Tolérances dans les technologies d’impression 3D

Les tolérances sont souvent confondues avec l’exactitude et la précision. Pour la technologie d’impression 3D, ces termes sont distincts et ne devraient jamais être utilisés de manière interchangeable. Les tolérances définissent la précision que doit respecter le designer. En d’autres termes, il s’agit de la marge de manœuvre autorisée pour un design ou pour une fabrication, qui dépend des normes individuelles ou industrielles.

Lorsqu’on mentionne l’exactitude, on se réfère simplement au degré de consistance entre vos dimensions comparées aux valeurs réelles. Dans ce cas, les valeurs réelles sont les dimensions du modèle d’impression 3D numérisé. D’un autre côté, l’exactitude définit la proximité des dimensions des pièces imprimées en 3D avec celles du modèle.

Tolérances dans l’impression 3D : ce qu’il faut attendre

Différentes technologies d’impression 3D offrent des capacités variables en matière de tolérance. L’exactitude réalisable dépend de la taille de la pièce, du matériau choisi et de la géométrie, surtout si le design est volumineux, car cela peut entraîner un retrait plus important.

Nikolaus Mroncz

Responsable de l’ingénierie des ventes

Bien que le post-traitement puisse aider à améliorer l’exactitude dimensionnelle, des tolérances strictes ne sont pas toujours garanties du premier coup. C’est pourquoi, chez Xometry, nous produisons souvent une pièce échantillon en premier, aidant ainsi les clients à atteindre les tolérances requises dès le départ.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu rapide des tolérances générales proposées par Xometry pour les technologies d’impression 3D les plus courantes. Ces valeurs sont indicatives et peuvent varier en fonction de facteurs tels que la taille de la pièce, le choix du matériau et la géométrie.

Technologie d’impression 3D	Tolérances
MJF	± 0.3% (± 0.2 mm)
SLS	± 0.3% (± 0.3 mm)
SLA	± 0.5% (± 0.2 mm)
FDM	± 0.5% (± 0.5 mm)
DLS de Carbon	± 0.1% (± 0.1 mm)
DMLS	± 0.2% (±0.1 – 0.2 mm)
Polyjet	±0.1 mm pour les premières douzaines de mm est courant, plus ±0,05 mm pour chaque mm après cela

Dans les sections suivantes, nous nous intéresserons avec plus de détails aux tolérances typiques pour chaque technologie d’impression 3D.

Tolérances d’impression 3D MJF

La technologie HP Multi Jet Fusion (MJF) est l’une des technologies d’impression 3D les plus rentables proposant des tolérances fines. Elle fonctionne en appliquant un agent de fusion sur un matériau en poudre, puis une source de chaleur qui cuit systématiquement chaque couche. Les chambres de fabrication chauffées augmentent la température globale de la poudre, minimisant le gauchissement et le retrait tout en permettant des changements de température progressifs qui améliorent l’exactitude dimensionnelle.

Cependant, l’accumulation de chaleur—en particulier en provenance des lampes infrarouges utilisées pendant l’impression—peut encore entraîner des contraintes thermiques. Les géométries plus épaisses, les surfaces larges et les épaisseurs de paroi irrégulières sont plus sujettes au gauchissement ou à la torsion en raison du retrait. Pour réduire ces risques, il est préférable de suivre des directives de design similaires à celles utilisées pour les pièces moulées par injection.

Paramètre	Valeur
Tolérance	± 0.3% (limite inférieure : ± 0,3 mm) Conseil de pro : Pour des tolérances plus serrées, le PA12 chargé de verre est recommandé.
Retrait/Déformation	Le retrait se produit habituellement dans la plage de 2 à 3 %. Cependant, la plupart des imprimantes MJF incluent une marge pour cela dans le design.
Volume de fabrication	Jusqu’à 380 x 284 x 380 mm, tandis que nous recommandons normalement une taille maximale de 356 x 280 x 356 mm
Épaisseur de couche	~0.08 mm
Taille minimale d’un élément	0,5 mm minimum, 0,7 mm recommandé
Structure de support	Non requise

Complex 3D printed part via MJF — Pièce complexe imprimée en 3D via MJF

Tolérances d’impression 3D SLS

Le frittage sélectif par laser (SLS) est similaire au MJF pour de nombreux aspects. La seule différence est que le SLS utilise un laser CO₂ pour chauffer la poudre polymère au lieu d’un bloc chauffant. Le gauchissement et le retrait constituent des problèmes pour les processus MJF et SLS. Ceci est atténué pour le SLS en laissant les pièces imprimées en 3D dans la poudre pour qu’elles refroidissent progressivement.

Paramètre	Valeur
Tolérance	± 0,3 % (± 0,3 mm pour 100 mm) Conseil de pro : Pour des tolérances plus serrées, le PA12 chargé de verre est recommandé.
Retrait/Déformation	Le retrait est généralement compris entre 3 % et 3,5 %. Les grandes surfaces planes sont particulièrement sujettes aux déformations
Volume de fabrication	Jusqu’à 340 x 340 x 605 mm, mais nous recommandons habituellement une taille maximale de 320 x 320 x 580 mm
Épaisseur de couche	~0,1 mm et 1,5 mm pour les pièces étanches, lorsque l’épaisseur de la paroi est plus élevée
Taille minimale d’un élément	0,5 mm minimum, 0,75 mm recommandé
Structure de support	Non requise

Tolérances d’impression 3D SLA

La stéréolithographie ou SLA est la technologie d’impression 3D privilégiée lorsqu’une exactitude plus élevée et une tolérance plus fine sont vitales. Les matériaux sélectionnés pour ce procédé (polypropylène, ABS, polycarbonate, etc.) sont durcis et traités par UV. Cependant, les matériaux avec des caractéristiques de flexion élevées ne sont pas idéaux car ils sont sujets aux déformations.

Cette technologie nécessite également que les pièces soient imprimées en 3D pour être ancrées sur la plaque de fabrication, et pour que tous les éléments avec des angles inférieurs à 45^° soient pris en charge.

Paramètre	Valeur
Tolérance	± 0.5% (± 0.20 mm)
Retrait/Déformation	Les franchissements non supportés ont de grandes chances d’être soumis à des déformations
Volume de fabrication	Jusqu’à 736 x 635 x 533 mm
Épaisseur de couche	~ 0.02 mm
Taille minimale d’un élément	0.1 mm
Structure de support	Oui, pour les éléments en surplombs

SLA Industrial Black, ABS-Like Side — SLA Industrial Black, de type ABS

Tolérances d’impression 3D FDM

Le dépôt de fil fondu (FDM) produit des pièces en extrudant le matériau sur une plaque de fabrication, couche par couche. Ce procédé convient bien aux pièces plus grandes, aux géométries mécaniques, et aux applications qui ne nécessitent pas de détails ultra-fins. Le FDM est largement utilisé dans les industries en raison de sa polyvalence et de son coût abordable.

Comme le SLA, le FDM nécessite des structures de support, et le post-traitement peut provoquer de nouvelles inexactitudes dimensionnelles, en particulier dans les zones avec beaucoup de support. De plus, il se peut que les éléments étroits n’aient pas une résolution exacte en raison de la largeur de la buse. Le retrait commence immédiatement au fur et à mesure que le matériau refroidit après la déposition, et les tolérances peuvent varier de manière significative entre les imprimantes FDM de bureau et les imprimantes FDM industrielles.

Paramètre	Valeur
Tolérance dimensionnelle	Prototypage (bureau): ± 0,5 % (limite inférieure : ± 0,5 mm) Industriel : ± 0,15 % (limite inférieure : ± 0,2 mm)
Retrait/Déformation	Les matériaux tels que le PLA présentent un faible retrait (entre 0,3 % et 0,5 %), tandis que d’autres comme le Nylon 12 peuvent avoir un retrait allant jusqu’à 2 %, et un PVDF jusqu’à 4 %
Volume de fabrication	Jusqu’à 914 x 610 x 914 mm.
Épaisseur de couche	~0,05 et 0,3 mm
Taille minimale d’un élément	Jusqu’à 0,2 mm.
Structure de support	Oui, pour les éléments en surplombs

FDM 3D printed parts — Pièces imprimées en 3D par FDM

Tolérances d’impression 3D DMLS

Le procédé DMLS (frittage direct de métal par laser) est utilisé pour produire des pièces métalliques presque sans porosité, avec une rugosité de surface d’environ 20 micromètres. Le procédé implique une chaleur élevée, qui conduit souvent à des retraits et des déformations. A la différence des plastiques, les métaux ont une conductivité thermique et des taux de retrait différents, ce qui doit être pris en compte pendant le design pour garantir une exactitude dimensionnelle.

Paramètre	Valeur
Tolérance	± 0.2% (± 0.1 – 0.2 mm)
Retrait/Déformation	Une chaleur élevée pendant le processus peut provoquer un retrait et des déformations
Volume de fabrication	250 x 250 x 325 mm
Épaisseur de couche	0,02 à 0,08 mm selon le matériau.
Taille minimale d’un élément	0,75 mm pour les éléments cosmétiques, 1,5 mm pour les éléments structurels
Structure de support	Oui, pour les éléments en surplombs

DMLS Aluminum AlSi10Mg — Aluminium AlSi10Mg, tel qu’imprimé par DMLS

Tolérances d’impression 3D Polyjet

Polyjet est une des technologies d’impression 3D les plus exactes, offrant les tolérances les plus fines et une exceptionnelle résolution de détail. Il utilise des photopolymères rigides et caoutchouteux sans recourir à la chaleur, ce qui le rend moins sujet au gauchissement et au retrait. Cependant, les matériaux sont moins robustes que les thermoplastiques utilisés en FDM et SLS.

Paramètre	Valeur
Tolérance	± 0.05-0.1 mm for 100 mm
Retrait/Déformation	Minimal due to the UV curing process; however, large flat areas may experience slight warping
Volume de fabrication	Up to 490 mm x 391 mm x 200 mm.
Épaisseur de couche	0.004 mm
Taille minimale d’un élément	1,2 mm ou plus pour les matériaux rigides. 2 mm ou plus pour les matériaux caoutchouteux.
Structure de support	Oui, pour les éléments en surplombs

Polyjet printed part — Pièce imprimée Polyjet

Tolérances d’impression 3D du DLS de Carbon

Le DLS de Carbon est une technologie d’impression 3D extrêmement exacte qui utilise des résines techniques durcies thermiquement. Ces matériaux comprennent des options à base d’uréthane telles que le FPU (flexible), le RPU (rigide), l’EPU (élastomère) et le SIL, qui imite le silicone. Bien que la technologie DLS de Carbon offre des détails fins et des pièces résistantes, le processus de durcissement peut entraîner un certain retrait.

Paramètre	Valeur
Tolérance	±0.1% (± 0.1 mm pour 100 mm)
Retrait/Déformation	Le processus de durcissement peut créer un phénomène de retrait
Volume de fabrication	Jusqu’à 119 x 189 x 300 mm. Dimensions recommandées : Dans les limites de 100 x 100 x 150 mm
Épaisseur de couche	~0.1 mm
Taille minimale d’un élément	1 mm minimum recommandé
Structure de support	Oui, pour les éléments en surplombs

Impact du post-traitement sur les tolérances

La plupart des technologies produisent des structures de support. Le retrait des supports affecte non seulement la finition de surface, mais conduit aussi parfois à un retrait de matériau à ce moment. Cela crée des inexactitudes dans les dimensions.

Bien que la technologie DLS de Carbon offre des détails fins et des pièces résistantes, le processus de durcissement peut entraîner un certain retrait. En DMLS, une surépaisseur de 1 à 2 mm est parfois appliquée sur les surfaces importantes et usinée en conséquence après l’impression. C’est une manière de corriger les dimensions et d’obtenir des tolérances serrées.

Facteurs affectant les tolérances dans la technologie d’impression 3D

Dans l’impression 3D, les principaux facteurs influençant les tolérances sont :

Retrait du matériau (changement de volume lors du passage de l’état liquide à l’état solide)
Épaisseur de couche
Taille minimale d’un élément
Taille de fabrication (taille maximale de la pièce à imprimer, selon la technologie)

N°1 Retrait du matériau

Le matériau de construction utilisé dans les procédés d’impression 3D comprend des filaments thermoplastiques, des poudres, des résines, des photopolymères liquides et de la poudre métallique. Tous ces matériaux ont un degré variable de retrait. Comme principe de l’impression 3D, les polymères rétrécissent naturellement lorsqu’ils sont refroidis et solidifiés pendant le processus d’impression. Le taux de retrait est spécifique à un matériau donné.

Facteur	Impact sur le retrait et la tolérance	Solutions pratiques
Type de matériau	Différents matériaux rétrécissent à des taux différents. Par exemple, le nylon rétrécit plus que le PLA.	Utilisez des règles de design spécifiques à un matériau ; choisissez des matériaux à faible rétrécissement tels que le PLA, le PETG, ou les résines de photopolymères pour les pièces de haute précision.
Géométrie de la pièce	Les sections larges, plates ou épaisses sont sujettes au gauchissement ou à la distorsion.	Fractionnez de grandes surfaces avec des nervures ; évitez les angles vifs ; réduisez la masse de la pièce si possible.
Épaisseur de paroi	Les parois irrégulières refroidissent à des taux différents, provoquant des contraintes internes et une déformation de la forme.	Des parois d’épaisseur inégale refroidissent à des vitesses différentes, ce qui provoque des contraintes internes et une déformation de la forme.

N°2 Épaisseur de la couche

L’épaisseur de la couche, aussi appelée résolution verticale, affecte l’exactitude d’une pièce dans la direction Z. Son impact est particulièrement visible dans les procédés comme le FDM, le SLA et le PolyJet, pour lesquels les pièces sont fabriquées directement sur un lit. Voici une analyse détaillée de la manière dont l’épaisseur de couche influence la qualité d’impression à travers les technologies :

Technologie	Épaisseur de couche typique	Impact sur l’exactitude	Considérations
FDM	0,05 à 0,3 mm	Une première couche épaisse (souvent avec >100 % d’extrusion) peut entraîner une base surdimensionnée ; effet d’escalier visible sur les courbes.	Évitez les détails ultra-fins sur les courbes ou les surfaces de base
SLS	0,10 à 1,50 mm	La hauteur de couche est préréglée ; effet d’escalier moins visible en raison de la fusion de poudre	Pas idéal pour les détails courbes, mais résultats dimensionnels cohérents.
MJF	0.08 mm	Résolution en Z cohérente avec un effet d’escalier minimal visible.	Processus très stable ; convient aux pièces fonctionnelles avec une bonne exactitude dimensionnelle
SLA	0.02 mm	Bonne résolution selon l’axe Z, mais le gauchissement peut survenir à cause des contraintes de polymérisation.	Utilisez des supports pour stabiliser des grandes pièces
DMLS	De 0,02 à 0,08 mm	Les couches très fines réduisent l’effet d’escalier, mais les contraintes thermiques peuvent affecter la planéité	Utilisez des supports optimisés
Polyjet	0.04 mm	Excellente exactitude selon Z ; effet d’escalier minimal	Idéal pour des surfaces lisses et des détails fins

Nikolaus Mroncz

Responsable de l’ingénierie des ventes

Étant donné que l’impression 3D construit les pièces couche par couche, les surfaces courbes ou inclinées présentent naturellement un effet d’escalier. Cela affecte non seulement l’état de surface, mais peut aussi légèrement altérer les dimensions prévues, en particulier sur des détails comme les sphères ou les chanfreins. Réduire l’épaisseur de la couche peut minimiser cet effet, et des méthodes de post-traitement telles que le ponçage, le polissage ou le lissage vapeur sont souvent utilisées pour restaurer la précision prévue.

N°3 Taille d’élément minimum

La taille d’élément minimum fait référence au plus petit détail qu’une imprimante 3D peut produire de manière fiable. Cela dépend à la fois de la technologie d’impression et de paramètres spécifiques à la machine tels que le diamètre de la buse, l’épaisseur de couche, et la taille du faisceau laser.

Pour FDM, la taille de l’élément dépend de la buse et de la hauteur de la couche :

Résolution X-Y : Déterminé par le diamètre de la buse. Une buse plus petite permet des détails plus fins sur les surfaces horizontales.
Résolution Z : Contrôlé par l’épaisseur de couche. Des couches plus fines permettent une meilleure résolution sur les surfaces verticales ou en pentes.
Par exemple, une buse de 0,4 mm permet généralement d’imprimer des détails pas plus petits que 0,4 à 0,5 mm dans le plan X-Y. Le texte ou les rainures plus petits sont mieux imprimés avec une buse de 0,2 mm.
Note : le niveau de détail d’un élément varie en fonction de l’orientation de la pièce. Les détails sur la surface du haut seront plus nets que ceux sur les côtés verticaux.

Les technologies à base de poudre et à base de résine dépendent du diamètre du faisceau laser ou de la source lumineuse et des caractéristiques du matériau pour la résolution :

Taille du spot laser/lumineux : Définit le plus petit détail X-Y imprimable.
Hauteur de couche : Affecte la résolution Z, tout comme dans FDM.
Réutilisation des matériaux : Dans les méthodes à base de poudre (MJF, SLS, DMLS), la poudre réutilisée devient moins sphérique avec le temps, ce qui réduit la cohérence de la résolution ainsi que la fiabilité dimensionnelle.

N°4 Taille de fabrication

La taille de fabrication fait référence à la taille globale maximale de la pièce qui peut être fabriquée par une imprimante ou à la taille maximale qui peut être placée sur la zone de fabrication d’une imprimante. Plus la pièce est grosse, plus elle nécessite de temps pour la durcir ou la refroidir. Pendant ce processus, de nombreux phénomènes de retraits et de gauchissements se produisent en raison d’un refroidissement irrégulier.

Les grosses pièces nécessitent aussi de nombreuses structures de support (selon le design et le procédé) Après leur retrait, cela affecte aussi la qualité de surface.

Approvisionnement en impressions 3D avec des tolérances plus serrées

Obtenir des tolérances serrées en impression 3D ne dépend pas seulement de la sélection de la bonne technologie, mais de la compréhension de l’interaction entre le comportement du matériau, les capacités de l’imprimante, la géométrie de la pièce et les paramètres du processus. Les designers doivent prendre en compte les contraintes de tolérance dès le début au stade de la CAO, en appliquant les règles de design spécifiques au procédé et en planifiant les post-traitements si nécessaire. Lorsque la précision est critique, choisir des matériaux stables et des technologies fiables tels que le SLA, le PolyJet ou le DMLS peuvent faire une différence significative.

Alternativement, travailler avec un partenaire de fabrication expérimenté donne accès à des machines de qualité industrielle, à des environnements contrôlés et à un retour d’information d’experts, garantissant que vos pièces répondent aux spécifications fonctionnelles et dimensionnelles. Xometry propose des services d’impression 3D industrielle sur mesure avec une large gamme de technologies et de matériaux, des options d’inspection dimensionnelle et une assistance experte pour vous aider à atteindre la précision exigée par votre projet.