Le post-traitement gagne en importance à mesure que le nombre de pièces en 3D

Le post-traitement efficace des pièces imprimées en 3D revêt une importance croissante à mesure que les volumes de production augmentent. Image : ProtoCAM

Soyons réalistes : les pièces sortant de la plupart des imprimantes 3D sont… un peu laides. Il y a des supports à enlever, de la poudre et de la résine à nettoyer, et des surfaces et éléments critiques à usiner. Sans ces opérations secondaires, les pièces imprimées n’ont que peu de valeur.

Comme tout concepteur de pièces vous le dira, la complexité peut être gratuite avec la fabrication additive (FA), mais le post-traitement nécessaire pour rendre sa dernière idée fonctionnelle et esthétique a un coût important.

« Les deux tiers de notre installation sont consacrés aux techniciens et aux équipements de post-traitement ; seul un tiers est consacré à l'impression proprement dite », a déclaré Ed Graham, vice-président de la fabrication additive chez ProtoCAM, un bureau de services à Allentown, en Pennsylvanie. « Et parmi ces techniciens , la durée moyenne d'occupation est de 15 ans. Nous avons beaucoup de chance à cet égard, car il n’y a nulle part où aller si vous avez besoin de personnes possédant ces compétences. Pour moi, l’impression est la partie la plus simple de la fabrication additive. C'est le post-traitement qui est difficile.

Une ligne difficile à biner

Mais qu’est-ce qui rend le post-traitement si difficile, et pourquoi est-il nécessaire en premier lieu ? Les imprimantes laser coûtant plus cher que la plupart des machines-outils CNC (et souvent beaucoup plus) on pourrait penser qu'elles pourraient livrer des pièces prêtes à être utilisées aux heures de grande écoute sans avoir recours à des opérations de nettoyage, de sablage, de grattage et de ponçage à commande humaine.

Pour répondre à ces questions, il est nécessaire de comprendre le processus d'impression 3D. La fabrication additive fonctionne comme son nom l'indique, en ajoutant progressivement du matériau à une pièce, généralement une couche fine comme du papier à la fois. Et tout comme un immeuble de bureaux peut avoir besoin de renforts pour maintenir les murs et les sols stables pendant la construction, de nombreux procédés additifs nécessitent également des supports sous la forme de structures en forme de treillis pour empêcher la pièce en plein essor de s'affaisser ou de se déformer pendant sa production. Ces supports doivent être supprimés après la construction.

Le processus de construction couche par couche crée également un effet de marche d'escalier sur toutes les surfaces de pièces non horizontales. Ces couches nécessitent généralement un certain niveau de lissage une fois que la pièce a quitté la chambre, et les surfaces fonctionnelles peuvent nécessiter un usinage secondaire. Les trous, par exemple, nécessitent souvent un alésage ou un perçage ; les parties filetées doivent être taraudées ou fraisées ; et, en fonction de la taille de la pièce, de sa géométrie et du type de processus additif utilisé, les éléments dont les spécifications dimensionnelles sont inférieures à ± 0,005 pouce environ devront être finis sur un centre d'usinage CNC, un tour, une EDM ou une meuleuse.

Il y a aussi la matière première à considérer. Les pièces extraites d'une imprimante 3D à lit de poudre ressemblent à un gâteau mal cuit, avec des mottes de métal ou de plastique coincées dans ses poches et ses crevasses, tandis que celles qui émergent de la cuve d'une imprimante à base de résine sont souvent un gâchis gluant. Là encore, tout cet excès de poudre ou de résine doit être retiré de la pièce nouveau-née et les restes de matière récupérés pour une utilisation ultérieure.

Les pièces métalliques imprimées – l'une des principales raisons de la croissance significative de la fabrication additive ces dernières années – doivent être découpées de leur plaque de construction, puis traitées thermiquement pour éliminer les contraintes internes générées lors du processus d'impression. À la fin des processus secondaires que nous venons de décrire, les pièces sont souvent peintes, anodisées ou plaquées, tout comme les composants fabriqués de manière soustractive.

De même, les pièces en polymère peuvent être peintes ou plaquées, mais sont souvent teintes selon un processus qui ressemble à la coloration des œufs de Pâques.

Une pièce en résine avant et après post-traitement.

Le besoin de vitesse

Heureusement, les industries de l’usinage et de la fabrication post-traitent les pièces fabriquées depuis des siècles, et pratiquement toutes les méthodes traditionnelles utilisées à cet effet sont tout aussi efficaces sur les composants imprimés en 3D. Mais à mesure que la fabrication additive passe d’une technologie longtemps réservée aux prototypes à un processus de fabrication de pièces d’utilisation finale courant, le défi consiste à faire évoluer et à automatiser ces processus pour prendre en charge la production de masse additive.