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Le guide complet du SLS (Selective Laser Sintering) ou Frittage Selectif Laser

Introduction

La large gamme de matériaux d’impression 3D et ses excellentes propriétés mécaniques rendent la technologie de frittage sélectif par laser (SLS) attrayante pour les entreprises. Découvrez ce qu’est le frittage sélectif par laser, parfois appelé impression 3D SLS. Apprenez-en plus sur le fonctionnement de l’impression 3D SLS et sur les avantages de cette technologie pour aider votre entreprise, que ce soit pour le prototypage rapide ou la fabrication en séries.

Qu'est-ce que la technologie d'impression 3D SLS ?

Le SLS (Selective Laser Sintering) est une méthode de fabrication additive. Cette technique crée des pièces de manière additive en frittant de fines particules de poudre de polymère pour les fusionner localement. Votre pièce en plastique sera ainsi créée couche par couche, selon votre modèle 3D.

Maintenant, un peu d’histoire ! L’impression 3D SLS est l’une des premières techniques de fabrication additive. Il a été créé dans les années 1980 à l’Université du Texas à Austin par le Dr Carl Deckard et le Dr Joe Beaman. Pour construire les technologies de fusion sur lit de poudre que nous connaissons aujourd’hui, les techniques de fabrication qu’ils ont développées ont dû être modifiées pour fonctionner avec divers matériaux d’impression 3D, notamment les plastiques, les métaux, le verre, la céramique et différentes poudres de matériaux composites.

Comment l'impression 3D SLS fonctionne-t-elle ?

Le SLS (Selective Laser Sintering) est une méthode de fabrication additive. Il crée des pièces de manière additive en frittant de fines particules de poudre de polymère pour les fusionner localement. 

Plongeons plus en détail pour comprendre cette technique de fabrication numérique directe. Pour simplifier l’élévation par le laser de la température des régions choisies jusqu’au point de fusion, la machine SLS préchauffe le matériau en poudre en vrac dans le lit de poudre juste en dessous de son point de fusion pendant le processus d’impression 3D. Une couche de poudre de polymère sera appliquée avec un rouleau, suivie du frittage laser de la poudre par le fichier 3D (généralement un fichier STL) et la plate-forme de construction s’abaisse avant qu’une nouvelle couche de poudre ne soit appliquée. Jusqu’à ce que la pièce souhaitée soit produite, le processus sera répété.

Le SLS (Selective Laser Sintering) est une méthode de fabrication additive. Il crée des pièces de manière additive en frittant de fines particules de poudre de polymère pour les fusionner localement. Votre pièce en plastique sera créée couche par couche, selon votre modèle 3D.

Le frittage sélectif par laser (SLS), contrairement à d’autres techniques de fabrication additive comme la stéréolithographie (SLA), la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) ou la fabrication de filaments fondus (FFF), ne nécessite pas de structures de support car la poudre fonctionne comme un matériau autoportant . Cela permet de créer des géométries complexes.

1 – Préparer votre fichier 3D

La première étape pour démarrer votre processus d’impression 3D consiste à créer un modèle 3D numérique de la pièce que vous devez créer physiquement. Vous pouvez le faire en utilisant un logiciel de modélisation 3D pour créer votre objet. Découvrez notre sélection de logiciels de CAO gratuits pour développer votre projet.

La préparation de votre fichier 3D pour l’impression 3D avec SLS est cruciale ; vous devez créer un fichier 3D imprimable. En tant que service d’impression 3D, nous voyons beaucoup de projets d’impression 3D uniques, mais nous voyons aussi beaucoup d’erreurs rendant certains fichiers non imprimables. Il est possible que votre fichier soit imprimable mais votre pièce peut se casser en un rien de temps, se déformer ou ne pas sortir de l’imprimante 3D comme prévu. 

2- Préparer l’imprimante 3D SLS pour l’impression 

Si vous possédez votre propre imprimante 3D SLS, un opérateur doit préparer l’imprimante ; les paramètres diffèrent selon le système. La plupart des systèmes SLS conventionnels impliquent une préparation, un équipement et un travail physique importants.

Si vous ne possédez pas votre propre imprimante 3D SLS, vous pouvez utiliser un service d’impression 3D en ligne tel que Sculpteo et toute préparation technique sera effectuée pour vous par nos opérateurs.

3- Le procédé d’impression 3D

Une fois toutes les vérifications préalables à l’impression effectuées, l’imprimante est prête à imprimer. Selon la taille, la complexité et la densité des pièces, le processus SLS peut prendre de quelques heures à quelques jours.

La chambre de construction doit refroidir rapidement à l’intérieur de l’enceinte d’impression une fois l’impression terminée avant de redémarrer. Après cela, la chambre de construction peut être retirée et une nouvelle placée pour exécuter un autre modèle. La chambre de construction doit refroidir avant le post-traitement pour garantir d’excellentes propriétés mécaniques et éviter tout gauchissement.

4- Le post-process

Si nous le comparons à d’autres méthodes d’impression 3D, SLS nécessite le moins de temps et d’efforts pour le post-traitement. Les pièces SLS ne nécessitent pas de support, ce qui facilite la mise à l’échelle et la production de lots de pièces cohérents.

Un opérateur retire les composants finis de la chambre de construction une fois qu’un travail d’impression est terminé, les sépare et élimine toute poudre supplémentaire. Cette procédure est effectuée manuellement à l’aide d’air sous pression ou d’un média blaster.

D’autres post-processus peuvent ensuite être appliqués aux pièces imprimées en 3D, comme le polissage, la teinture, et bien d’autres

Pour quelles applications la technologie SLS est-elle utilisée ?

Si vous souhaitez améliorer votre processus de développement de produits, le frittage sélectif par laser (SLS) est une excellente option. Étant donné que cette technologie d’impression 3D présente de nombreux avantages pour les concepteurs et les ingénieurs, cela pourrait être une excellente occasion d’essayer des conceptions et des processus de fabrication efficaces pour vos projets !

Le processus de frittage laser sélectif offre de nombreux matériaux d’impression 3D différents vous permettant de choisir les propriétés des matériaux qui correspondent le mieux à vos projets. Outils médicaux, biens de consommation, drones, robotique, machines spécialisées, technologie orthopédique, établissements d’enseignement, gabarits, luminaires ou même articles promotionnels : l’impression 3D peut vous aider avec ces derniers et bien d’autres. La technique de fabrication additive permet de produire toutes les pièces dont vous aurez besoin, du prototypage fonctionnel à la production de masse.

  • Prototypage rapide

SLS est un allié parfait pour votre processus de prototypage rapide. Comme cette technique permet de produire des pièces proches de la qualité d’utilisation finale, avec un degré élevé de liberté de conception précieuse et saine, elle est idéale pour le prototypage fonctionnel. Vous serez en mesure de produire des modèles conceptuels et des pièces prêtes à être testées. Avec SLS, des conceptions compliquées peuvent être prototypées.

Des technologies telles que FDM ou SLA, utilisant de petites imprimantes 3D, fourniront des pièces avec un faible niveau de détail ou une grande fragilité. Sinon, des options abordables comme le Nylon PA12 brut offrent un rapport qualité/prix intéressant.

  • Petite série de production

La fabrication additive est plus souvent utilisée pour la production. Le frittage sélectif au laser est une technique passionnante pour produire des pièces d’utilisation finale et représente désormais une alternative sérieuse au moulage par injection pour la production. Il est possible de réaliser des pièces aux formes et géométries complexes, et aux caractéristiques aux propriétés mécaniques intéressantes.

Vous pouvez également ajouter des traitements de surface à vos pièces pour obtenir des résultats fantastiques. Grâce à l’évolution rapide du post-traitement, de nouvelles finitions sortent constamment pour donner l’aspect souhaité à votre projet imprimé en 3D.

Quels matériaux sont disponibles avec le SLS ?

Plusieurs paramètres, notamment les caractéristiques de la poudre telles que la taille et la forme des particules, la densité, la rugosité et la porosité, affectent la qualité des structures imprimées. Les composants à base de poudre utilisés dans le SLS comprennent des polymères tels que les polyamides (PA), le polystyrène (PS), les élastomères thermoplastiques (TPE) et les polyaryléthercétones (PAEK). En raison de leur comportement de frittage parfait en tant que thermoplastique semi-cristallin, les polyamides sont les matériaux SLS les plus souvent utilisés, produisant des composants aux qualités mécaniques souhaitées.

Le service d’impression 3D en ligne de Sculpteo propose une grande variété de matériaux imprimés par Frittage Laser Sélectif pour le prototypage fonctionnel et la production finale. Voici tous les matériaux d’impression industrielle que nous proposons avec SLS :

  • Nylon PA12: Un matériau versatile et populaire avec la technologie SLS.
Nylon PA12
Nylon PA11 12

Nylon Glass Filled

  • Alumide: Un mélange de poudre de polyamide et de fines particules d’aluminum. 

Alumide

  • Ultrasint® PA11 CF: Un matériau bio-dérivé avec une résistance à l’impact et une rigidité élevées. 

  • Ultrasint® PA11 ESD: Un autre matériau PA11 avec des propriétés de décharge électrostatique pour une sécurité de processus accrue dans les applications avancées.

  • Ultrasint® PA6 MF: Un PA6 renforcé alliant une résistance thermique supérieure à une grande rigidité isotrope.

Quelles sont les différentes imprimantes 3D disponibles ?

Une large gamme de machines d’impression 3D SLS est disponible sur le marché. Voici quelques-unes des imprimantes 3D à frittage sélectif par laser les plus utilisées.

  • EOS Formiga
  • Prodways Propmaker
  • Sinterit
  • Formlab Fuse

Cependant, ces imprimantes 3D industrielles sont chères (de 20 000$ à 650 000$). Si vous n’êtes pas prêt à investir dans un équipement aussi vital pour réaliser vos premiers projets d’impression 3D, prototypes ou petites et moyennes séries, vous pouvez bénéficier d’un service d’impression 3D pour obtenir vos pièces SLS.

Quels sont les avantages de l'impression 3D avec le frittage sélectif par laser ?

Il y a très peu d’inconvénients lorsqu’il s’agit d’utiliser le frittage laser sélectif. Cette technologie d’impression 3D offre une flexibilité avec une large gamme de matériaux. Parmi les avantages SLS les plus courants, vous trouverez :

  • Liberté de conception

Avec le frittage laser sélectif, vous pouvez repousser les limites de la production à l’aide de cette technologie, et vous ne serez pas limité par les limites structurelles et de conception des méthodes de fabrication conventionnelles. Vos pièces peuvent être modifiées pour répondre aux besoins et spécifications de votre entreprise.

SLS est capable de créer des pièces aux géométries complexes. À cet égard, le processus vous permet de créer des pièces aux conceptions complexes qui auraient pu être difficiles ou impossibles à fabriquer par les méthodes de fabrication traditionnelles. De plus, un avantage clé de l’impression 3D SLS est qu’elle ne nécessite aucune structure de support. En effet, avec les techniques d’impression 3D SLA ou FDM, un accompagnement peut être nécessaire, ce qui n’est pas le cas avec les technologies à lit de poudre.

  • Fabrication rapide

La fabrication rapide est l’un des avantages les plus intéressants du processus de frittage sélectif par laser (SLS). Les techniques de fabrication traditionnelles, telles que le moulage par injection, ne peuvent pas rivaliser avec les délais courts que ces machines SLS peuvent fournir. L’utilisation de SLS vous permettra d’itérer ou de créer des pièces à la demande en peu de temps.

  • De bonnes propriétés mécaniques

Les pièces fabriquées avec cette technologie ont de bonnes propriétés mécaniques, ce qui les rend idéales pour les pièces fonctionnelles et les prototypes. SLS est capable de créer des pièces à haute résistance et durabilité. Par exemple, voici quelques spécifications de notre matériau le plus polyvalent, le Nylon PA12 :

Module de traction (N/mm2) : 1700 ± 150

Résistance à la traction (N/mm2) : 45 ± 3

Allongement à la rupture (%) : 20 ± 5

  • Un atout pour votre production

Le Frittage Laser Sélectif est excellent pour la production de produits finaux pour les petites ou moyennes séries. Grâce à des matériaux performants et à un post-traitement avancé, vous aurez la possibilité de créer des pièces d’utilisation finale.

  • Découvrez un allié naturel pour votre supply chain

L’utilisation de cette technologie de lit de poudre peut finalement améliorer votre chaîne d’approvisionnement. Vous pouvez produire vos pièces en utilisant la fabrication additive exactement quand vous en avez besoin, éliminant ainsi le besoin d’un entrepôt et d’un inventaire. Vous pouvez repenser cette procédure et obtenir une liste numérique en produisant des pièces à la demande.

Quelles sont les caractéristiques du SLS à connaître?

Le procédé d’impression 3D SLS offre de grandes possibilités en termes de précision, de forme et de taille pour vos pièces imprimées en 3D. Voici quelques caractéristiques du Nylon PA12. Tous les matériaux SLS n’ont pas les mêmes caractéristiques, assurez-vous de vérifier les directives de conception du matériau que vous devez utiliser avant de commander vos pièces !

Épaisseur de couche standard : 100 – 120µm

Précision : ± 0,3 % (minimum de ± 0,3 mm)

Taille maximale (pour les pièces blanches/non polies) : 675 x 366 x 545 mm

Quelles sont les finitions disponibles pour vos pièces en SLS ?

L’un des points forts de la technologie SLS est la possibilité d’améliorer vos objets imprimés en 3D à un niveau élevé en utilisant divers post-traitements, du polissage à la teinture. Ces techniques de finition ne sont pas disponibles pour tous les matériaux SLS ; vérifiez la compatibilité entre le post-traitement et le matériel dont vous avez besoin pour votre projet.

  • Lissage chimique: Le lissage chimique permet d’obtenir une surface plus lisse sur les pièces en plastique. Ce processus unique permet une réaction chimique qui crée une surface entièrement lissée sur vos pièces en polyamide imprimées en 3D.
  • Polissage: Le polissage est un processus qui rend les objets plus lisses au toucher, avec des couches qui sont encore quelque peu visibles sur les objets arrondis. Chez Sculpteo, la technique consiste à utiliser de petites pierres dans un chaudron rotatif/vibrant.
  • Peinture: La peinture est exclusivement disponible pour le plastique blanc et ne peut pas être appliquée aux pièces emboîtables. Le processus de peinture donne de la couleur au matériau dans toutes les peintures disponibles avec un RAL spécifique. Les couleurs sont étalées sur le tissu à l’aide d’un pistolet pulvérisateur, permettant une surface uniforme et lisse tout en conservant chaque détail de l’objet imprimé : la couche de peinture n’ajoute que 200 microns d’épaisseur en moyenne.
  • Teinture: Les pièces sont immergées dans un bain de teinture chauffé avant séchage. La teinture atteint toutes les surfaces des pièces, y compris les renfoncements les plus inaccessibles, ce qui donne une finition uniforme.
  • Color Touch: Cette finition donne à vos pièces imprimées en 3D un aspect satiné pour qu’elles ressemblent à des produits finis. En appliquant la finition Color Touch sur vos pièces 3D, elles deviennent suffisamment résistantes pour être exposées aux conditions extérieures ; ils résistent aux rayures et aux frottements.
  • Color Resist: Ce post-traitement donne à vos pièces imprimées en 3D un aspect mat qui résiste aux frottements. Grâce à la procédure de traitement post-impression que nous suivons avant d’appliquer la finition Color Resist sur vos pièces 3D ; ils deviennent suffisamment résistants pour être exposés aux conditions extérieures et résistent aux rayures et aux frottements.

Finish touch

Aller plus loin: Quelles alternatives au SLS ?

Multi Jet Fusion est la meilleure alternative au SLS. HP a inventé le processus de fabrication additive connu sous le nom de fusion multi-jets. Elle utilise une approche d’impression multi-agents pour fabriquer des pièces de manière additive. Un agent de fusion est utilisé dans cette procédure pour fusionner les particules là où elles sont nécessaires en enduisant une couche de matériau avec celui-ci. À l’aide d’un agent de finition, la fusion est ensuite modifiée pour produire des traits fins et des surfaces lisses. Les réactions entre les agents et le matériau composant sont provoquées par la région exposée à l’énergie.

En effet, MJF et SLS sont similaires ; ils font tous deux partie des technologies de lit de poudre. Mais il existe certaines différences concernant le processus d’impression, les matériaux disponibles, les options de finition de surface et les propriétés mécaniques. MJF vs. SLS, découvrez les différences entre ces deux technologies d’impression.

TPU

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