Conseils de conception pour l'impression 3D MJF : 9 bonnes pratiques

La fusion multijet (MJF) est une technologie de fusion sur lit de poudre développée par HP. Elle utilise la chaleur et des agents chimiques pour produire des pièces en plastique détaillées et hautement résistantes. Contrairement aux méthodes d'extrusion, la MJF permet de créer des pièces denses et isotropes présentant un excellent état de surface et d'excellentes performances mécaniques, ce qui la rend idéale pour le prototypage fonctionnel et la production industrielle.

Le MJF offre de nombreux avantages : des vitesses de fabrication élevées, une résolution précise des détails et la possibilité de produire des géométries complexes sans structures de support. C'est également l'une des options les plus rentables pour la production en moyenne et grande série, grâce à son imbrication efficace et à ses temps de refroidissement courts. Les matériaux les plus courants incluent le PA 12, le PA 11, le polypropylène et le TPU, tous sélectionnés pour leur durabilité, leur flexibilité et leur résistance à la chaleur.

Pour obtenir des pièces MJF de haute qualité, une conception intelligente est essentielle. De nombreux problèmes courants, comme le gauchissement, l'emprisonnement de poudre ou un mauvais état de surface, peuvent souvent être évités en suivant des principes de conception clés. Prendre en compte des facteurs tels que l'épaisseur des parois, le drainage de la poudre et l'orientation des pièces peut améliorer considérablement les performances et la réussite de l'impression, tout en gardant à l'esprit que ces facteurs sont toujours liés à la conception. Voici les conseils de conception les plus importants pour l'impression 3D MJF.

1. Maintenir une épaisseur de paroi appropriée

Des parois trop fines peuvent se déformer ou devenir cassantes, tandis que des parois trop épaisses peuvent entraîner une accumulation de chaleur lors de l'impression et provoquer des déformations ou un refroidissement irrégulier. Ces problèmes sont particulièrement critiques en MJF en raison de la dynamique thermique de la fusion sur lit de poudre.

Des variations soudaines de l’épaisseur des parois peuvent également générer des contraintes internes, affectant la précision dimensionnelle et les performances structurelles, en particulier sur les surfaces planes ou les grandes pièces.

Règle de base :

• Concevez des murs d'au moins 0,7 mm d'épaisseur pourPA 12 , et jusqu'à 2,0 mm pour les matériaux plus rigides.
• Des parois aussi fines que 0,6 mm sont possibles avec un support interne, mais 1,3 mm est préférable pour des résultats cohérents.
• Évitez les murs d'une épaisseur supérieure à 7 mm , car un excès de matériau peut provoquer des contraintes internes et des déformations.
• Maintenez une épaisseur de paroi uniforme sur toute la pièce pour réduire les risques de déformation.
• Ajoutez des nervures ou des filets pour renforcer les zones minces et répartir la tension plus uniformément.

2. Renforcez les traits longs et fins

Les éléments minces comme les porte-à-faux, les crochets ou les attaches sont particulièrement vulnérables dans les structures MJF. Sans renforcement adéquat, ils peuvent se plier, se casser ou se déformer en raison d'une géométrie non soutenue ou d'une contrainte concentrée.

Ce risque augmente avec des rapports hauteur/largeur élevés ou des transitions brusques, en particulier dans la direction Z, où les pièces MJF sont plus exposées à un chauffage et un refroidissement inégaux.

Règle de base :

• Pour les porte-à-faux d'une largeur < 1 mm , conservez le rapport hauteur/largeur (L/l) < 1 .
• Utilisez une épaisseur de base en porte-à-faux minimale de 1 mm pour plus de durabilité.
• Ajoutez des filets ou des nervures aux points de contrainte ou aux fonctions étendues.
• Évitez les bords tranchants et utilisez des transitions douces et progressives pour minimiser les contraintes mécaniques.

3. Optimiser les structures creuses et internes

Les espaces clos tels que les corps creux, les conduits ou les treillis ont tendance à piéger la poudre non fondue. Sans drainage adéquat, la matière emprisonnée alourdit la pièce et complique le post-traitement, notamment pour les géométries complexes. Si ce problème n'est pas résolu, il peut entraîner une mauvaise qualité de surface ou l'obstruction des conduits, rendant la pièce inutilisable ou plus difficile à nettoyer.

Règle de base :

• Inclure deux ou plusieurs trous de drainage (chacun ≥ 5 mm ) sur les côtés opposés des pièces creuses.
• Maintenez un espacement minimum de 1 mm entre les poutres du treillis pour une évacuation efficace de la poudre.
• Dans les conduits, ajoutez une bande ou une chaîne pour faciliter l'élimination de la poudre après impression.
• Pour les conduits plus étroits que 5 mm , utilisez un outil de nettoyage flexible après l'impression.
• Maintenir une épaisseur de paroi de 2 à 3 mm dans les parties creuses et inclure des perforations si elles sont entièrement fermées.
• Partie creuse avec trous de drainage pour la sortie de la poudre
• Pièce avec remplissage structurel en nid d'abeille

• 4. Prévoir un espace libre adéquat entre les pièces

  Les pièces conçues pour s'emboîter, coulisser ou pivoter doivent présenter un espace suffisant. Un espacement trop serré peut entraîner une fusion des surfaces lors de l'impression ou un désalignement après l'assemblage. La MJF ne prenant pas en compte les tolérances mécaniques ni les frottements dans les modèles numériques, les concepteurs doivent compenser par des écarts fonctionnels basés sur le comportement réel.

  Règle de base :

  • Pièces imprimées ensemble : jeu minimum de 0,7 mm .
  • Pour le post-assemblage : utilisez un jeu de 0,4 mm ou de 0,2 mm pour des ajustements serrés.
  • Si les murs ont une épaisseur inférieure à 3 mm , des espaces aussi faibles que 0,3 mm peuvent fonctionner, mais nécessitent des tests.
  • Alignez les pièces dans la CAO pour refléter le positionnement réel de l'assemblage.
  • Ajoutez des dessins ou des notes pour signaler les pièces mobiles pendant le post-traitement.

  • 5. Évitez les grandes surfaces planes

    Les surfaces planes et larges, notamment celles imprimées parallèlement au plan de construction, ont tendance à se déformer en raison d'une répartition inégale de la chaleur et du retrait. L'ajout de nervures de support peut aggraver le problème en concentrant les contraintes. Les surfaces déformées réduisent la précision dimensionnelle, créent des défauts esthétiques et peuvent altérer l'ajustement fonctionnel de la pièce.

    Règle de base :

    • Évitez les grandes surfaces planes (par exemple, les avions de format A4) lorsque cela est possible.
    • Remplacez les zones larges par des treillis, des découpes ou des nervures pour réduire le stress thermique.
    • Gardez les zones plates près du bas de la construction pour minimiser les effets de l'axe Z.
    • Maintenir une épaisseur minimale de 0,3 mm dans les zones larges pour éviter le gondolage.

    6. Minimiser la déformation sur les pièces longues

    Les pièces minces et allongées sont particulièrement sensibles au retrait et à la déformation. Lorsqu'une zone refroidit plus vite qu'une autre, des tensions internes s'accumulent et provoquent le gauchissement de la pièce, notamment en cas de variations brusques d'épaisseur. Cette déformation entraîne souvent des plis, des arêtes irrégulières ou des pièces hors tolérances dimensionnelles.

    Règle de base :

    • Évitez les rapports hauteur/largeur supérieurs à 10:1 (longueur par rapport à largeur) dans les sections non prises en charge.
    • Augmentez l'épaisseur de la paroi pour équilibrer le refroidissement sur les éléments longs.
    • Utilisez des transitions douces pour éviter le stress dû aux changements de géométrie soudains.
    • Creusez ou utilisez des treillis internes pour assurer une distribution et un refroidissement plus uniformes du matériau.

    7. Concevez des raccords rapides en pensant à MJF

    Les emboîtements constituent un moyen simple d'assembler des pièces en plastique, mais nécessitent un dimensionnement précis pour garantir la flexibilité et éviter la casse. Si les surplombs sont trop prononcés ou la poutre trop rigide, elle risque de se casser lors de l'assemblage.

    Concevoir pour MJF signifie comprendre comment le matériau fléchit et où soulager le stress pendant l'engagement.

  • Règle de base :

    • Épaisseur de la base : ≥ 1 mm pour le cantilever.
    • Profondeur de surplomb : ≥ 1 mm pour un verrouillage sécurisé.
    • Ajoutez des rayons = ½ épaisseur de base à la racine pour répartir la contrainte.
    • Chanfreinez la pointe du surplomb pour réduire la force d'insertion.
    • Maintenez l'angle d'assemblage entre 35° et 40° et rétrécissez les poutres pour réduire les contraintes.

    Nikolaus Mroncz

    Responsable de l'ingénierie des ventes

    Pour les conceptions à encliquetage, le PA 11 est la meilleure option. Il offre un allongement à la rupture supérieur à celui du PA 12, ce qui le rend plus flexible et moins sujet aux fissures sous des contraintes répétées ; il est idéal lorsque le crochet doit se plier et reprendre sa forme de manière fiable.

    8. Évitez les trous borgnes profonds sans fuite de poudre

    Les trous borgnes, les bossages de vis ou les cavités profondes peuvent piéger la poudre si elle ne peut pas s'échapper. Plus le trou est profond, plus il est difficile à nettoyer, nécessitant souvent une intervention manuelle.
    La poudre résiduelle dans les trous filetés ou les douilles peut bloquer les fixations ou affaiblir la structure si elle est laissée en place.

    Règle de base :

    • Ajoutez des trous de sortie ou des canaux d’évacuation avec des lignes de vue dégagées.
    • Pour les trous profonds (> 12,7 mm ), incluez plusieurs points de sortie le long de la profondeur.
    • Utilisez des filets à la base des bossages pour renforcer la fonction et réduire les contraintes.

    • 9. Utilisez des détails lisibles en relief et gravés

      Les textes, logos et éléments de surface sont souvent utilisés pour la valorisation de la marque ou l'identification des pièces. Cependant, s'ils sont trop petits, ils peuvent devenir flous à l'impression ou disparaître en post-traitement. Les éléments en relief sont particulièrement sensibles aux traitements de surface tels que le microbillage et le lissage à la vapeur, qui peuvent arrondir les bords et réduire la définition.

      Règle de base :

      • Utilisez une épaisseur de ligne minimale de 0,5 mm pour les éléments en relief et gravés.
      • Gaufré : ≥ 1 mm de hauteur ; Gravé : ≥ 0,5 mm de profondeur .
      • Assurez-vous que la hauteur totale des caractères est d'au moins 2,5 mm pour une bonne lisibilité.
      • Pour de meilleurs résultats, orientez le texte en relief face vers le bas et le texte gravé face vers le haut .
        Évitez les éléments en relief ou gravés de moins de 0,5 mm , car ils risquent de ne pas survivre au post-traitement.

      • Guide de référence des spécifications d'impression 3D MJF

      • Le tableau suivant présente les spécifications de conception de pièces à imprimer en 3D via la technologie d'impression MJF.

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Concevoir efficacement pour l'impression 3D MJF implique de comprendre les contraintes et les opportunités spécifiques de cette technologie. En appliquant les bonnes pratiques de conception, comme le maintien d'une épaisseur de paroi constante, l'ajout d'un drainage aux éléments fermés, la garantie d'un dégagement adéquat des pièces et l'optimisation de leur orientation, vous pouvez réduire le risque de défauts courants tels que le gauchissement, la poussière piégée ou les irrégularités de surface.

Chez JSJM, notre équipe d'ingénieurs vous accompagne dans l'application de ces principes de conception pour obtenir des pièces fiables et fonctionnelles, adaptées à votre application spécifique. Découvrez notre service d'impression 3D MJF pour découvrir comment il peut répondre à vos besoins de prototypage ou de production.