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Home » Centre d’apprentissage » Les technologies d’impression 3D » Technologies d’impression 3D : MJF vs SLS
Lorsqu’ils choisissent une technologie d’impression 3D industrielle, l’une des questions les plus fréquentes que se posent les ingénieurs, les concepteurs et les fabricants est la suivante : dois-je choisir le Multi Jet Fusion (MJF) ou le frittage sélectif par laser (SLS) ?
À première vue, ces deux technologies de fabrication additive semblent remarquablement similaires. Elles appartiennent toutes deux à la famille de la fusion sur lit de poudre (PBF), permettent toutes deux de fabriquer des pièces thermoplastiques solides couche par couche et éliminent toutes deux le besoin de structures de support pendant l’impression. Elles sont largement utilisées pour le prototypage fonctionnel, l’outillage, la production en petites séries et la fabrication de pièces finales, dans des secteurs tels que l’automobile, la robotique, les dispositifs médicaux, les biens de consommation, l’aéronautique et les équipements industriels.
Cependant, malgré ces similitudes, les deux technologies reposent sur des procédés de fabrication fondamentalement différents. Le SLS utilise un laser haute puissance pour fusionner sélectivement la poudre polymère, tandis que le HP Multi Jet Fusion utilise des têtes d’impression à jet d’encre pour déposer des agents de fusion, avant que des lampes infrarouges ne fusionnent le matériau. Ces différentes approches influencent la vitesse de production, la régularité dimensionnelle, la disponibilité des matériaux, l’état de surface et l’ensemble du processus de fabrication.
Choisir entre le SLS et le MJF ne revient donc pas simplement à déterminer quelle technologie est « meilleure ». Le meilleur choix dépend des exigences de votre application, notamment des performances mécaniques, du volume de production, du choix des matériaux, de l’apparence de la pièce, des délais et du budget.
Avant de comparer le SLS et le MJF, il est important de comprendre la famille de procédés de fabrication à laquelle ils appartiennent tous deux : la fusion sur lit de poudre (Powder Bed Fusion, PBF).
La fusion sur lit de poudre constitue l’une des sept catégories de procédés de fabrication additive définies par la norme ISO/ASTM 52900. Elle désigne les procédés de fabrication dans lesquels une fine couche de matériau sous forme de poudre est étalée sur une plateforme de fabrication, puis fusionnée sélectivement à l’aide d’une source d’énergie contrôlée. Cette opération est répétée couche après couche jusqu’à obtenir un objet tridimensionnel complet.
Contrairement à la fabrication soustractive traditionnelle, où le matériau est retiré d’un bloc solide par usinage, la fusion sur lit de poudre construit les composants en ajoutant du matériau uniquement là où il est nécessaire. Cette fabrication couche par couche réduit considérablement les déchets de matière tout en permettant aux ingénieurs de concevoir des géométries très complexes qui seraient impossibles ou extrêmement coûteuses à réaliser avec des méthodes de fabrication conventionnelles.
L’une des caractéristiques fondamentales des technologies de fusion sur lit de poudre est que la poudre environnante soutient naturellement la pièce imprimée pendant toute la fabrication. Comme la poudre non fusionnée agit comme un support, il n’est pas nécessaire de générer des structures de support supplémentaires, contrairement à des technologies telles que le dépôt de fil fondu (FDM) ou la stéréolithographie (SLA).
Le frittage sélectif par laser (SLS) est l’une des technologies d’impression 3D industrielles les plus matures et les plus largement adoptées aujourd’hui. Développé à la fin des années 1980, le SLS est devenu une référence pour la fabrication de pièces thermoplastiques solides, précises et hautement fonctionnelles, aussi bien pour le prototypage que pour la production.
Contrairement aux technologies d’impression 3D à base de filament, le SLS n’extrude pas de plastique fondu à travers une buse. Il utilise plutôt un laser haute puissance pour fusionner sélectivement de minuscules particules de poudre polymère, en construisant le composant couche par couche directement à partir d’un modèle CAO numérique.
Cette technologie appartient à la famille de la fusion sur lit de poudre, car chaque nouvelle couche commence par le dépôt d’une fine couche de poudre sur la plateforme de fabrication. Là où le laser passe, les particules de poudre se lient pour former une section solide de la pièce finale. La poudre environnante reste libre et soutient les porte-à-faux ainsi que les géométries complexes pendant toute la fabrication.
Cette méthode de fabrication unique permet aux ingénieurs de concevoir des pièces sans avoir à se préoccuper des structures de support, offrant ainsi une liberté géométrique difficile à atteindre avec les procédés de fabrication traditionnels.
Bien que la pièce finale puisse sembler simple, le procédé de fabrication SLS repose sur une séquence soigneusement contrôlée d’opérations thermiques et mécaniques qui garantissent une grande précision dimensionnelle et d’excellentes performances des matériaux.
Le processus de fabrication commence par un modèle 3D CAO créé à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur.
Ce modèle est exporté au format STL ou 3MF avant d’être importé dans le logiciel de préparation de fabrication, où la pièce est orientée et découpée en centaines, voire en milliers de couches individuelles.
Chaque couche représente une section transversale qui sera fabriquée successivement.
Avant le début de l’impression, la chambre de fabrication est chauffée à une température juste inférieure au point de fusion du polymère sélectionné.
Cette phase de préchauffage joue un rôle essentiel dans le processus de fabrication. En portant la poudre à proximité de sa température de fusion, le laser nécessite beaucoup moins d’énergie pour fusionner les particules. Cela réduit les gradients thermiques, améliore l’adhésion entre les couches, limite les contraintes internes et contribue à réduire les déformations pendant la production.
Le maintien d’un environnement thermique stable est essentiel pour produire des pièces dimensionnellement précises avec des propriétés mécaniques constantes.
Une fois que la chambre a atteint la température requise, un racleur (recoater) étale une fine couche uniforme de poudre polymère fraîche sur la plateforme de fabrication.
Pour la plupart des matériaux SLS, cette couche mesure entre 100 et 120 microns, soit approximativement l’épaisseur d’un cheveu humain.
L’uniformité du dépôt des couches est essentielle pour garantir une densité constante, une bonne précision dimensionnelle et des performances mécaniques homogènes sur l’ensemble de la fabrication.
Un laser CO₂ haute puissance balaie ensuite le lit de poudre en fonction de la géométrie découpée en couches.
Seules les zones correspondant au modèle numérique reçoivent l’énergie du laser. Les particules de poudre situées dans ces zones fusionnent pour créer une couche solide, tandis que la poudre environnante reste libre.
Comme le laser ne balaie que la géométrie nécessaire, des cavités internes complexes, des structures en treillis, des mécanismes à encliquetage et des canaux fermés peuvent être fabriqués sans supports supplémentaires.
Une fois qu’une couche est terminée, la plateforme de fabrication descend de l’épaisseur correspondant à une couche.
Une nouvelle couche de poudre est déposée sur la surface et le laser répète le processus.
Cette séquence se poursuit des centaines ou des milliers de fois jusqu’à ce que le composant complet soit fabriqué.
La pièce terminée reste entièrement intégrée dans le lit de poudre environnant pendant toute la fabrication.
Après l’impression, la fabrication ne peut pas simplement être retirée de la machine.
L’ensemble du lit de poudre doit refroidir progressivement pendant plusieurs heures.
Cette phase de refroidissement contrôlé est essentielle, car les polymères se rétractent lorsqu’ils refroidissent. Un refroidissement trop rapide générerait d’importantes contraintes internes susceptibles d’entraîner des déformations, des fissures ou des imprécisions dimensionnelles.
Bien que cette étape augmente la durée totale de production, elle joue un rôle majeur dans l’excellente stabilité dimensionnelle obtenue avec les systèmes SLS industriels.
Une fois refroidi, le module de fabrication est retiré de l’imprimante et les pièces sont soigneusement extraites de la poudre environnante non fusionnée.
La poudre restante est retirée à l’aide d’air comprimé, de brosses ou d’équipements spécialisés de dépoudrage.
Selon l’application, les pièces peuvent ensuite subir différentes opérations de post-traitement, notamment :
Ces procédés de finition améliorent l’esthétique, l’état de surface et les performances fonctionnelles tout en préparant la pièce à son application finale.
Le Multi Jet Fusion (MJF) est une technologie avancée d’impression 3D industrielle développée par HP pour fabriquer des pièces thermoplastiques de haute qualité offrant une excellente précision dimensionnelle, des propriétés mécaniques homogènes et une productivité élevée. Depuis son introduction en 2016, le MJF est rapidement devenu l’une des principales technologies de fabrication additive pour le prototypage fonctionnel, la fabrication intermédiaire et la production en petites et moyennes séries.
Comme le frittage sélectif par laser (SLS), le Multi Jet Fusion appartient à la famille des technologies de fabrication additive par fusion sur lit de poudre (PBF). Les deux procédés fabriquent les pièces couche par couche à partir de poudre polymère et éliminent le besoin de structures de support grâce à la poudre environnante non fusionnée.
La principale différence réside dans la manière dont chaque couche est fusionnée.
Au lieu d’utiliser un laser pour scanner individuellement chaque section transversale, le Multi Jet Fusion utilise un ensemble de têtes d’impression à jet d’encre haute précision pour déposer des agents chimiques fonctionnels sur le lit de poudre. L’ensemble de la couche est ensuite exposé à une énergie infrarouge qui fusionne sélectivement uniquement les zones où l’agent de fusion a été appliqué.
Cette approche permet au MJF de fusionner une couche entière en un seul passage au lieu de suivre chaque contour avec un laser. La technologie offre ainsi une excellente productivité tout en maintenant une remarquable régularité dimensionnelle sur l’ensemble du volume de fabrication.
Bien que le MJF et le SLS fabriquent tous deux des pièces à partir de poudre polymère, leur processus d’impression diffère considérablement. Au lieu de s’appuyer sur un laser pour fusionner sélectivement la poudre, le Multi Jet Fusion combine technologie jet d’encre, gestion thermique et énergie infrarouge pour construire chaque couche.
Examinons le processus complet de fabrication.
Comme tout procédé industriel de fabrication additive, le Multi Jet Fusion commence par un modèle CAO tridimensionnel.
La conception est exportée au format STL ou 3MF avant d’être importée dans le logiciel de préparation de fabrication de HP. À cette étape, les ingénieurs déterminent l’orientation optimale des pièces, organisent plusieurs composants dans le volume de fabrication et génèrent les différentes couches qui seront fabriquées.
Comme le MJF ne nécessite pas de structures de support, de nombreuses pièces différentes peuvent souvent être imbriquées efficacement dans une même fabrication, ce qui maximise la productivité de la machine.
Avant le début de l’impression, la machine chauffe le lit de poudre jusqu’à une température proche de la température de fusion du matériau sélectionné.
Le maintien d’un environnement thermique soigneusement contrôlé est essentiel pour garantir une fusion uniforme sur l’ensemble de la fabrication. En réduisant la différence de température entre la poudre déposée et la source d’énergie, les contraintes thermiques sont minimisées, ce qui améliore la stabilité dimensionnelle et réduit le risque de déformation.
Ce chauffage contrôlé contribue également à l’excellente répétabilité pour laquelle le MJF est reconnu.
Un racleur étale uniformément une fine couche de poudre thermoplastique fraîche sur la plateforme de fabrication.
Le Multi Jet Fusion utilise généralement des couches de 80 microns, ce qui permet de produire des détails très fins tout en conservant des temps de fabrication courts.
L’uniformité du dépôt de poudre est essentielle pour obtenir une densité constante, une excellente qualité de surface et des propriétés mécaniques fiables.
C’est à ce stade que le Multi Jet Fusion se distingue fondamentalement du frittage sélectif par laser.
Au lieu de scanner la poudre avec un laser, les têtes d’impression industrielles à jet d’encre se déplacent au-dessus du lit de poudre et déposent sélectivement deux agents chimiques différents.
L’agent de fusion est déposé partout où un matériau solide doit être créé.
Ce liquide sombre absorbe l’énergie infrarouge beaucoup plus efficacement que la poudre environnante. Lors de l’étape suivante, ces zones chauffent rapidement et fusionnent pour former la nouvelle couche solide du composant.
Un second liquide, appelé agent de finition, est déposé autour des contours de la géométrie imprimée.
Plutôt que de favoriser la fusion, l’agent de finition contribue à contrôler la diffusion de la chaleur en limitant la propagation de l’énergie thermique au-delà des limites prévues. Cela améliore la définition des contours, la netteté des angles, les petits détails et la précision dimensionnelle globale.
La combinaison de ces deux agents permet au HP Multi Jet Fusion d’obtenir un niveau de détail exceptionnel tout en maintenant des vitesses de production élevées.
Une fois les deux agents déposés, des lampes infrarouges passent au-dessus de la zone de fabrication.
Seules les zones recouvertes d’agent de fusion absorbent suffisamment d’énergie infrarouge pour faire fondre et fusionner les particules de polymère.
La poudre environnante reste libre et non fusionnée, soutenant naturellement le composant pendant l’impression.
Comme l’énergie infrarouge est appliquée sur toute la surface de fabrication plutôt que de suivre des trajectoires individuelles de balayage laser, chaque couche peut être traitée avec une grande efficacité.
Cette stratégie de fusion à l’échelle de la couche constitue l’une des principales raisons pour lesquelles le Multi Jet Fusion est reconnu pour son excellente productivité dans la fabrication industrielle.
Une fois une couche terminée, la plateforme de fabrication descend de l’épaisseur correspondant à une couche.
Une nouvelle couche de poudre est étalée sur la surface, les têtes d’impression déposent les agents fonctionnels et les lampes infrarouges fusionnent à nouveau la géométrie requise.
Cette séquence est répétée des centaines, voire des milliers de fois, jusqu’à ce que tous les composants présents dans la fabrication soient terminés.
Comme la poudre non fusionnée soutient chaque élément pendant tout le processus, les ingénieurs peuvent concevoir des canaux internes complexes, des structures en treillis légères, des systèmes à encliquetage et des mécanismes fermés sans avoir besoin de matériau de support.
Comme pour le SLS, les pièces fabriquées en Multi Jet Fusion ne peuvent pas être retirées immédiatement après l’impression.
L’ensemble du module de fabrication doit refroidir progressivement dans un environnement contrôlé avant le déballage.
Un refroidissement lent réduit les gradients thermiques au sein de la pièce et contribue à préserver sa précision dimensionnelle tout en minimisant les contraintes internes qui pourraient autrement provoquer des déformations.
Bien que le refroidissement contribue de manière significative à la durée totale de production, il est essentiel pour produire des composants industriels de qualité constante et reproductible.
Après refroidissement, le module de fabrication est transféré vers la station de déballage.
Les opérateurs retirent soigneusement la poudre environnante non fusionnée à l’aide d’air comprimé, de systèmes d’aspiration ou d’équipements spécialisés de dépoudrage.
La poudre inutilisée est récupérée, mélangée à de la matière vierge selon des taux de renouvellement validés, puis réutilisée dans de futures productions, ce qui contribue à améliorer l’efficacité des matériaux et à réduire les déchets.
Selon l’application, les pièces finies peuvent ensuite subir différentes opérations de post-traitement, notamment :
Ces opérations de finition améliorent à la fois l’apparence et les performances fonctionnelles du composant final.
Bien que le frittage sélectif par laser et le Multi Jet Fusion puissent produire des pièces visuellement similaires, leurs principes de fabrication sont fondamentalement différents.
La distinction la plus évidente concerne la source d’énergie. Le SLS repose sur un laser haute puissance qui balaie et fritte sélectivement chaque couche de poudre, tandis que le MJF utilise des têtes d’impression industrielles à jet d’encre pour déposer des agents fonctionnels avant que des lampes infrarouges ne fusionnent les zones sélectionnées.
Cette différence influence plusieurs aspects du processus de fabrication.
Dans le SLS, le laser doit suivre physiquement chaque contour et chaque élément interne de la pièce. À mesure que la complexité de la pièce augmente, la trajectoire de balayage du laser s’allonge, ce qui peut avoir un impact sur la durée de fabrication. À l’inverse, le MJF traite chaque couche en appliquant les agents sur toute la surface de fabrication avant d’exposer la couche entière à l’énergie infrarouge, ce qui rend le procédé très productif quelle que soit la complexité géométrique.
Les deux technologies diffèrent également par leurs écosystèmes de matériaux. Le SLS est disponible commercialement depuis plusieurs décennies et prend en charge l’une des gammes les plus larges de matériaux polymères, notamment le PA12, le PA11, les nylons chargés en verre, les matériaux renforcés en fibres de carbone, les polymères antistatiques (ESD), les composites chargés en aluminium et les TPU flexibles. Le MJF, bien qu’offrant une sélection de matériaux plus réduite, propose une gamme en développement comprenant notamment le PA12, le PA11, le polypropylène (PP) et le TPU, tous optimisés pour la plateforme de fabrication HP.
Une autre différence concerne la constance des propriétés mécaniques. Grâce à sa gestion thermique hautement contrôlée et à son procédé de fusion à l’échelle de la couche, le Multi Jet Fusion est souvent reconnu pour produire des pièces présentant des propriétés mécaniques très homogènes sur l’ensemble du volume de fabrication. Le SLS offre également d’excellentes performances, mais peut présenter une variation légèrement plus importante en fonction de l’orientation de la pièce, de sa géométrie et de son historique thermique.
Enfin, l’aspect esthétique peut légèrement varier entre les deux procédés. Les pièces SLS brutes présentent généralement un aspect légèrement plus clair et granuleux, tandis que les pièces MJF ont généralement une apparence grise caractéristique due à l’agent de fusion utilisé lors de la fabrication. Les deux technologies peuvent toutefois être améliorées grâce à des opérations de post-traitement telles que la teinture, le polissage, la peinture ou le lissage chimique, afin d’obtenir des composants finis de haute qualité.
| DISPONIBLE CHEZ | MODULE DE YOUNG | RÉSISTANCE À LA TRACTION | ALLONGEMENT À LA RUPTURE | TEMPÉRATURE DE FUSION | DURETÉ SHORE | ESSAI DE RÉSILLIENCE CHARPY AVEC ENTAILLE | ESSAI DE RÉSILIENCE CHARPY SANS ENTAILLE | HDT B (0,45 MPa, DRY) | CERTIFICATIONS | ||
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| Technologie SLS | PA12 |
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1700 ± 150 MPa | 45 ± 3 MPa | (X-Y) 11% - (Z) 3-9% | min. 172°C, max. 180°C | 75 ± 2 D | 4,8 ± 0,3 kJ/m² | - | - | Food assessment REACH |
| PA12 Gris GF | 3200 MPa | 51 MPa | 9% | 185 - 188 °C | 80 D | - | - | - | - | ||
| PA2210 FR | 2500 (dry) MPa 2400 (cond) MPa | 46 (dry) MPa 43 (cond) MPa | 4% (dry) 7% (cond) | 185°C | - | - | - | - | Blue card UL-94V-0 | ||
| Ultrasint® TPU 88A | 75 MPa | 8 MPa | X: 270% Z: 130% | 120 - 150 °C | 88 - 90 A | No break | - | - | Biocompabilité | ||
| Ultrasint® PA11 | XY: 1750 MPa Z: 1800 MPa (dry) | XY: 52 MPa Z: 54 MPa (dry) | XY: 28% Z: 24% (dry, 23°C) | 203°C | - | XY: 5.1 MPa Z: 3.9 MPa (dry) | XY: 184 MPa Z: 85 MPa (dry) | 176°C | Food contact Biocompatibility | ||
| Ultrasint® PA11 ESD | XY: 3150 MPa Z: 2150 MPa (dry) | XY: 65 MPa Z: 55 MPa (dry) | XY: 20% Z: 23% (dry, 23°C) | 204°C | - | XY: 6.6 MPa Z: 4.7 MPa (dry) | XY: 80 MPa Z: 90 MPa (dry) | 176°C | - | ||
| Ultrasint® PA11 CF | XY: 5900 MPa Z: 2500 MPa (dry) | XY: 82 MPa Z: 55 MPa (dry) | XY: 7% Z: 11% (dry) | 202°C | - | XY: 6.4 MPa Z: 4.7 MPa (dry) | XY: 54 MPa Z: 33 MPa (dry) | 189°C | - | ||
| PA12 Bleu | - | XY / Z: 46 / 40 MPa | XY / Z: 30 / 3,5 % | 100°C pour 15 minutes ou 70°C pour 2 heures | - | - | - | - | Déclaration de conformité valable sur demande | ||
| PA12 GF |
|
4068 MPa | 26 MPa | 1,4 % | 185 - 188 °C | 77 D | 41 J/m | 123 J/m | 179°C | Fiche sécurité | |
| DISPONIBLE CHEZ | MODULE DE YOUNG | RÉSISTANCE À LA TRACTION | ALLONGEMENT À LA RUPTURE | TEMPÉRATURE DE FUSION | DURETÉ SHORE | ESSAI DE RÉSILLIENCE CHARPY AVEC ENTAILLE | ESSAI DE RÉSILIENCE CHARPY SANS ENTAILLE | HDT B (0,45 MPa, DRY) | CERTIFICATIONS | ||
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| Technology MJF | PA12 |
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XY: 1700 MPa Z: 1900 MPa | 50 MPa | XY: 17% Z: 9% | - | - | - | - | - | Biocompatibility PAHs certificate RoHS/REACH UL94 and UL746A |
| PA12 S | 1700 MPa | 43-45 MPa | 12% | - | - | - | - | - | - | ||
| Polypropylène | 1600 MPa | 29 MPa | X/Y: 20% Z: 14% | - | - | - | - | 100°C | - | ||
| Ultrasint® TPU01 | 85 MPa | XY: 9 MPa Z: 7 MPa | XY: 280% Z: 150% | 120-150°C | 88 - 90 A | No break | - | - | Biocompatibility | ||
| PA11 | XY: 1700 MPa Z: 1800 MPa | 54 MPa | XY: 40% Z: 25% | - | - | - | - | - | Biocompatibility | ||
| PA12 FR |
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XY: 2580 MPa Z: 2540 MPa | 46 MPa | XY: 4.7% Z: 4% | - | 2.7–2.8 kJ/m² (Izod) | - | - | 172°C | Fiche produit | |
| PA12 GB | XY: 2800 MPa Z: 2900 MPa | 30 MPa | XY: 6.5% Z: 5.5% | 186°C | 2.7 kJ/m² (Izod) | - | - | 173°C | Fiche produit | ||
Choisir la bonne technologie d’impression 3D ne représente qu’une partie de l’équation. Sélectionner le bon partenaire de fabrication est tout aussi important pour garantir que vos pièces répondent à vos attentes en matière de qualité, de répétabilité, de délais de production et d’accompagnement technique.
Chez Sculpteo, nous combinons des équipements de qualité industrielle, une expertise en ingénierie et un processus de fabrication entièrement numérique afin d’aider les entreprises à accélérer le développement de leurs produits et à augmenter leur production en toute confiance.
Que vous ayez besoin d’un prototype unique, d’une petite série de production ou de milliers de pièces finales, notre plateforme de fabrication vous permet de passer facilement de la conception à la production.
Le SLS et le MJF permettent d’imprimer des pièces avec une précision similaire. La précision et la qualité de votre pièce imprimée en 3D dépendent de nombreux facteurs, tels que la conception de votre modèle et le matériau choisi. Cependant, ces deux technologies de fabrication additive offrent une excellente qualité d’impression et un haut niveau de précision.
Avec le SLS, vous avez accès à une gamme plus large de matériaux et d’options de finition. Cependant, la technologie MJF évolue rapidement et propose désormais d’excellentes alternatives, de plus en plus comparables aux possibilités offertes par le SLS.
La technologie MJF permet généralement de produire des pièces plus rapidement que la technologie SLS.
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