Comment imprimer des pièces avec des composants mobiles en une seule tâche d'impression ?

Article d'Eissa Ahmad mis à jour le 29 mai 2018.

Article

L'impression 3D de pièces multi-composants entièrement assemblées en une seule tâche vous permet de voir les composants dynamiques fonctionner dans leur phase de prototypage. Plutôt que d'imprimer en 3D des pièces plus petites et de les assembler, vous pouvez réduire la charge de travail en imprimant la pièce complète en une seule fois. Une fois les supports lavés, vous disposez d'une pièce sans couture, parfaitement dynamique et mobile. L'impression 3D de composants mobiles évite d'avoir à imprimer de très petites pièces fragiles qui pourraient être endommagées (ou perdues) dans un réservoir de lavage, par exemple.

La clé de l'impression 3D de composants mobiles est d'avoir des espaces d'air entre les composants (autrement connu comme espace négatif), et cela commence avec la conception initiale.

Exemple d'impression 3D de composants mobiles

Prenons l'exemple de la conception de la charnière ci-dessous :

Conception de charnière sur mesure

Capture d'écran d'une conception de charnière personnalisée composée de seulement deux pièces mobiles

Les charnières sont généralement constituées de charnons (la partie creuse de la charnière dans laquelle se trouve la goupille), de lames (les parties de la charnière qui s'étendent latéralement à partir des charnons et entrent en contact avec la surface extérieure) et de la goupille (la tige qui maintient les lames ensemble en se plaçant à l'intérieur des charnons), mais nous allons concevoir et imprimer la charnière avec seulement deux composants.

Les méthodes présentées pour cette conception de charnière peuvent être appliquées à presque tous les composants mobiles ou dynamiques que vous concevez.

Espace négatif basé sur l'épaisseur de la couche et la résolution de la pièce

J'ai conçu cette charnière dans SOLIDWORKS sous la forme d'un seul fichier de pièce, séparé en deux corps. À l'aide d'une série de plans de référence répétitifs, j'ai découpé et extrudé les charnières qui s'emboîtent, en veillant à ajouter une quantité égale d'espace négatif entre les deux charnières. Les trous aux extrémités des feuilles ne sont que des substituts, car l'objectif principal de ce projet est le mécanisme de pivotement.

Idéalement, les espaces d'air doivent être suffisamment petits pour passer inaperçus, mais suffisamment grands pour dégager complètement les chemins d'extrusion lorsque l'imprimante dépose des couches. Cela permet à la pièce finale de conserver son intégrité structurelle alors que ses composants sont entièrement mobiles.

L'épaisseur de la couche ne représente pas seulement la hauteur de la couche, elle représente également la largeur de chaque chemin.

Une règle de conception à laquelle je me suis tenu est de définir les entrefers à au moins deux fois l'épaisseur de la couche de votre choix. Par exemple, si j'imprime la charnière présentée ci-dessus en 0,007″ d'épaisseur, je veux m'assurer que mes entrefers sont au moins de 0,014″. De cette façon, il n'y a aucune chance que les chemins extrudés se croisent et fondent ensemble pendant le processus d'impression. Ce même principe s'applique à toutes les hauteurs de couche. Maintenant, nous pourrions aller dans les propriétés de rétention des thermoplastiques liquides et argumenter que les espaces d'air peuvent changer en fonction du matériau que vous utilisez (par exemple, Nylon12 au lieu d'ABS-M30), mais l'option la plus sûre qui fonctionne avec presque tous les matériaux est celle que je viens de décrire.

Charnière sans la goupille

Passons maintenant à la conception. Comme indiqué précédemment, la charnière peut être conçue avec seulement deux parties mobiles.

REMARQUE : Ce modèle est destiné à démontrer certains principes de conception uniques concernant les travaux d'impression entièrement assemblés et à composants multiples.

La photo ci-dessous montre le modèle en question. Si vous regardez de près, vous pouvez voir qu'il n'y a pas de goupille au centre des articulations. Au lieu de cela, les charnières sont reliées entre elles avec un espace d'air de 0,3 mm (ou 0,012″). Pour les besoins de ce blog, j'imprime la charnière en couches de 0,005″, donc mes entrefers sont légèrement plus grands que ce qu'ils doivent être (ce qui est bien). Si je faisais des espaces plus petits que 0,010″, il y aurait de fortes chances que les chemins fondent sur eux-mêmes pendant le processus d'impression, rendant la charnière immobile après le nettoyage.

Rendu en gros plan de la charnière avec vue translucide.

Le fait de rendre l'une des feuilles transparente permet de voir clairement la jointure, qui comble les vides.

Impression 3D de composants mobiles

L'impression charnière finale.

Ici, vous pouvez voir de près les trous d'air.

Ici, vous pouvez voir de près les trous d'air.

Étapes de la post-impression

L'un des principaux inconvénients de cette méthode d'impression/de prototypage est que vous devrez utiliser davantage de matériau de support pour que ces pièces soient imprimées correctement. Pendant le processus d'impression, les espaces négatifs (trous d'air) sont remplis de matériau de support, qui est ensuite dissous dans un bain de lavage.

Le matériau du modèle que vous utilisez doit être compatible avec le matériau du support soluble. Les supports doivent être dissous pour que vos pièces puissent bouger librement après leur durcissement.

En ce qui concerne la dissolution des structures de support, la durée du bain de lavage augmente légèrement pour les impressions de ce type. Il faut un peu plus de temps pour que la solution atteigne le matériau de support interne enfoui dans la pièce. Une fois que la pièce est entièrement lavée, essayez doucement de déplacer les pièces d'avant en arrière pour les séparer. Si vous appliquez trop de force, les pièces risquent de se casser.

Quelques éléments à prendre en compte

Si vous concevez des pièces pour imprimer en 3D des composants mobiles qui sont entièrement assemblés hors de l'imprimante, son une bonne idée d'utiliser la plus petite épaisseur de couche que votre imprimante 3D est capable d'extruder. Dans mon cas, il s'agit de 0,005″. Les couches plus minces donnent à la pièce une finition plus lisse, ce qui signifie qu'il y a moins de friction entre les composants lorsqu'ils se déplacent.

Une autre chose à noter est le matériau de support que votre imprimante 3D utilisera. Assurez-vous que les supports sont solubles dans l'eau. Ces types d'impressions ne fonctionneront pas sur les imprimantes grand public standard, car elles n'extrudent que du matériel de modélisation.

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Eissa Ahmad

Eissa est un ingénieur d'application stagiaire en fabrication additive chez Javelin Technologies. Il prépare un baccalauréat en technologie du génie de l'automatisation à l'Université McMaster.