Les réalités et les avantages
de l'impression 3D de métaux sans support

10 octobre 2022 | Temps de lecture : 4 min

L'impression 3D de métaux sans support est une proposition attrayante. Mais qu'est-ce que cela signifie vraiment et pourquoi est-ce si attrayant ? Découvrez ce qu'est l'impression sans support, si elle est réellement possible et quels sont ses avantages.

Que signifie "sans support" ?

Dans le domaine de la fabrication additive (FA), la construction sans support fait référence au développement de moyens pour produire des pièces imprimées en 3D entièrement indépendantes de toute structure de support. Les supports sont généralement utilisés dans le processus de construction pour renforcer et maintenir la structure de la pièce en cours de création. Cela est nécessaire pour diverses raisons, en fonction de la taille et de la forme de la pièce à construire.

Les supports sont placés stratégiquement pour empêcher la déformation due aux contraintes thermiques, encourager le transfert de chaleur loin du matériau fondu et protéger la pièce de formage de la lame de la machine à recouvrir, qui peut perturber la forme de la pièce en cas d'impact. Ils peuvent également apporter une rigidité supplémentaire à la pièce pendant le processus de fabrication, par exemple en la fixant à la plaque de fabrication pour la maintenir stable. Pour construire des couches de matériau additif de la bonne forme, une partie de la poudre est utilisée pour créer des supports qui maintiennent les éléments saillants de la pièce à imprimer. L'impression sans support permettrait de se passer de ces supports et de construire une pièce entièrement autonome et prête à l'emploi dès que l'impression est terminée. D'un point de vue conceptuel, l'impression sans support présente de nombreux avantages, et c'est la raison pour laquelle elle continue d'être une aspiration dans l'industrie. Non seulement elle permettrait d'utiliser moins de matériaux dans le processus de construction, mais elle présenterait également d'autres avantages. La grande question est donc la suivante : est-il physiquement possible d'imprimer en 3D sans support ?
 

Avantages et inconvénients de l'impression 3D avec supports

Les supports fonctionnent essentiellement comme de petites plates-formes de construction surélevées sous la pièce en cours de fabrication. Ils apportent une structure supplémentaire à la construction. Dans certaines circonstances, sans le support adéquat, une pièce ne se formera pas complètement. C'est le cas le plus fréquent avec les sections en surplomb d'une pièce ou lorsqu'une pièce a besoin d'un trou qui la traverse entièrement ; l'un ou l'autre de ces scénarios ne progressera que jusqu'à un certain point avant d'être incapable de s'ancrer pendant le processus de construction. L'utilisation de supports permet de produire des pièces avec une base étroite ou des espaces. En règle générale, les supports sont nécessaires pour tout aspect d'une construction qui s'étend à moins de 45 degrés de la plate-forme de construction - ce qui signifie que toute pièce qui s'élève à un angle aigu peut nécessiter des supports dans la construction. Si la construction de supports au cours du processus FA est bénéfique pour la création de pièces plus complexes et plus élaborées, elle présente également plusieurs inconvénients. Ceux-ci concernent principalement les matériaux, les temps d'impression et le post-traitement.

Inconvénient n° 1 - Délais d'impression

Chacun des supports doit être imprimé progressivement avec chaque couche de la construction, de la même manière que la pièce elle-même est créée couche par couche. Il en résulte des temps d'impression plus longs qui réduisent l'efficacité et consomment plus d'énergie, ce qui a un impact sur le coût des constructions à plus d'un titre.

Inconvénient n° 2 - Consommation de matériaux

Comme les supports sont construits de la même manière que le reste de la pièce à construire, cela signifie que des matériaux superflus sont utilisés pour les créer. Les supports sont retirés du produit final lors du post-traitement et éliminés en tant que déchets, ce qui a une incidence sur les délais et les coûts.

Inconvénient n° 3 - Post-traitement

La plupart des pièces imprimées en 3D passent par une phase de post-traitement, qui peut comprendre plusieurs étapes, en fonction de ce qui est nécessaire pour finir la pièce et la rendre utilisable. Il peut s'agir d'un usinage et d'un traitement de surface pour améliorer la tolérance de la pièce et réduire la rugosité de la surface, ou d'un traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques et éliminer les contraintes thermiques subies au cours du processus de fabrication. Une étape finale de nettoyage est souvent nécessaire pour éliminer les poudres étrangères. La construction avec des supports plus grands et plus nombreux nécessite un processus de finition plus long et plus intensif que si les supports pouvaient être réduits en nombre ou en taille. Ce processus, qui prend du temps, n'est pas seulement manuel, mais il a aussi un coût supplémentaire. Le temps de travail des spécialistes et les outils nécessaires viennent s'ajouter au résultat net de la fabrication du produit. Il arrive également que certains supports soient inaccessibles et ne puissent donc pas être retirés. S'ils n'empêchent pas la pièce de fonctionner, ils ajoutent du poids et peuvent avoir une incidence sur les performances globales de la pièce. Dans le cas de l'ingénierie de précision, la possibilité d'imprimer sans ces supports pourrait avoir des avantages considérables pour l'utilisation future de la pièce.

Les avantages de la construction sans support

En passant à l'impression 3D sans support, le processus FA peut être amélioré d'un point de vue économique, environnemental et temporel. Le fait de ne pas avoir à construire de supports pendant la fabrication signifie qu'une quantité moindre de matériau dans le lit de poudre sera fondue, ce qui présente de multiples avantages pour FA.

Le hack de la rapidité de fabrication #1 : Réduire le temps de production

Si les lasers de l'imprimante n'ont pas besoin d'ajouter continuellement des couches aux supports au fur et à mesure que la construction progresse, le temps d'impression sera réduit. Si, pour chaque couche de la construction, le gain de temps est minime, sur l'ensemble de la construction, il commence à se traduire par une réduction significative du temps nécessaire pour achever la production d'une pièce. Appliqué à la fabrication à grande échelle, cela permet aux entreprises de réduire les temps de production de manière encore plus significative.

Mesure d'accélération de la fabrication n°2 : économiser les ressources de post-traitement 

L'absence de supports en premier lieu signifie que leur retrait est complètement éliminé de la phase de post-traitement, ce qui a souvent un impact significatif sur les délais. Une grande partie du temps passé en post-traitement est consacrée à l'enlèvement des supports. Parce qu'ils sont attachés au produit final, ils doivent être enlevés et leur surface doit être traitée jusqu'à ce qu'elle soit parfaitement adaptée au reste de la surface de la pièce. Cette opération nécessite des compétences et des outils spécialisés qui coûtent du temps et de l'argent aux entreprises. Dans les cas extrêmes, une étape de traitement d'une minute au cours de la fabrication peut entraîner une augmentation du délai d'une journée. Une fabrication sans support supprimerait la nécessité d'effectuer des ajustements post-traitement aussi intensifs, ce qui rendrait l'achèvement d'une pièce beaucoup plus rapide et moins coûteux. Sans qu'il soit nécessaire de retirer les supports fixés, la pièce imprimée aura immédiatement une meilleure finition de surface, plus cohérente.

Hack de vitesse de fabrication #3 : Consommer moins de matériaux et réduire l'impact sur l'environnement

Dans une optique de développement durable et de fabrication responsable, il est évident que le fait de ne pas utiliser de supports - ou même de les réduire en taille et en nombre - signifie que l'on utilise moins de matériaux. Il en résulte une diminution des déchets matériels et des dépenses énergétiques, ce qui réduit le coût financier et environnemental de l'impression 3D. Cela permet également de réduire la durée totale du processus d'impression initial et de la procédure de finition de la pièce, ce qui se traduit par une efficacité et une simplicité accrues.

Grâce à l'esprit d'innovation des leaders de l'industrie, l'angle critique de 45 degrés est aujourd'hui remis en question. De nombreux logiciels et ensembles de paramètres sont désormais disponibles pour permettre aux utilisateurs d'imprimer des surplombs et des ponts à des angles beaucoup plus faibles, sans compromettre l'efficacité du processus d'impression 3D et la qualité des pièces métalliques produites.

Jetez un coup d'œil à cette étude de cas sur les roues à aubes carénées, où une construction sans support a été réalisée malgré le fait que les angles de surplomb aient été poussés jusqu'à 10 degrés. Ce projet particulier a également vu l'élimination complète des supports internes, ce qui rend la procédure de post-traitement beaucoup moins compliquée - les supports mal placés à l'intérieur d'une pièce peuvent être parmi les plus difficiles à enlever, même s'ils ne sont pas les plus grands. Grâce à ces réductions de la taille et du nombre de supports, le coût global de production des roues a été réduit de 35 %. L'équipe chargée du développement des processus a pris les conclusions de projets spécialisés sur mesure comme celui-ci et les a appliquées aux processus standard disponibles pour les logiciels d'impression 3D "prêts à l'emploi". Cela signifie qu'aujourd'hui, même sans l'aide d'un consultant expert, vous pouvez réduire les limites d'angle à 20 degrés en standard.

Comment EOS vous aide à imprimer sans support

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