Utilisation des fonctions de stabilisation Insight pour produire avec succès des pièces imprimées à grande échelle

Article de Stefan Bullock mis à jour le 8 juin 2021

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Chez Javelin, nous sommes constamment à la recherche de domaines où la fabrication additive peut compléter ou remplacer les solutions de fabrication actuelles pour nos clients. L'un des principaux domaines dans lesquels la fabrication additive offre un avantage par rapport à la fabrication traditionnelle est la production en faible volume de pièces de grande taille, notamment les panneaux automobiles de niveau 1, les applications aérospatiales à grande échelle et les moulages de remplacement de machines lourdes.

La fabrication additive est parfaitement adaptée à ces pièces, car les méthodes de fabrication traditionnelles sont généralement coûteuses et longues lorsqu'il s'agit de grandes surfaces et de caractéristiques complexes. Grâce à la fabrication additive, nous sommes en mesure de fournir des solutions économiques et rapides pour les grandes pièces en question. Cependant, l'utilisation de la fabrication additive comporte des défis, principalement en raison de la nature des plastiques.

Le gauchissement et le gondolage des plastiques sont des problèmes qui affectent non seulement le monde de la fabrication additive, mais aussi la production de plastique à l'échelle industrielle. Le gauchissement des plastiques résulte de la combinaison de deux stimuli : une géométrie fine/grande/non soutenue et un refroidissement/chauffage différentiel de la pièce en plastique. Lors de l'impression des pièces, la chaleur peut s'accumuler dans les zones ayant une masse importante par rapport aux zones à paroi mince qui peuvent se refroidir plus rapidement, ce qui entraîne un refroidissement et un gauchissement différentiels. Dans l'exemple de pièce que nous allons évaluer aujourd'hui, nous pouvons voir que la majorité de la pièce a des parois fines, à l'exception de la géométrie volumineuse de la poche d'angle de la base, ce qui peut permettre une accumulation de chaleur inégale et un refroidissement différentiel.

Géométrie différente

Fig. 1. Géométrie différente

Les murs de stabilisation sont une fonctionnalité du logiciel Insight qui peut grandement contribuer à la stabilité de la production de grandes pièces. Cette fonctionnalité permet de construire une structure de support verticale le long de la pièce imprimée pour une stabilité accrue pendant le processus d'impression. Voyons rapidement comment paramétrer ces fonctions pour réussir l'impression de grandes pièces.

Fonctionnalité du logiciel Insight : Murs de stabilisation

Une fois que nous avons identifié notre orientation d'impression préférée, nous pouvons appliquer cette fonctionnalité à toutes les zones qui pourraient être trop hautes pour être imprimées sans déformation. Dans notre pièce, nous pouvons voir une combinaison de ces murs qui peuvent se déformer ainsi qu'une grande masse asymétrique qui peut causer un chauffage inégal sur un côté de la pièce. En naviguant vers Support -> Stabilize wall, nous pouvons voir les paramètres de ce mur de stabilisation que nous pouvons ajuster.

 Insight Stabiliser les paramètres du mur

Fig 2 Paramètres de stabilisation du mur d'aperçu

Nous pouvons choisir la largeur, la hauteur, l'épaisseur et la fréquence à laquelle le mur entre en contact avec la pièce, couche par couche. Les paramètres généraux que nous utilisons pour réussir les murs de stabilisation sont visibles dans la capture d'écran ci-dessus. Des paramètres tels que l'intervalle de contact (distance entre les parois de support adjacentes) et la pénétration (profondeur de fusion entre la paroi et la pièce imprimée) peuvent être ajustés selon les besoins en fonction de la taille de la section à stabiliser. Une fois les paramètres sélectionnés, nous pouvons maintenant choisir les points de départ et d'arrivée prévus du mur de stabilisation, et générer une structure de support d'échafaudage en tant que telle pour soutenir notre pièce. Comme nous pouvons le voir ci-dessous, nous avons généré des murs de stabilisation sur toutes les parois fines de cette pièce pour offrir une stabilité supplémentaire.

Fig 3. Murs de stabilisation appliqués à Insight

Fig 3. Murs de stabilisation appliqués

Fonctionnalité du logiciel Insight : Colonnes d'ancrage

Les pièces planes risquent également de se déformer pendant l'impression. Nous voyons souvent des pièces qui ne sont pas correctement stabilisées commencer à se déformer ou à se courber pendant l'impression. Cela est dû à la nature fine de la pièce ainsi qu'à la grande possibilité de refroidissement différentiel sur sa surface. Les colonnes d'ancrage sont un excellent moyen d'empêcher le soulèvement ou le gondolage des pièces. Les colonnes d'ancrage assurent une connexion solide entre le plateau de construction et la pièce imprimée en utilisant un matériau modèle pour créer des connexions matérielles ancrées entre le plateau de construction et les pièces imprimées. Cela permet une connexion plus rigide par rapport au plateau de support qui est utilisé par défaut. Ces ancrages peuvent être coupés et poncés de la surface inférieure après l'impression.

En naviguant vers Support-> Colonnes d'ancrage, nous pouvons sélectionner le diamètre de la colonne prévue et commencer à placer ces ancrages le long de la couche inférieure de la pièce.

Colonne d'ancrage d'Insight Software

Une fois que nous avons terminé, nous pouvons retraiter le support et les parcours d'outils et observer où les ancrages sont utilisés. Nous utilisons un espacement régulier des broches d'ancrage afin d'éviter toute déformation de la surface inférieure. Nous pouvons voir que les broches d'ancrage ont créé une géométrie supplémentaire qui est imprimée dans le matériau du modèle et qui fait maintenant saillie à travers la base du support et fournit une connexion rigide directement de la pièce au plateau.

Fig 5. Placement de la colonne d'ancrage

Fig 5. Placement de la colonne d'ancrage

Fig 6 - Parcours de la colonne d'ancrage

Fig 6 - Parcours de la colonne d'ancrage

Contrôle du flux d'air et des vibrations

Notre dernier conseil pour réussir l'impression de grandes pièces vient de la compréhension de ce qui cause le gauchissement des pièces : un chauffage inégal et une vibration de la pièce. Les vibrations de la machine font partie intégrante de la formule d'impression rapide FDM. Si l'on imprime des pièces avec des sections/parois fines, le motif de remplissage tel qu'illustré à la figure 7 peut provoquer un mouvement cyclique court et rapide du portique, ce qui fait vibrer la machine et les pièces qu'elle contient pendant l'impression. Dans certains cas de parois minces, nous pouvons éliminer la nécessité d'un mouvement de va-et-vient de l'impression en utilisant l'option "Remplissage résiduel à largeur variable" sur Insight. Cette option se trouve dans le menu Toolpaths -> Setup dans les paramètres avancés. Cette option permet d'utiliser un parcours d'outil uniforme pour remplir les sections fines, plutôt qu'un parcours de largeur uniforme utilisant un mouvement de va-et-vient pour le remplissage, ce qui minimise les risques de vibration de la machine et des pièces imprimées.

Fig 7 - Modification rapide du parcours d'outil

Pour réduire les vibrations au minimum, il est recommandé de vérifier les pattes d'arrêt en caoutchouc à la base de la machine et de s'assurer qu'elles sont étendues de manière à épouser le sol et à amortir le plus de vibrations possible. Cela empêche la machine de trembler et permet à la pièce imprimée de rester aussi stable que possible pendant la production.

Pour assurer un chauffage uniforme de la chambre de construction, nous pouvons faire attention à la façon dont nous orientons les pièces sur le plateau pour l'impression, en gardant à l'esprit la direction du flux d'air des ventilateurs chauffés.

Direction du flux d'air dans la chambre

Avec les imprimantes FDM de Stratasys, le flux d'air provient des parois gauche et droite et circule vers le bas dans la chambre d'impression. Si ces trajets d'air sont obstrués par la pièce imprimée, le four ne sera pas chauffé de manière uniforme, les pièces ne seront donc pas chauffées de manière uniforme et risqueront de se déformer. Lorsque vous imprimez de grandes pièces, veillez à ce qu'elles n'interfèrent pas avec ce flux d'air en orientant les grandes caractéristiques de manière à les aligner avec le flux d'air plutôt que de l'obstruer. La figure ci-dessus montre qu'en orientant les parois de manière à ce qu'elles ne soient pas perpendiculaires au flux d'air, on obtient un transfert de chaleur plus uniforme pendant le processus d'impression.

Équipe des services professionnels additifs

Nous fournissons aux concepteurs et aux fabricants une variété de services d'impression 3D personnalisés, notamment des prototypes de haute performance, des outils et des aides à la fabrication, des pièces d'utilisation finale et des productions en petites séries.

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Stefan Bullock

Stefan est un spécialiste des applications de services d'impression au sein de l'équipe des services professionnels additifs de Javelin.