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La qualité de surface des pièces imprimées en 3D n'est pas la même pour chaque processus et chaque matière première. Elle varie considérablement en fonction de la technologie d'impression 3D utilisée, de la qualité de l'imprimante et du matériau utilisé. Le design de la pièce à imprimer ainsi que la position et l'orientation de la pièce pendant l'impression influencent également la qualité de la surface. Avant de choisir un procédé de fabrication additive, il faut tenir compte de la rugosité (mesurée dans la plupart des cas en Ra) des pièces imprimées en 3D. Pour les technologies qui utilisent des structures de support, comme celle du dépôt de fil fondu (FDM), il faut faire particulièrement attention car il existe un point de contact entre les structures de support et la pièce réelle qui a une qualité de surface complètement différente. Évaluation de la rugosité de surface des procédés d'impression 3D La rugosité de surface d'un matériau est essentiellement mesurée en termes de valeurs Ra et Rz. Ra, dans ses termes les plus simples, se réfère à la rugosité moyenne d'une surface, tandis que Rz est la différence entre le « pic » le plus haut et la « vallée » la plus basse sur la surface. Les valeurs de R sont généralement mesurées en µm. En termes simples, Ra peut être défini comme l'écart par rapport au plan de surface idéal généralement mesuré en micropouces ou micromètres (µm). Plus la valeur de Ra est élevée, plus la surface est rugueuse. La principale réglementation régissant la rugosité de surface est l'ISO 25178 qui mesure la rugosité de surface en termes de valeurs Ra et Rz. La rugosité d'une surface dépend d'une variété de facteurs, notamment le design de la pièce, le processus de fabrication utilisé pour la créer et le fabricant. Même si vous choisissez une technologie d'impression 3D supposée avoir une excellente finition de surface, les pièces peuvent toujours présenter des marques de stratification ou avoir une surface légèrement incurvée, ce qui entraîne une diminution de la qualité de la rugosité de surface. Le graphique montre la réduction de la rugosité de surface avec les niveaux de lissage par rapport à la pièce brute en utilisant une pièce échantillon EOS PA 2200 (Source : Develop3D) Comment mesurer la rugosité de surface en impression 3D ? Pour mesurer la rugosité de surface d'une impression 3D, le moyen le plus simple et le plus précis consiste à utiliser un rugosimètre. Cet instrument mesure la rugosité d'une surface. Il est couramment utilisé dans les applications de fabrication et d'ingénierie pour lesquelles la texture et la finition de surface d'un matériau sont essentielles à la fonctionnalité du produit final. Le rugosimètre est généralement composé d'une unité d'entraînement motorisée qui déplace le stylet à travers la surface à une vitesse constante, un transducteur qui convertit le mouvement mécanique du stylet en un signal électrique, et une unité d'affichage qui montre la mesure de rugosité. Vidéo montrant comment mesurer la rugosité de surface d'une impression 3D avec le rugosimètre Jetons un coup d'œil aux variations de rugosité de surface et aux différences des pièces imprimées en 3D selon les catégories de technologie. Toutes les mesures ont été faites en interne et sont des moyennes. On peut trouver des résultats différents avec des pièces imprimées avec un matériau différent ou par un fournisseur différent. Rugosité de surface pour procédés de fusion sur lit de poudre (PBF) Les procédés PBF comprennent des technologies telles que la multi jet fusion (MJF), le frittage sélectif par laser (SLS) et le frittage laser direct de métal (DMLS, abréviation de Direct Metal Laser Sintering en anglais), où les matériaux d'impression sont généralement des polymères et des poudres métalliques. Ce matériau d'impression en poudre est fusionné pour former la pièce conformément au design CAO à l'aide d'infrarouge en MJF et de laser en SLS et DMLS. La texture de la surface est mate et n'est pas aussi lisse qu'avec le SLA, mais elle ne nécessite pas de structures de support. Des trous et des pores peuvent apparaître à la surface, en fonction de la taille du grain de poudre. Une poudre réutilisée provoquera plus d'irrégularités sur la surface. Une surface complètement lisse, semblable à du verre, ne peut pas être obtenue sur les surfaces imprimées, même après un traitement lourd comme un sablage ou un ponçage. Cependant, le procédé MJF produit une surface moins poreuse par rapport au SLS et a une texture comparativement plus lisse. Gros plan d'une pièce MJF PA 12, sans aucune option de finition Pour les technologies PBF, le moyen bon marché et idéal de lisser la surface est d'utiliser du papier de verre. Les autres processus comprennent le meulage, le ponçage ou le microbillage et la tribofinition. Le meulage et le sablage auront peu d'impact sur les tolérances et les dimensions. Cependant, la microfinition est un processus efficace, mais beaucoup plus lent que d'autres méthodes de finition de surface. Dans le procédé SLS, une surface presque parfaite sans pores ne peut être obtenue qu'avec des infusions sous vide ou un processus en plusieurs étapes de remplissage de surface et de meulage multiple. Gros plan d'une pièce SLS PA 12, sans option de finition Rugosité de surface de pièces imprimées en 3D SLS Le tableau ci-dessous montre la variation de la rugosité de surface mesurée entre les pièces imprimées et les pièces après une finition de surface : MatériauFinition de surfaceRaRzAlumide®/PA 12 chargé d'aluminiumTel qu'imprimé8 µm50.1 µmPA 12Microbillé4.5 µm31.6 µmPA 11Teint en noir7.5 µm47.6 µmPA 12Ayant subi une tribofinition7.1 µm45.5 µmPA 12Poli à la vapeur + teint en noir2.5 µm19.7 µm Rugosité de surface des pièces MJF Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour les impressions 3D MJF : MatériauFinition de surfaceRaRzPA 12Tel qu'imprimé10 - 12 µm59.9 - 69.4 µmPA 12Polissage chimique à la vapeur4.4 µm31.1 µmPA 12Teint en noir5.8 µm38.7 µmPA 12Peint en noir aérosol5.5 µm37.1 µm Par conséquent, la finition de surface peut réduire sensiblement la rugosité de surface et améliorer les propriétés de surface telles que la résistance de l'ensemble de la pièce en réduisant la porosité. Rugosité de surface des pièces DMLS Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour les impressions 3D DMLS. Comme une pratique régulière pour les pièces en métal imprimées en 3D, toutes les pièces utilisées pour les mesures ont été microbillées. MatériaulFinition de surfaceRaRzAluminium Al-Si10MgMicrobillé10-12 µm59.9-69.4 µmAcier inoxydable 316LMicrobillé6 µm39.8 µmTitane de grade 5Microbillé5 µm34.4 µm Gros plan d'une pièce métallique DMLS, sans option de finition Rugosité de surface pour les procédés de polymérisation en cuve Les technologies les plus fréquemment utilisées dans cette catégorie sont la stéréolithographie (SLA) et le DLS de Carbon (également appelé DLP – initiales de Digital Light Processing en anglais, qui se traduit par traitement numérique de la lumière). Ces procédés d'impression utilisent un matériau d'impression polymère liquide qui, lors de l'exposition au faisceau laser, durcit, produisant la forme conformément au design en entrée, couche par couche. Comme le matériau utilisé est liquide, ces technologies produisent des pièces imprimées en 3D plutôt non poreuses avec des surfaces lisses. Néanmoins, les technologies SLA et de traitement numérique de la lumière nécessitent des structures de support qui doivent être retirées une fois la pièce imprimée en 3D. Et cette procédure a un impact énorme sur la rugosité de la surface. En effet, lorsque les structures de support sont coupées de la pièce proprement dite, la rugosité à cet endroit devient inégale et présente des valeurs Ra et Rz plus élevées. Gros plan d'une pièce SLA avec un bon lissé de surface Rugosité de surface de pièces imprimées en 3D SLA Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour les impressions 3D SLA : MatériauFinition de surfaceRaRzBlanc industriel, de type ABSTel qu'imprimé1.5 µm10.1 µm Rugosité de surface des pièces imprimées 3D DLS de Carbon Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour les impressions 3D Carbon DLS : MatériauFinition de surfaceRaRzEPX 82Tel qu'imprimé1.22 µm11.1 µm Rugosité de surface pour procédés d'impression 3D par extrusion Le dépôt de fil fondu (FDM) est le processus d'impression 3D le plus courant qui appartient à cette catégorie. Il fonctionne en poussant un filament thermoplastique à travers une buse chauffée. Le thermoplastique liquéfié durcit une couche mince après l'autre conformément aux données CAO d'entrée sur la plateforme d'impression, réalisant ainsi la pièce complète. Des structures de support sont nécessaires dans cette technologie pour supporter les porte-à-faux ou les structures minces. Ce procédé permet d'obtenir des pièces avec une rugosité de surface beaucoup plus élevée que les autres technologies d'impression 3D. Les couches supérieures (dans la direction Z) sont généralement ondulées et les couches inférieures sont lisses, à condition qu'il n'y ait pas de structures de support dans cette région. Les surfaces sont exemptes de pores contrairement à celles du PBF, pas comme le verre comme dans le SLA. Dans les endroits où il y a le matériau de support, les surfaces rugueuses sont altérées et doivent être corrigées dans la phase de finition. Une solution consiste à utiliser des matériaux de support solubles (eau ou autres produits chimiques comme le limonène), qui sont facilement amovibles et permettent d'obtenir une meilleure qualité. Gros plan d'une pièce en PLA FDM, sans aucune option de finition Options de finition de surface pour les procédés basés sur l'extrusion Pour les matériaux FDM très couramment utilisés comme le PLA, le PA 6, les options de finition de surface sont limitées au retrait de la structure de support, car toute autre opération aura un impact sur l'esthétique et les détails de la pièce et l'endommagera. L'ABS peut être meulé, soumis à une tribofinition ou sablé. C'est parce que, même si le PLA est plus résistant et plus rigide que l'ABS, sa faible résistance à la chaleur, sa faible ductilité et ses faibles propriétés de résistance à la flexion le rendent difficile à retravailler. L'ABS est plus faible et moins rigide, mais aussi plus tenace et plus léger, ce qui en fait un meilleur plastique pour effectuer des opérations de finition. Rugosité de surface de pièces avec dépôt de fil fondu Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour une impression 3D FDM : MatériauFinition de surfaceRaRzASATel qu'imprimé22.5 µm*114.9 µm *Ce résultat a été mesuré sur la surface la plus rugueuse avec les différentes couches. Lorsque nous avons mesuré la surface de la pièce dans l'autre sens, le spin de l'outil mesuré entre deux couches et la rugosité de surface était de 0,9 µm. Rugosité de surface pour la technologie des gouttelettes de photopolymère Le processus d'impression 3D le plus courant dans cette catégorie est Polyjet. Il s'agit d'une technologie de fabrication additive de photopolymère rigide qui fonctionne en projetant une résine durcissable aux UV sur un plateau d'impression dans un processus quelque peu similaire à l'impression à jet d'encre. C'est une technologie réputée pour sa vitesse et sa précision incroyable. Cette technologie produit également des structures de support qui sont retirées plus tard dans la finition. La qualité de surface est l'une des meilleures parmi toutes les technologies d'impression 3D. Un inconvénient est l'utilisation de structures de support et cela a un impact sur la région concernée lorsqu'elles sont retirées. Carreaux imprimés en 3D avec polyjet, tels qu'imprimés Options de finitions de surface pour processus de photopolymérisation Si des structures de support solubles sont utilisées, aucun traitement n'est généralement nécessaire. Si ce n'est pas le cas, ils doivent être retirés manuellement comme dans d'autres technologies. Puisqu'un système de gouttelettes déposées est utilisé et que la tête d'impression se déplace dans la direction X-Y, des lignes sont visibles le long du mouvement de la tête d'impression. Ceux-ci peuvent être enlevés pendant les finitions pour les surfaces très lisses. Les méthodes de finition utilisées pour obtenir une qualité de surface améliorée sont le sablage et le meulage. Rugosité de surface mesurée des pièces imprimées en 3D Polyjet Le tableau ci-dessous détaille les valeurs Ra et Rz des deux côtés pour une impression 3D Polyjet : MatériauFinition de surfaceRaRzPhotopolymère rigideTel qu'imprimé2.1 µm17.2 µm Comparaison de la rugosité de surface des procédés de fabrication additive TechnologieMatériauFinition de surfaceRugosité (Ra)Rugosité (Rz)SLSAlumide®/PA 12 chargé d'aluminiumTel qu'imprimé8 µm50.1 µmSLSPA 12Microbillé4.5 µm31.6 µmSLSPA 11Teint en noir7.5 µm47.6 µmSLSPA 12Ayant subi une tribofinition7.1 µm45.5 µmSLSPA 12Poli à la vapeur + teint en noir2.5 µm19.7 µmMJFPA 12Tel qu'imprimé10-12 µm59.9-69.4 µmMJFPA 12Polissage chimique à la vapeur4.4 µm31.1 µmMJFPA 12Teint en noir5.8 µm38.7 µmMJFPA 12Peint en noir aérosol5.5 µm37.1 µmDMLSAluminium Al-Si10MgMicrobillé10-12 µm59.9-69.4 µmDMLSAcier inoxydable 316LMicrobillé6 µm39.8 µmDMLSTitane de grade 5Microbillé5 µm34.4 µmSLABlanc industriel, de type ABSTel qu'imprimé1.5 µm10.1 µmDLS de CarbonEPX 82Tel qu'imprimé1.22 µm11.1 µmFDMASATel qu'imprimé22.5 µm114.9 µmPolyjetPhotopolymère rigideTel qu'imprimé2.1 µm17.2 µm Commandez des pièces pour vos projets d'impression 3D La rugosité de la surface d'impression 3D varie considérablement avec la finition. Elle augmente non seulement la valeur esthétique, mais aussi la facilité d'utilisation de la pièce pour les applications d'utilisation finale. Les méthodes de coloration comme la peinture par pulvérisation et la teinture peuvent également être utilisées pour améliorer la surface, mais son impact sur la rugosité de la surface est très discutable. Xometry Europe propose des services d'impression 3D en ligne, pour des projets de fabrication additive à la demande, aussi bien pour des prototypes que pour des lots importants. Avec un réseau de plus de 2 000 partenaires dans toute l'Europe, Xometry est en mesure de livrer des pièces imprimées en 3D en 7 jours. Téléchargez vos fichiers CAO sur le moteur de devis instantané Xometry pour obtenir un devis instantané avec diverses options de fabrication disponibles pour l'impression 3D polyjet.