, ce type de remplissage a tendance à boucher la buse d’impression.

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Remplissage tri-hexagone

Motif de remplissage cubique

Le type de remplissage cubique crée des volumes cubiques à l’intérieur de la pièce. Il fait cela en produisant un motif en couches similaire à un remplissage triangulaire. Cependant, il décale chaque couche subséquente pour construire des volumes en forme de cube fermés dans la pièce. Les volumes cubiques sont orientés avec le cube en équilibre sur un coin.

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Remplissage cubique

Motif de remplissage en croix

Le motif en croix crée de multiples formes de croix en guise de remplissage. Ce motif de remplissage en impression 3D est idéal pour des formes de pièces flexibles car il permet à la pièce de se plier et de se tordre. Il n’est cependant pas très utile pour des plastiques plus rigides. Une version 3D de la croix est également disponible pour ajouter une résistance supplémentaire.

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Remplissage en croix

De quoi dépend la valeur idéale du pourcentage de remplissage ?

Le principal facteur déterminant pour le pourcentage de remplissage est le type d’application pour lequel la pièce est destinée à être utilisée. Les prototypes et les créations de passionnés ont rarement besoin de plus de 20 % de remplissage. Les pièces fonctionnelles qui seront exposées à des contraintes mécaniques nécessitent généralement des pourcentages de remplissage de 50 % ou plus.

Qu’est-ce qu’une bonne densité de remplissage ?

Dans la plupart des cas, une densité de remplissage située entre 20 et 50 % est idéale. Moins de 20 % donne des pièces fragiles tandis que plus de 50 % commence à prendre trop de temps d’impression et à utiliser trop de matériau.

Quel est le pourcentage de remplissage recommandé pour les autres objets à exposition simple ?

Pour les objets qui ne subiront pas de charge mécanique significative, un pourcentage de remplissage de 20 % est suffisant. Il faut noter que la géométrie de la pièce peut nécessiter un pourcentage de remplissage différent. Par exemple, une surface horizontale et plate peut nécessiter un pourcentage de remplissage plus dense pour s’assurer que la couche supérieure ne s’affaisse pas en raison d’un manque de support.

Quel remplissage est requis pour obtenir une résistance à la traction maximale ?

Une densité de remplissage plus élevée garantira une meilleure résistance à la traction de la pièce. Il faut noter que le pourcentage de remplissage n’est pas le seul facteur déterminant la résistance à la traction. Par exemple, le matériau du filament et l’orientation de l’impression jouent un rôle majeur. Les pièces FDM, en particulier, sont anisotropes. Elles sont plus faibles le long de l’axe z en raison de la faiblesse de la liaison entre les couches.

Si une pièce FDM est chargée le long de l’axe z, le facteur dominant qui contrôle sa résistance à la traction sera la qualité des liaisons intercouches. Dans ce cas-là, le pourcentage de remplissage aura peu d’effet.

Comment choisir le meilleur type de remplissage

Pour ce faire, il faut suivre les étapes suivantes :

  1. Vérifiez les contraintes de la pièce. Calculez le pourcentage de remplissage nécessaire.
  2. Évaluez vos ressources, y compris le matériel disponible et le temps que vous pouvez consacrer par pièce.
  3. Sélectionnez les motifs de remplissage qui correspondent à vos contraintes et à vos ressources.
  4. Sélectionnez le motif de remplissage qui convient le mieux à votre pièce.

Le choix du meilleur motif de remplissage se fait souvent par tâtonnement. Il est toujours bénéfique de faire une impression test sur une petite pièce pour déterminer quels sont les meilleurs réglages. S’en tenir aux motifs les plus simples, comme une grille ou un motif linéaire, donnera normalement de bons résultats.

Le remplissage est-il important pour l’impression 3D ?

Oui, le remplissage est une considération importante dans l’impression 3D. Sans remplissage, certaines pièces peuvent ne pas être imprimables du tout en raison de surfaces n’ayant pas de soutien dans le design. Le remplissage ajoute une résistance supplémentaire là où c’est nécessaire pour trouver un équilibre entre le temps d’impression et les besoins en matériau. Certaines pièces peuvent être imprimées sans aucun remplissage.

Cependant, il s’agit généralement de coques creuses avec des sommets ouverts (par exemple, des vases) et ne peuvent pas être utilisées pour des applications structurelles.

Sommaire

Cet article a abordé l’utilisation du remplissage dans l’impression 3D, les types courants de motifs de remplissage qui existent et comment choisir un motif pour l’utiliser.

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