Tableau de bord grain de bois Objet

Applications de finition

Raccord, joint et pièces embellies imprimées en 3D

Pour des prototypes difficiles à différencier de ceux obtenus par moulage par injection, des applications d'outillage avancées et des dispositifs personnalisés durables et agréables à regarder, appliquez un post-traitement simple à vos pièces imprimées en 3D.

Amalgame et collage

Présentation

Créez des modèles plus grands que le plateau de fabrication de votre imprimante 3D’ou combinez des pièces imprimées en 3D avec d'autres éléments.

Collage de pièces FDM

Pour les pièces trop grandes pour une seule impression, pour travailler plus vite avec moins de matériau de support, ou pour des pièces demandant une précision élevée, la meilleure solution est de couper et de coller des pièces FDM (modélisation par dépôt de fil en fusion). Il existe pour cela de nombreuses méthodes et encore plus de matériaux.

Les principaux facteurs à prendre en compte pour choisir une méthode de collage sont la résistance du joint et la compatibilité de chaque matériau FDM. En ce qui concerne les données de résistance, Stratasys a réalisé des tests en laboratoire à l'université du Texas El Paso pour mesurer la résistance à la traction. D'autres critères — notamment le temps, le coût, la difficulté de la tâche, la configuration de la pièce et les performances générales — ont également été pris en compte. Cependant, la précision du collage des pièces dépend de nombreux facteurs. Par exemple, les caractéristiques adhésives, comme la viscosité, affectent le degré de précision. Les compétences du technicien, le type de joint et de fixation sont également importants à cet égard.

Pour vous aider à choisir la méthode de collage la plus adaptée à vos besoins, voici une évaluation des plus utilisées pour assembler des pièces réalisées dans divers matériaux FDM.

Adhésif (résines époxydes)

Les époxydes en deux parties sont couramment utilisés pour coller des pièces FDM. Les composants époxydes sont mélangés, puis appliqués avec un distributeur, un pinceau ou par infiltration. La degré de viscosité peut aller du plus fin –au plus épais–, ce qui implique une différence au niveau des techniques d'application. Après l'application, les sections collées sont fixées ou maintenues pendant le séchage de l'époxy.

Ces résines présentent des temps de séchage, des propriétés matérielles et des degrés de collage différents. Mais en règle générale, elles sont faciles à utiliser. Elles offrent une résistance mécanique très élevée, ainsi qu'une résistance à la température et aux produits chimiques idéale. Ces adhésifs présentent l'avantage d'un temps de prise entre 20 et 70 minutes, ce qui permet de réaliser de petits ajustements après l'assemblage des sections. Cependant, il faut s'attendre à des délais de séchage longs. Les pièces séchées à la température ambiante ne peuvent être manipulées que quelques heures après et les cycles de séchage s'étendent sur un ou cinq jours. En adoptant un séchage à chaud–, le cycle peut être sensiblement accéléré.

Adhésive (cyanoacrylate)

Le cyanoacrylate est plus connu sous le nom de super glue. Il s'agit d'un–adhésif à séchage rapide qui peut être utilisé pour des réparations faciles et rapides et des applications de collage –légères. La super glue est simplement appliquée sur les surfaces à encoller et les sections sont assemblées. L'adhésif sèche en quelques minutes. La résistance à la traction des pièces FDM collées à la super glue est plus élevée que celles des adhésifs époxydes. Cependant, leur résistance à la température, aux produits chimiques et aux solvants est faible. Par conséquent, le collage avec la super glue risque de diminuer les performances des pièces FDM. Il est donc plutôt recommandé pour les modèles de concept et les prototypes de test de forme et d'adaptation que pour les prototypes fonctionnels ou les pièces fabriquées.

Solvant

Le collage avec du solvant se fait en fondant chimiquement le plastique sur les surfaces à assembler. Le solvant peut être appliqué au pinceau sur les sections qui sont ensuite assemblées, ou injecté dans un joint pré–assemblé ou une fissure existante. Le solvant dilué pénètre la surface de la pièce, ce qui améliore la résistance de la réparation ou du collage. Différents solvants peuvent être utilisés, mais le produit recommandé est SAME STUFF de Micro–Mark. Avec cette méthode, les collages sont plus résistants que ceux de nombreux adhésifs. Comme pour la super glue, le processus est simple et le joint sèche en quelques secondes. Une autre similarité est qu'il peut être appliqué dans des zones difficiles d'accès, car le solvant pénètre dans une fissure ou une fente.

Son avantage par rapport à la super glue et à l'époxy réside dans le fait qu'après l'évaporation, la pièce collée ne contient que du matériau FDM. Bien que le joint durcit en quelques secondes, les pièces doivent sécher pendant au moins huit heures. Il convient de noter que si la pièce est soumise à des températures supérieures à 80 °C, des cloques peuvent se produire. L'assemblage avec un solvant n'est pas adapté au PPSU ou l'ULTEM 9085. Ces matériaux FDM résistent aux produits chimiques, et ils réagissent donc mal aux solvants.

Soudure plastique à air chaud

Le soudage du plastique à air chaud est semblable au soudage oxy–acétylénique du métal. Dans ce cas, un jet d'air chaud remplace la flamme, et un filament de matériau FDM remplace la baguette de soudure. Pour coller les pièces, un outil de soudure à air chaud est passé lentement sur le joint. La chaleur fait fondre le filament, lequel remplit ensuite la fente. Cette méthode, produit des collages plus résistants que toutes les autres méthodes. Il est également rapide et peu onéreux.

Les pièces peuvent être utilisées dès qu'elles sont froides au toucher. Le matériau collé est un petit morceau de plastique FDM, le coût est donc négligeable. Un autre avantage lié à l'utilisation d'un matériau FDM en tant que moyen de collage réside dans la continuité du matériau. Le collage possède les mêmes propriétés et caractéristiques que la pièce. Pour obtenir de meilleurs résultats, la soudure à air chaud ne doit pas être appliquée sur les sections de parois fines. De plus, le processus demande un certain savoir-faire, car les résultats dépendent de l'expérience et de la technique du technicien.

Soudure par point à ultrasons

Cette technique est largement utilisée dans les processus de production pour créer un lien permanent entre des pièces en plastique. L'outil de soudure par point à ultrasons utilise des ondes sonores pour fusionner des parties déterminées du joint. Si l'on dispose de dispositifs de soudage manuel à ultrasons, cette méthode peut également être employée pour le prototypage –de petits volumes ou des applications de fabrication numérique directe. Ses inconvénients sont presque inexistants par rapport aux autres méthodes de collage, outre le besoin d'acheter l'outil de soudage. Les zones soudées sont plus résistantes que le matériau alentour, mais la résistance à la traction n'est pas aussi élevée que dans le cas des pièces soudées à air chaud ou non collées. Les bras ’et les becs de soudage à ultrasons sont souvent interchangeables. Une large variété de bras et de becs de soudage sont disponibles, selon l'épaisseur du matériau qui peut être soudé, le diamètre de la soudure, ainsi que le type de soudure créé.

Étant donné qu'aucun matériau n'est introduit dans le joint, la précision et les propriétés de la pièce souffrent peu d'altérations. Cela fait du soudage à ultrasons la méthode idéale pour les applications médicales dans lesquelles la qualité des pièces est primordiale, ainsi que son adéquation au contact avec les tissus humains.

Si une résistance plus élevée est indispensable, la soudure à ultrasons peut être combinée à d'autres méthodes. Soudez les pièces individuelles par points pour fixer leur position, puis appliquer les adhésifs, solvants ou autres agents de collage. Cette approche est particulièrement utile pour des assemblages volumineux ou difficiles. La soudure à ultrasons est rapide et très peu onéreuse. Une fois la soudure achevée, la pièce peut être immédiatement utilisée. Compte tenu de l'absence de consommables, la seule dépense correspond à la main-d'œuvre.

Éléments de fixation (mécanique)

Bien qu'il s'agisse d'une méthode d'assemblage, pas de collage, elle peut constituer une alternative efficace. Pour assembler des pièces FDM, les approches mécaniques de fixation et les options matérielles sont nombreuses. Une approche unique pour joindre mécaniquement des sections consiste à insérer un élément de fixation dans la pièce FDM pendant sa fabrication. Lorsqu'elle sort de la machine Fortus, les éléments de fixation sont intégrés à la pièce.

Témoignage de client

“Nous voudrions posséder et conduire une voiture propre et peu gourmande en énergie,” déclare Jim Kor, président et concepteur senior chez KOR EcoLogic, un groupe d'ingénierie de Winnipeg. Sa passion pour l'environnement l'a conduit à élaborer les principes de durabilité dans une nouvelle voiture au nom de code– Urbee, créée grâce aux capacités de production de Stratasys. L'Urbee, une voiture à deux– places électrique avec un réservoir d'éthanol auxiliaire, a été conçue dans l'idée de consommer aussi peu d'énergie que possible. Elle est capable d'atteindre les 1,18 l/100 km sur autoroute et 2,35 l/100 km en ville. Actuellement, il s'agit du premier prototype de voiture dont la carrosserie complète a été créée par fabrication additive.

En analysant les options disponibles, Kor a découvert que la fabrication des panneaux de la carrosserie du prototype en polymère–renforcé de fibre (PRF) ou de fibre de verre impliquerait la fabrication d'un insert à l'échelle 1:1 pour chaque panneau de la carrosserie —, ce qui signifie la réalisation d'un cadre solide en bois ou MDF et son recouvrement avec de la mousse dense que l'on pourrait ensuite sculpter à la main pour lui donner sa forme. Par ailleurs, l'insert pourrait être sculpté à l'aide d'une fraiseuse CNC pour produire une surface plus précise.

“Une carrosserie en fibre de verre aurait été trop longue à réaliser,” a expliqué Kor. “De plus, nous aurions dû réaliser un essai ou compter sur la capacité de la pièce à sortir du moule.”

Après que l'un des concepteurs industriels de KOR’ait parlé à Jim Kor de Stratasys, l'équipe a semblé avoir trouvé la solution. Les conversations avec des représentants de Stratasys ont conduit Jim Kor à penser que tous les composants extérieurs pourraient être créés et collés à l'aide des imprimantes 3D Dimension et des systèmes de production 3D Fortus avec RedEye on Demand (des services de prototypage rapide en interne et de fabrication numérique directe fournis par Stratasys).

Jim Kor et ses collègues ont transformé le modèle informatique scanné de la voiture en neuf panneaux de carrosserie logiques, en réalisant tout d'abord un modèle à l'échelle 1/6 pour vérifier l'adaptation exacte de chaque pièce. Ainsi, l'équipe a pu s'assurer que les grands panneaux ne poseraient aucun problème.

En collaboration avec Stratasys, l'équipe a sélectionné l'ABS en tant que matériau approprié et la fabrication de la voiture a pu commencer. Plusieurs grands panneaux de la carrosserie ont été fabriqués chez Kor quelques semaines après avoir reçu le feu vert. La porte– et les panneaux latéraux à échelle réelle ont d'abord été réalisés. “Il s'agissait de grands panneaux,” déclare Jim Kor. “Les pièces s'ajustaient parfaitement.” Le reste des panneaux de la carrosserie ont été fabriqués et collés par Stratasys.

“Stratasys peut fabriquer un pare-choc et situer le plastique à son emplacement exact,” dit-il. “C'est tellement fort, que c'est’ presque incroyable. C'est bon pour l'environnement, favorise la réduction des coûts, mais sans aucun ’compromis en termes de sécurité. Nous n'avons’ tout simplement pas besoin de mettre du matériau là’où il ne faut pas. La technologie FDM nous a permis de réaliser des changements tout au long de la conception de l'Urbee de manière simple et efficace,” affirme Jim Kor. “Elle nous a également aidés à atteindre nos objectifs environnementaux en éliminant l'usinage, l'outillage et le travail manuel. Le fait de disposer d'un essai pilote sans aucun usinage constitue un grand avantage.”

Jim Kor a été émerveillé par la vitesse de production de la technologie FDM. “Pour disposer de pièces de carrosserie qui prennent des jours ou des semaines, c'est très rapide,” dit-il. “D'autres méthodes prennent des mois.”

Jim Kor sur le collage des pièces FDM de l'Urbee

“Un revêtement–de voiture à échelle réelle a été produit en plastique ABS pour réaliser les tests de fonctionnement du modèle d'Urbee. Certaines pièces trop grandes pour être fabriquées en une seule fois ont été divisées en plusieurs pièces à fabriquer sur la Fortus 900mc. Après leur fabrication, les composants découpés devaient être collés. Nous avons utilisé la méthode de soudure à air chaud. Les pièces découpées ont été fixées à leur emplacement à l'aide de queues d'arondes découpés, d'attaches et de vise-grip. Les sections ont ensuite été soudées par points. Tous les joints externes et les renforts internes ont ensuite été collés à l'aide de la même méthode de soudure à air chaud. Les renforts internes non structurels ont été collés à l'aide d'une colle à solvant — ProWeld. Pour finir la surface externe afin de réaliser des tests de fonctionnement et esthétiques, les soudures ont été polies et lissées.”

Collage des pièces PolyJet

Les capacités’ de surmoulage offertes par Objet ont largement contribué à réduire la réalisation de maquettes des produits par collage des pièces moulées. Cependant, dans certains cas, le collage est nécessaire pour créer une pièce plus grande que le plateau de fabrication ou pour combiner des pièces imprimées en 3D avec d'autres composants. Heureusement, les pièces imprimées en 3D à base de photopolymères PolyJet peuvent être collées facilement et rapidement, à l'aide d'une colle ordinaire peu onéreuse.

Pour les modèles plus importants, la conception peut être divisée en plusieurs pièces pour l'impression 3D, à l'aide d'un outil de découpage logiciel qui permet de s'assurer qu'elles peuvent être assemblées avec précision. Les pièces peuvent être assemblées à l'aide de colle instantanée, ou d'une colle qui requiert un activateur peut aider à contrôler le temps de collage et permettre un repositionnement.

Pièces imprimées au préalable pour le collage

Lors de l'impression de pièces de grandes dimensions, il est possible de diviser votre conception en plusieurs pièces, puis de la coller pour créer un assemblage complet. Cela peut être fait à l'aide d'un logiciel de CAO, avant d'achever la conception, ou avec un logiciel de manipulation de fichiers STL après la fin de la conception CAO. Pour coller plusieurs pièces ensemble, il convient de respecter les observations suivantes :

  • Trouver un moyen facile d'assembler les pièces avec précision.
  • Conserver les propriétés dimensionnelles des pièces collées, conformément à la conception CAO.

L'outil de découpage logiciel Magics constitue un moyen simple et intuitif de coller plusieurs pièces dans le respect de ces indications Ill propose différentes options. La procédure suivante est recommandée lors de l'utilisation de cet outil logiciel :

  1. Orienter la pièce afin qu'elle coïncide avec la configuration naturelle de la pièce (c'est-à-dire, vue de face, vue arrière, vue de gauche, etc.). Ainsi, vous disposez d'une vision claire de l'endroit où doit être réalisée la ligne de découpe par rapport à la pièce.
  2. Dessinez la ligne de découpe. Il est conseillé de commencer à partir d'un point situé hors du corps de la pièce et de finir en un point à l'opposé, créant ainsi une ligne droite traversant la pièce.
  3. Il est possible de choisir entre un triangle (le plus adapté aux pièces collées), un carré (le plus adapté aux moules), un puzzle ou une coupe– définie par l'utilisateur. Vous pouvez également définir la taille et l'offset du type de coupe.
  4. Il convient de s'assurer d'ajouter un espace entre les pièces découpées. Ainsi, l'espace est suffisant pour la colle et on s'assure que la pièce finale conserve les propriétés dimensionnelles prévues lors de la conception. Il convient de signaler que la valeur de l'espacement dépend du type de colle utilisée et que la valeur recommandée par défaut est de 0,1 mm. Deux fichiers STL séparés sont créés lorsque l'opération de découpe est achevée. Ils peuvent ensuite être imprimés sans soucis sur le plateau.

Traitement ultérieur des pièces pour le collage

La procédure suivante est recommandée avant le collage des pièces :

  1. Après l'impression des pièces, nettoyez les pièces à l'aide du dispositif à jet d'eau.
  2. Une fois propres, plongez les pièces dans une solution de NaOH à 2 % diluée dans de l'eau pendant 20 à 40 minutes. Retirez ensuite tous les résidus du support.
  3. Lavez à nouveau avec de l'eau
  4. Laissez sécher les pièces à l'air libre ou utilisez de l'air sous comprimé pour accélérer le séchage.

Types de colles recommandés

Les types de colle les plus utilisés par les spécialistes PolyJet sont les super glues (également connues sous le nom de cyanoacrylate). En général, le cyanoacrylate est une résine acrylique qui polymérise rapidement en présence de l'eau (spécifiquement les ions hydroxyde). ALTECO- ACE –D est habituellement utilisée avec un activateur pour contrôler le temps de collage. Un activateur en aérosol peut également être utilisé pour durcir les résidus qui se répandent sur le modèle. Ils peuvent ensuite être poncés, afin de prévenir l'excès de colle sur les pièces.

Pour obtenir un collage instantané, la colle doit être appliquée sur la surface souhaitée, puis diffusée avec l'accélérateur. Pour en savoir plus sur les colles et les accélérateurs, suivez les liens suivants :

Autres types de colles

Pièces rigides

  • LOCTITE 401 – viscosité moyenne
  • Permabond Ultra Fast 792 – temps de séchage ultra rapide, utilisation générale
  • Al-fix – vient avec l'activateur
  • Kleiberit 851.0 – avec un bouchon pour faciliter l'application

Pièces souples

  • Sico Met 8300 et High Speed Accelerator Spray — bon pour les élastomères
  • Permabond Black Magic 737 pour les pièces souples

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