Un regard plus approfondi sur les structures de support de l'impression 3D et leur effet sur le temps de lavage des pièces

Supports solubles

L'utilisation de matériaux de support solubles lève l'un des plus grands obstacles à la conception pour la fabrication additive (AM), à savoir la génération de structures complexes et de canaux intégrés dans les pièces. Les structures de support d'impression 3D solubles sont conçues pour se dissoudre dans une station de lavage, ne laissant derrière elles que le matériau du modèle.

Pour le contexte, la "station de lavage" à laquelle je fais référence représente tout système de réservoir de circulation qui implique l'immersion d'une pièce imprimée dans un bain chauffé avec une quantité spécifique de solution de nettoyage ajoutée.

Le processus de nettoyage est naturellement très lent, et il n'est pas si facile de déterminer le temps qu'il faudra pour nettoyer votre pièce spécifique. Malheureusement, il n'existe pas de méthode éprouvée permettant de déterminer avec précision les temps de lavage des pièces. Vous pouvez faire des estimations très générales, mais il existe de nombreux facteurs qui entrent constamment en jeu et qui peuvent affecter le processus de dissolution. Les facteurs que nous allons aborder dans ce blog sont les suivants :

• Température de la station de lavage
• Complexité de la partie
• Type de structure de soutien (basique, clairsemée, box, surround, SMART)
• Densité de la structure de soutien par rapport au modèle

Température de la station de lavage

Les températures des stations de lavage sont définies en fonction du matériau de support utilisé dans le processus d'impression. Stratasys propose une documentation concernant le retrait du support FDM sur son site Web. Le document complet se trouve ici. Le document comprend un tableau indiquant les températures recommandées pour le nettoyage des pièces avec chaque type de matériau de support :

Le fait de régler le réservoir de lavage à des températures plus élevées que celles indiquées dans ce tableau peut potentiellement endommager les pièces.

Complexité des pièces

Jetez un coup d'oeil à cette partie :

Cube fileté avec une série de trous sur le dessus.

En regardant cette pièce, il est évident qu'il ne devrait pas y avoir beaucoup de structures de support d'impression 3D au départ, ce qui signifie que le temps de lavage sera très court. Mais si nous regardons la pièce d'un peu plus près, nous pouvons voir que ce n'est pas forcément le cas :

Il y a beaucoup de petits canaux à l'intérieur du bloc qui doivent être remplis de matériel de soutien.

Chacun de ces petits canaux sera rempli de matériau de support pendant le processus d'impression :

Support material used to fill in the channels. You can see an isolated view of support structures using GrabCAD Print.

Ces structures de support suivent les surfaces intérieures des canaux tout au long de la pièce. Les canaux de ce type sont beaucoup plus longs à nettoyer, car ils ne sont pas autant exposés à la solution de lavage. Comme je l'ai déjà mentionné, il n'existe pas de moyen précis de déterminer les temps de lavage, mais d'après mon expérience de l'impression de pièces comme celles-ci, je m'attends à un processus de nettoyage d'au moins 6 heures.

Maintenant, regardons la partie suivante :

Il s'agit d'un simple berceau pour un téléphone. Il ne comporte pas de canaux internes ni de structures complexes.

Une pièce comme celle-ci n'a pas de caractéristiques super complexes qui nécessitent un placement de support caché. La solution de lavage peut ronger les structures relativement facilement, ce qui signifie que le temps de lavage total est considérablement réduit.

Les supports du berceau sont plus faciles à nettoyer, car ils sont à l'air libre.

Cette pièce spécifique a pris environ 2,5 heures à nettoyer.

La complexité des pièces est le facteur le plus important pour déterminer les temps de lavage, mais ce n'est pas le seul. Il faut ensuite examiner le type de structures de support d'impression 3D utilisées pour le processus d'impression.

Types de structures de support pour l'impression 3D

Les structures de support de l'impression 3D sont générées par un logiciel, mais sont basées sur les entrées de l'utilisateur. Quelques options sont disponibles pour la génération de supports, principalement "sparse", "surround" et "SMART". Il existe également quelques autres types de structures, comme "basic" et "box", qui sont des variantes de "sparse" et "surround" respectivement.

• Lesupport épars utilise la méthode de génération de support la plus simple pour construire des structures basées sur le surplomb des couches. L'angle de surplomb est différent pour chaque imprimante, mais la moyenne se situe autour de 45 degrés.
• Lesupport périphérique englobe l'ensemble du modèle dans une coquille de support afin de maintenir la stabilité pendant le processus d'impression. Ce type de structure est idéal pour les pièces hautes et de petite surface.
• Lesupport SMART utilise une série d'algorithmes d'optimisation pour déterminer la meilleure génération de support possible tout en utilisant la plus petite quantité de matériau. Il s'agit de la meilleure option pour la plupart des applications d'impression 3D, et elle est définie comme le type de support par défaut dans GrabCAD Print.

Un modèle peut avoir plusieurs types de structures de soutien.

Les supports SMART sont ceux qui prennent le moins de temps à se dissoudre, grâce à l'optimisation de leur matériau. Les supports périphériques, en revanche, prennent le plus de temps à se dissoudre, car ils englobent la pièce entière dans le matériau de support. Un bon exemple de ce phénomène peut être observé ci-dessous :

Vous pouvez voir ici la comparaison entre deux extrêmes de structures de soutien.

Vous pouvez probablement en déduire laquelle de ces pièces aura un temps de lavage plus court. J'ai mis en surbrillance une couche de la pièce pour montrer les parcours d'outils pour chaque tâche d'impression. Vous remarquez que les parcours de la structure de support Surround sont plus denses que ceux du support SMART. Cela nous amène au facteur suivant pour déterminer les temps de lavage.

Densité de la structure de soutien

En regardant l'image ci-dessus une fois de plus, vous pouvez voir une différence significative dans les densités de matériau qui sont déposées pour chaque couche. Les supports SMART sont "plus légers", alors que les supports Surround sont beaucoup plus "lourds". Ces densités ne peuvent pas être modifiées dans GrabCAD Print, mais peuvent être manipulées avec Insight. Les paramètres de personnalisation du parcours d'outils d'Insight vous permettent de définir les distances entre les contours et les rasters parallèles et adjacents. Ce n'est pas une stratégie de compensation parfaite pour réduire le temps de lavage, mais la possibilité existe néanmoins.

Réflexions finales

Pour la plupart des applications, il suffit de laisser les pièces se laver pendant environ 3 à 4 heures (à la température recommandée). Cependant, dans certains cas, il est possible de réduire considérablement la quantité de matériau de support utilisée en réorientant rapidement la pièce ou en changeant de type de support. La clé est de comprendre le comportement du matériau de support soluble et la géométrie de la pièce. Bien sûr, chaque application d'impression a un but unique, mais en connaissant certaines des informations énoncées dans ce blog, vous serez peut-être en mesure de nettoyer vos pièces et de les mettre en œuvre plus rapidement qu'auparavant.