SLS (frittage poudre)

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SLS (frittage poudre)

Le frittage sélectif par laser est la traduction du nom anglais Selective Laser Sintering dont le sigle connu est SLS.

Cette technologie de fabrication additive a été inventé, dans les années 1980, par Carl R. Deckard, inventeur, enseignant et businessman à l’Université du Texas à Austin, aux États-Unis. La technologie fut ensuite brevetée par l’entreprise DTM Corporation. Celle-ci fut rachetée, en 2001, par la société 3D Systems.

Classée dans la catégorie des procédés de fabrication additive à fusion sur lit de poudre, elle permet la production de pièces ou d’objets en métal, en plastique, en verre, en céramique ou en composite grâce à un ou plusieurs lasers haute puissance.

Le fonctionnement de l’impression 3D SLS

Généralement, les imprimantes 3D utilisant le frittage sélectif par laser sont composées d’une chambre de construction avec une plate-forme mobile, entourée à gauche et à droite par deux pistons fournissant la poudre, d’un puissant laser et d’un rouleau ou d’une raclette pour étaler le matériau. La chambre doit être maintenue à une température constante pour éviter les déformations.

Avant l’impression, la plate-forme de fabrication est remontée au maximum tandis que les pistons sont à leur point le plus bas. La poudre est étalée en une couche uniforme sur tout le plateau d’impression. Le laser trace alors la section 2D sur la surface de la poudre, la frittant, en suivant le modèle CAO (conception assistée par ordinateur). La plate-forme de fabrication descend de l’épaisseur d’une strate tandis qu’un des pistons d’approvisionnement en poudre monte. Une nouvelle couche est étalée sur toute la surface par le rouleau. Le processus d’impression se répète jusqu’à ce que la pièce soit terminée.

Processus d’impression 3D par frittage sélectif par laser

  1. Dans une imprimante 3D SLS, la poudre est étalée sur le plateau d’impression.
  2. L’imprimante 3D chauffe celle-ci à une température légèrement inférieure à celle de fusion.
  3. Un système de piston permet la distribution du matériau sur le plateau de fabrication.
  4. La plateforme s’abaisse d’une seule couche dans la chambre de fabrication, généralement entre 50 et 200 microns, puis un rouleau ou un racleur applique une nouvelle couche de poudre.
  5. Ce processus d’étalage se répète couche après couche jusqu’à ce que l’impression soit terminée.
  6. Un laser imprime la pièce par couches successives en respectant le modèle 3D numérique divisé en tranche.
  7. Le laser est guidé par un miroir.
  8. Il est un élément primordial de l’impression 3D SLS.

Lorsqu’une impression est terminée, les pièces refroidissent dans la chambre de l’imprimante 3D, avant d’être retirées.

Elles sont ensuite séparées les unes des autres et nettoyées de l’excès de poudre. Ce processus est généralement terminé manuellement au niveau d’une station de nettoyage en utilisant de l’air comprimé ou une soufflante.

Les avantages de l'imprimante 3D SLS

Finesse et précision

L’une des grandes forces de l’imprimante 3D à poudre, c’est que le laser construit la forme en suivant directement les instructions du logiciel 3D. Vos données CAO sont reproduites fidèlement par la machine, avec une précision microscopique. De plus, une fois qu’il est passé en soufflerie, le produit fini présente une surface parfaite. Ces caractéristiques font de l’impression 3D SLS l’outil idéal pour concevoir et fabriquer des objets qui nécessitent une finesse d’exécution remarquable (comme des éléments destinés à la chirurgie ou à l’aéronautique), mais elles permettent également aux créatifs de laisser leur imagination explorer des structures que d’autres machines seraient impuissantes à finaliser.

Souplesse et solidité

Le frittage selectif laser permet de concevoir et de construire des éléments qui pourront être utilisés dans toutes sortes de conditions. Les matériaux polyamides, selon la façon dont ils sont travaillés, donneront naissance à des objets allant d’une belle élasticité à une robustesse à toute épreuve. De même, en fonction de vos besoins, l’imprimante 3D SLS vous permettra de produire des éléments destinés au domaine alimentaire ou médical, ainsi que de leur donner de la résistance au feu ou à la pression.

Produire en série

De par son principe même, l’imprimante 3D à poudre vous donne l’opportunité de produire de nombreuses pièces identiques en une seule fois. Pour une qualité toujours parfaite, l’impression 3D SLS produit le nombre d’éléments que vous aviez en tête beaucoup plus rapidement que d’autres machines. De plus, elle utilise beaucoup moins de matière et les pertes de matériaux sont infimes. Que ce soit pour vos prototypes ou pour des objets déjà fonctionnels, vous pouvez miser sur la performance de cette technologie hautement efficace.

L'impression 3D SLS : quelles applications ?

Industrie automobile, architecture et aéronautique

Comme nous l’avons vu plus haut, les imprimantes SLS industrielles permettent d’atteindre une complexité et une finesse inégalées jusque-là. C’est donc sans surprise qu’on les retrouve dans l’industrie automobile. L’impression 3D SLS peut y produire en série des pièces au design très complexe ou qui résistent parfaitement à la chaleur. C’est pour ces mêmes raisons, d’ailleurs, que l’on retrouve ce procédé de fabrication dans l’aéronautique.

En ce qui concerne le secteur de l’architecture, les imprimantes 3D SLS y jouent aujourd’hui un rôle également important. Les architectes, après avoir élaboré leurs plans sur un logiciel 3D, peuvent concrétiser en seulement quelques heures une maquette qu’il sera ensuite possible de modifier entièrement en fonction des demandes du client.

Santé et éducation

La santé et l’éducation sont deux secteurs que les imprimantes 3D à poudre investissent également peu à peu. Que ce soit pour la chirurgie dentaire ou pour les interventions en bloc opératoire, la souplesse et la précision des imprimantes 3D SLS tend à les rendre indispensables. Il a même déjà été rencontré le cas où des éléments chirurgicaux ont été produits en même temps qu’une intervention, dans le but de coller au plus près des besoins du patient !

En ce qui concerne le secteur de l’éducation, on comprend sans peine tout l’intérêt que voit le corps enseignant dans ce type de machine. Le fait de pouvoir produire en un minimum de temps des objets concrets qui permettront aux élèves de saisir des notions qui sinon resteraient abstraites est réellement un vrai plus.

L'impression 3D SLS : le champ des possibles est à peine exploré

Toutes les qualités que l’on a énoncées sont prometteuses et parfois la réalité rejoint même la fiction. Par exemple, dans le domaine spatial, les imprimantes 3D sont utilisées dans les stations pour produire sur place des objets du quotidien !

Il est à noter toutefois que, bien que capable de produire rapidement des objets en polyamide d’une excellente qualité, les imprimantes 3D SLS ne conviennent pas pour la fabrication de pièces métalliques. La bonne nouvelle ? Une machine au fonctionnement très proche existe et est entièrement destinée à l’impression d’objets en métal : il s’agit de l’imprimante 3D SLM.

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De nombreux industriels utilisent aujourd’hui l’impression 3D SLS. Ce procédé a fait ces preuves tant pour la qualité et la productivité du système de fabrication que pour la large gamme de matériaux qu’il offre. De nombreux avantages non négligeable !

  • La technologie de frittage sélectif par laser ne requiert pas de structures de support. Les pièces imprimées sont tenues par la poudre qui entoure celles-ci.
  • Les lasers ont une vitesse de balayage élevée et sont extrêmement précis (ce qui diffère de l’impression par dépôt de matière comme le FDM). Ils permettent ainsi d’imprimer des pièces avec une grande précision et une bonne productivité.
  • L’impression 3D SLS fonctionne avec une grande gamme de matériaux : métal, polymère, verre, céramique ou matériau composite.

La technologie d’impression 3D SLS permet de la production de pièces en utilisant une large gamme de différents matériaux disponibles sur le marché comme des métaux tels que l’acier ou le titane, mais aussi des polymères : nylon ou PA12 (peu résistant en température mais souple), du verre, des céramiques ou encore des composites. En fonction de ceux-ci, les propriétés de la pièce produite sont différentes.

Une partie du matériau non utilisée lors d’une impression peut être filtrée puis recyclée. Celle-ci devra toutefois être mélangée à de la poudre neuve, avant d’être remise dans l’imprimante. Le recyclage des poudres est actuellement un enjeu important pour les fabricants de systèmes, mais aussi pour les utilisateurs.

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