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.

Finishing Touch Smoothing Station : ouvrir le champ des possibilités

Présentation

La gamme des applications de la fabrication additive est étendue et ne cesse de croître. Les matériaux et les processus ont évolué, et l'industrie a donc étendu l'utilisation de la technologie au-delà du prototypage pour la fabrication. Les applications sont très diverses, mais elles posent toutes un dilemme crucial : quel compromis adopter entre la qualité esthétique et la fonctionnalité ? Les technologies de fabrication additive avec les meilleures finitions de surface ont été clairement distinguées de celles offrant la plus grande résistance.

Toute pièce solide, durable et résistante peut virtuellement bénéficier d'une surface lisse et prête à peindre. Cependant, le coût et le temps requis pour le faire peuvent s'avérer prohibitifs, ou les effets sur la précision inacceptables. Par conséquent, par le passé les entreprises ont parfois choisi d'utiliser une option moins durable et résistante pour économiser du temps, de l'argent et préserver les détails de la pièce.

La finition des prototypes, l'usinage des composants ou les pièces finales peuvent être réalisés de plusieurs façons, chacune d'elles ayant un effet différent sur la durée, les coûts et la qualité du travail. L'option la plus commune est de poncer une pièce à la main ou avec des outils électriques. En général, cela fonctionne bien, en particulier pour des pièces d'une taille raisonnable avec peu de détails. Mais, lorsque la pièce présente de nombreuses caractéristiques, de petits détails ou des cavités profondes, le ponçage devient laborieux, long et coûteux. Il faut également tenir compte du fait que le retrait du matériau que la précision dimensionnelle dépend de chaque individu qui travaille sur la pièce.

Entre chaque ponçage, les pièces peuvent être remplies ou apprêtées. Il s'agit d'une technique courante lorsqu'une pièce est préparée pour la peinture, car on obtient ainsi des pièces présentant des finitions très lisses. Le remplissage et l'apprêt contribuent également à préserver la précision dimensionnelle, car les dépressions sont remplies avant de les poncer. Mais cette finition avant la peinture à un coût. Les multiples couches du remplissage et de l'apprêt sont très longues à appliquer et le ponçage de chacune d'elle augmente encore le temps d'exécution. Ainsi, la pièce est plus longue et plus onéreuse à réaliser.

Une autre méthode pour lisser les pièces réalisées en thermoplastiques est de faire “fondre” la surface externe avec un solvant. Il faut appliquer au pinceau sur la surface des pièces du MEK ou ProWeld. Elles peuvent également être plongées dans un bain du matériau. Le solvant provoque la liquéfaction du plastique, lequel s'insère dans les dépressions de la surface. Il présente l'avantage supplémentaire de combler une surface poreuse. Certains inconvénients sont néanmoins évidents. Les petits détails peuvent être déformés, des cavités inaccessibles et les gouttes laisser une marque visible. Il convient également de signaler que les temps de séchage peuvent se prolonger si le solvant doit s'évaporer d'une surface poreuse.

Ce dont l'industrie a besoin, en particulier en ce qui concerne les applications de fabrication numérique directe, c'est d'une technique de finition qui réduise au minimum les cycles et les coûts, tout en délivrant une pièce robuste et fonctionnelle dotée d'une précision élevée et de détails précis.

La FDM et le processus de lissage

Une méthode alternative de finition est à présent disponible pour le traitement des pièces FDM. Avec peu de travail et un cycle de traitement réduit, la Finishing Touch Smoothing Station réalise des prototypes, des outils et des pièces finales présentant une finition prête pour la peinture, la galvanisation ou la production. La Smoothing Station peut délivrer une finition de surface de 32 à 63 microns.

Le succès du processus de lissage a poussé les entreprises à envisager à nouveau l'utilisation de la FDM pour des applications qui ont eu recours à des technologies concurrentes. Dans de nombreux cas, la FDM était la solution préférée, mais le temps et le coût des pièces finies n'étaient pas adaptés à l'application. La Smoothing Station offre à ces entreprises la résistance des pièces FDM avec la qualité de la finition de surface dont elles ont besoin.

La Smoothing Station se compose de deux compartiments : un pour le refroidissement et le séchage, l'autre pour le lissage. Les pièces sont d'abord placées dans le compartiment de refroidissement pour baisser leur température. Elles sont ensuite transférées dans le compartiment de lissage pour y demeurer 10 à 30 secondes. La faible température de la pièce permet à l'agent de lissage de se condenser uniformément sur l'ensemble de la pièce. Ainsi, il s'étend sur la surface de la pièce’ et la lisse pour obtenir une finition de qualité. Laissez sécher pendant 15 à 20 minutes. Poncez légèrement et répétez le cycle si nécessaire. Le ponçage n'est pas nécessaire, mais il fournit le meilleur résultat possible. Le cycle doit être répété si nécessaire, puis les pièces restent dans le compartiment de séchage. Elles sont sèches au toucher en 30 ou 45 minutes. Pour des résultats optimaux, les pièces doivent être séchées pendant 12 ou 18 heures.

En sortant de la Smoothing Station, les pièces présentent une finition brillante. Si l'on préfère une finition mat, le processus de finition est suivi d'un brunissage par grenaillage (parfois appelé sablage). Stratasys recommande d'utiliser un sableur avec : une pression à la buse non >30 psi ou 2 068 bar, des dimensions de 1 016 x 509 x 508 mm (40 x 22 x 22 p). Le brunissage de la surface avec des billes en plastique Polyhard Type III (commandez-les en ligne sur www.ustechnology.com/ stratasys) donne à la pièce une texture uniforme et satinée similaire aux pièces moulées par injection.

Il s'agit d'une méthode inoffensive de finition des pièces FDM et sans contact. Ainsi, les petits détails ne sont pas déformés ou retirés par erreur. Elle préserve également la précision dimensionnelle de la pièce FDM.

Cette conclusion a été confirmée par les études réalisées à l'université du Texas dans le Keck Center pour l'innovation 3D’ d'El Paso. Selon M. Frank Medina, directeur du centre Keck W.M., “la précision de la FDM 400mc est établie à +/- 0,005 p (+/- 0,013 mm). Le processus de lissage ne modifie la pièce que d'environ 0,0009 p (0,023 mm). Cela nous permet de conclure que les changements au niveau de la précision après trois opérations de lissage sont insignifiants.” Une recherche séparée réalisée par l'UTEP, menée par David Espain, Frank Medina, et Ryan Wicker, a montré que la précision dimensionnelle n'est pas fondamentalement affectée par la durée de l'exposition ou le nombre d'expositions. L'équipe a également constaté que 1 heure et 20 minutes est suffisante pour que la pièce soit totalement durcie après sa sortie du compartiment de lissage.

Avec la Smoothing Station, les applications pour lesquelles la texture de la surface est aussi importante que la fonctionnalité de la pièce, le temps et le coût peuvent bénéficier de la FDM. Un lot de pièces FDM courantes peut être traité et prêt pour la peinture en moins de deux heures, avec moins de 15 minutes de travail.

Applications

Les exemples d'applications réelles du processus de lissage couvrent tout le spectre, depuis des échantillons marketing peints jusqu'à la fabrication d'articles finis. Depuis le lancement de la Smoothing Station, l'utilisation des systèmes Fortus pour une gamme d'applications s'est étendue. Grâce au processus de lissage, les entreprises étendent leur utilisation de la FDM à des applications qui exigent des caractéristiques fonctionnelles et de surfaces lisses. Les applications comprennent : 1. La finition des pièces matrices par peinture ou galvanoplastie ; 2. L'usinage de matrices ; 3. Le scellage de pièces pour des applications liquides ; 4. Le thermoformage de moules ; et 5. La fonderie à cire perdue.

Peinture :

Un fabricant automobile de premier plan estime qu'il faut trois jours et 700 000 $ pour préparer un prototype de calandre avant pour la peinture. Pendant trois jours, les travailleurs appliquent du matériau de remplissage, poncent toutes les surfaces, appliquent un apprêt, reponcent toutes les surfaces et appliquent une couche de finition avec un apprêt. La même calandre est lissée et prête à peindre en moins de deux heures. Le contraste est frappant. Le coût total de la main d'œuvre pour le processus de lissage est de &3/4 d'heure et celui des fournitures de 10 $. Les économies en termes de coût et de temps de 90 % sont impressionnantes, mais l'entreprise a constaté que l'avantage principal se situe au niveau du temps de fabrication.

Pour réduire le temps de ponçage manuel de la calandre, l'entreprise automobile doit fabriquer la pièce FDM selon la même orientation que son montage sur une voiture. Elle doit également construire la pièce avec des épaisseurs de coupe réduites. Le lissage élimine ces deux mesures chronophages. En construisant la calandre sur le dos avec des coupes plus épaisses, l'entreprise a réduit les temps de fabrication de plus de la moitié. Cela diminue le coût de la pièce, accélère la livraison et augmente la capacité de la machine. En disposant d'une capacité accrue et de temps d'exécution plus courts, les besoins en externalisation sont moindres, ce qui entraîne une réduction des coûts en prototypes, tout en maintenant les informations sensibles relatives à la conception au sein de l'entreprise.

Un fabricant important de jouets pour’ enfants et d'articles pour bébés estime qu'il peint près de la moitié de toutes les pièces réalisées par fabrication additive pendant une année. La préparation de ces pièces pour la peinture implique le ponçage, le remplissage, l'application d'une couche d'apprêt et un nouveau ponçage. Cette approche allonge les temps d'exécution, occupe de la main-d'œuvre et ajoute des coûts importants à l'opération de prototypage.

Dans le cadre d'une évaluation réalisée par la société, elle a comparé la méthode de finition manuelle et le processus de lissage pour préparer pour la peinture un siège pour enfant. Elle a découvert qu'il était possible de réduire le temps d'exécution et les coûts de plus de 80 %. Alors que le processus de lissage était achevé en deux heures pour un coût inférieur à 40 $, le ponçage et l'application de l'apprêt demandaient six heures de travail et coûtaient plus de 250 $.

Thermoformage :

Un fabricant d'emballages alimentaires a utilisé des outils FDM pour son processus de thermoformage lors de validations de conception. L'avantage de ces outils réside dans leur capacité à être fabriqués poreux, ce qui permet une aspiration par le vide dans l'ensemble de la pièce. Ainsi, la société a pu utiliser les outils FDM dès la fin de la fabrication. Cependant, elle n'a pas utilisé ces outils pour des échantillons marketing, car la surface poreuse était trop grossière.

Les expériences réalisées ont démontré que le processus de lissage permet au moule FDM de remplir deux fonctions. Après la vérification de la conception, le moule FDM est lissé. La finition brillante qui en résulte est idéale pour le thermoformage d'échantillons marketing. Grâce au processus de lissage, la société peut à présent thermoformer des modèles de conception et des échantillons marketing la même journée.

La seule petite limitation du processus de lissage est qu'il scelle la surface de la pièce, ce qui annule un avantage d'un moule de thermoformage FDM. La société a néanmoins découvert qu'elle peut simplement percer le revêtement de la pièce FDM en certains points stratégiques. Le processus de lissage ne pénètre que de 0,010 p (0,25 mm), les techniciens peuvent donc employer un outil pointu pour perforer la surface du moule’.

Galvanoplastie :

les galvanoplastes ont découvert que le processus de lissage remplit deux fonctions essentielles en une seule opération. Le résultat est une livraison plus rapide, un coût réduit et une qualité élevée.

Avant le processus de galvanoplastie, les pièces doivent être lissées et scellées. Les surfaces rugueuses sont visibles sur la pièce galvanisée, et la porosité permet aux solutions de galvanoplastie de pénétrer à l'intérieur. Les processus manuels traditionnels employés pour lisser et sceller les pièces impliquent des temps d'exécution et des coûts de main-d'œuvre supplémentaires. Ils présentent également des variations en termes de qualité et de précision.

Le ponçage des pièces pour atteindre un niveau de lissage approprié pour les surfaces en métal polies prend beaucoup de temps. Il implique également un certain savoir-faire duquel dépend la qualité de la pièce. De la même façon, le scellage de pièces avec un apprêt peut provoquer un manque d'homogénéité dans l'application de l'apprêt et des couches conductrices. Une autre option consiste à plonger les pièces dans du solvant, mais cela peut endommager de petits détails. Le trempage demande également un cycle de séchage très long d'un ou deux jours.

En contraste, le processus de lissage protège les différentes nuances et détails des pièces traitées par galvanoplastie, tout en préservant la cohérence dimensionnelle. Par ailleurs, il réduit la main-d'œuvre et le temps de traitement. Dans la plupart des cas, les pièces sont prêtes pour la galvanoplastie en deux heures.

Fonte :

La fonte au sable ou la fonderie à cire perdue ont adopté la FDM pour accélérer les processus de fabrication de modèles et d'outils. Le seul obstacle majeur empêchant encore de réduire les temps d'exécution pour des fontes de haute qualité restait la finition de la surface. La qualité de la fonte dépend de la qualité du modèle ou de l'outil, par conséquent il est nécessaire d'investir du temps et du travail dans chaque pièce FDM pour finir les surfaces à la main.

Pour la fonderie à cire perdue, la finition manuelle est un processus répétitif, car le modèle FDM est consommé pour chaque fonte de métal. Outre l'impact sur le temps et le coût, le travail à la main sur les modèles ne permet pas de conserver totalement une cohérence dimensionnelle d'une pièce à l'autre. Le processus de lissage répond à ces trois questions en même temps. En un seul lot, la Smoothing Station peut traiter plusieurs modèles FDM en une heure, avec seulement quelques minutes de travail direct. De plus, le lisage est identique pour toutes les pièces, ce qui favorise la cohérence au niveau de la qualité de la surface et une précision dimensionnelle de toutes les pièces.

Les fonderies au sable qui utilisent les modèles FDM pour produire des boîtes de noyaux, des surmoules, des châssis inférieurs et des plaques modèles qui contiennent le sable pour réaliser l'outil de moulage. Les fonderies réaliseront également ces éléments directement sur un système Fortus, éliminant ainsi le besoin de modèles. Qu'il s'agisse d'un modèle ou d'un outil FDM, le processus de lissage réduit le besoin de main-d'œuvre et le temps d'exécution pour délivrer des fontes au sable de production.

Les avantages du processus de lissage sont réellement significatifs dans le cadre de la production de fontes au sable complexes, comme des boîtiers d'engrenages ou des rotules de direction. Une fonderie remarque que les pièces complexes demandent des douzaines de noyaux en sable—chacune, réalisés à partir d'une boîte à noyau différente— afin de reproduire les parcours et cavités internes. La finition manuelle d'une douzaine de boîtes à noyaux implique des jours et d'innombrables heures de travail. En recourant au processus de lissage, la même tâche est effectuée en une fraction du temps nécessaire avec un travail direct nettement réduit. L'intérêt pour la fonderie est une capacité de production accrue associée à une réduction du temps d'exécution.

Conclusion

Les entreprises réduisent les temps d'exécution et les coûts de façon impressionnante lorsqu'elles utilisent la Smoothing Station pour la finition et le scellage des pièces FDM. Indépendamment de la complexité et du nombre de détails, la Smoothing Station crée en quelques heures une finition prête pour la peinture. De plus, elle demande moins d'une heure de travail et des fournitures à hauteur de 10 $.

La Smoothing Station a automatisé radicalement le processus de finition par fabrication additive FDM. Elle élimine le temps, le travail et le coût liés au ponçage, remplissage et apprêtage des pièces, pour obtenir une finition de surface pour les pièces de production, les outils prototypes et les échantillons peints. Ce faisant, la Smoothing Station a éliminé tout compromis entre la qualité esthétique et la fonctionnalité du produit.

Siège d'enfant


Processus

Délais

Coût de la main-d'œuvre

Coûts des fournitures

Ponçage manuel

1,5 jour

USD $240

USD $15

Lissage

2 heures

USD $30

USD $10

ÉCONOMIE

83%

84%

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