Taux de renouvellement de la poudre SLS – Comment rafraîchir la poudre pour obtenir des impressions de meilleure qualité

Le taux de renouvellement (ou ratio de rafraîchissement) est un terme que vous rencontrerez fréquemment dans le domaine de l’impression 3D par frittage sélectif par laser (SLS). Mais que signifie réellement ce taux, et quelle est son importance ? Comment réutiliser efficacement la matière pour réduire les coûts et adopter une approche plus durable ? Dans cet article, nous répondons à ces questions tout en démystifiant certaines idées reçues concernant la poudre SLS.

Qu’est-ce que le taux de renouvellement de la poudre en impression 3D ?

Avant d’entrer dans le détail de ce qu’est le taux de renouvellement de la poudre, il est essentiel de comprendre la différence entre les principaux matériaux et technologies d’impression 3D. Pour simplifier, concentrons-nous sur les trois plus couramment utilisées : FDM, SLA et SLS.

Image : pièce imprimée en FDM avec supports

Dans la technologie FDM, vous disposez d’un large éventail de filaments, chacun enroulé sur une bobine. Lors de l’impression 3D, vous utilisez uniquement la quantité de matériau nécessaire, puis, une fois l’impression terminée, vous coupez le filament et vous pouvez réutiliser ce qu’il reste pour une prochaine impression.

Attention cependant : dans le cas du FDM, les structures de support imprimées deviennent un déchet, car elles ne peuvent pas être réutilisées.

Image : modèle imprimé avec une imprimante 3D SLA

Une autre technologie d’impression 3D très répandue – la stéréolithographie (SLA) – vous permet d’imprimer à partir d’une résine liquide. Cette consistance liquide présente de nombreux avantages, notamment une grande finesse de surface et une excellente précision des arêtes. Il est également possible de réutiliser la résine non utilisée après le processus d’impression.

Cependant, deux limites importantes doivent être prises en compte :

1. Les modèles SLA nécessitent toujours des structures de support, ce qui réduit la quantité de résine pouvant être récupérée.
2. Et surtout, la manipulation de résines implique l’utilisation de produits chimiques potentiellement nocifs. Il faut filtrer la résine avant de la réutiliser, et éviter toute exposition à la lumière, sous peine de rencontrer des problèmes lors des impressions suivantes.

Image : lit de poudre imprimée juste avant l’extraction de l’imprimante 3D SLS

Dans la technologie d’impression 3D SLS (frittage sélectif par laser), le matériau utilisé pour imprimer les modèles est une poudre plastique. Cela présente plusieurs avantages. L’un des plus importants est la quasi-isotropie des propriétés mécaniques, contrairement aux caractéristiques anisotropes des impressions FDM à base de filament.

Un autre avantage clé est la possibilité de réutiliser la poudre non frittée au cours du processus. Étant donné que la poudre elle-même joue le rôle de support naturel pour les modèles – un autre bénéfice notable – elle peut être récupérée après l’impression. À l’inverse, dans les technologies FDM ou SLA, les supports imprimés deviennent des déchets.

Lors de son introduction, la technologie SLS a été perçue comme le Graal dans des secteurs comme l’automobile, l’aéronautique ou encore la médecine. La possibilité de fabriquer des objets tridimensionnels à la fois solides et détaillés, amorcée avec la stéréolithographie (SLA), a gagné deux atouts majeurs : la liberté de conception et la capacité de réutilisation sécurisée des matériaux. Dans cet article, nous allons expliquer en détail comment réutiliser la poudre de manière répétée.

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Pourquoi rafraîchir la poudre ?

Dans la technologie d’impression 3D SLS, l’un des facteurs clés du succès est la gestion de la température — et plus précisément, de très hautes températures. L’imprimante SLS doit maintenir une chaleur constante proche du point de fusion du matériau utilisé, tandis que le laser ajoute localement l’énergie nécessaire pour fondre la poudre selon le fichier STL. En conséquence, la poudre non frittée est exposée en permanence à une température élevée, ce qui provoque sa dégradation au fil du temps.

Un autre facteur de dégradation est l’oxydation. Si la poudre reste en contact avec l’air, elle se détériore également. C’est l’une des raisons pour lesquelles nous recommandons de la stocker dans des contenants dédiés et d’ajouter uniquement la quantité calculée de poudre fraîche — nous y reviendrons plus tard.

Un autre point important : la poudre utilisée en impression 3D SLS n’est pas chimiquement pure. Par exemple, si vous pensez que la PA12 est du nylon 12 pur, sachez qu’elle contient en réalité certains additifs, comme des plastifiants. Ceux-ci facilitent l’impression, mais sont également plus sensibles à la dégradation.

Alors, pour prolonger la durée de vie de votre poudre, vous devez ajouter de la poudre fraîche après chaque cycle d’impression. Mais quelle quantité faut-il ajouter ?

Image : cycle de fréquence de rafraîchissement

Qu’est-ce que le taux de rafraîchissement de la poudre ?

Le taux de rafraîchissement de la poudre correspond au ratio minimal de poudre fraîche (également appelée vierge) que vous devez ajouter à votre poudre non frittée réutilisée afin de conserver une qualité d’impression optimale. Plus le taux de rafraîchissement est bas, plus votre production sera rentable.

Chaque impression en SLS 3D laisse une grande quantité de poudre non frittée. Même si vous remplissez au maximum votre volume d’impression avec des modèles, il reste encore un espace libre important entre les pièces, rempli de poudre non frittée servant de support naturel.

Image : taux de rafraîchissement typique pour la poudre PA12

Est-il difficile de rafraîchir la poudre utilisée en impression SLS ?

La première question que beaucoup d’utilisateurs se posent est la suivante : dois-je faire les calculs moi-même ? La réponse est non – le logiciel s’en charge pour vous. Il vous suffit d’ajouter la quantité de poudre fraîche indiquée. C’est un peu comme suivre une recette de cuisine, mais avec un seul ingrédient. Rien de bien compliqué, n’est-ce pas ?

Image : C’est ainsi que l’imprimante vous informe de la quantité de poudre fraîche à ajouter

Après avoir ajouté de la poudre fraîche à la poudre usagée, il est nécessaire de bien les mélanger. Pour cela, vous pouvez utiliser le tamis de Sinterit, qui effectuera automatiquement cette opération pour vous. Une fois le tamisage terminé, vous obtiendrez un seau de poudre prête à imprimer.

Image : tamis à poudre intégré dans la station de traitement de la poudre (PHS)

Quels sont les taux de rafraîchissement des poudres Sinterit ?

Si vous avez déjà consulté les offres de différents fabricants d’imprimantes 3D SLS, vous avez peut-être remarqué des écarts dans les taux de rafraîchissement recommandés pour les poudres. Prenons l’exemple de la poudre SLS la plus courante : le PA12. Ce nylon nécessite un taux de rafraîchissement d’environ 20 à 30 %, et la plupart des fabricants se situent dans cette fourchette. Si vous imprimez fréquemment, un écart de 10 % peut avoir un impact significatif. Alors, de quoi dépend cette différence ?

Tout d’abord, cela dépend des caractéristiques de la poudre. Chez Sinterit, nous disposons d’un département dédié à l’analyse de toutes les poudres disponibles sur le marché, et nous collaborons avec des entreprises comme BASF pour développer des produits finaux parfaitement compatibles avec les imprimantes SLS Lisa, Lisa Pro et Lisa X. Une poudre de meilleure qualité et plus durable permet un taux de rafraîchissement plus faible et davantage de cycles de réutilisation.

Un autre facteur est la densité de remplissage. Certains fabricants recommandent d’ajouter autant de poudre vierge que celle utilisée pour imprimer les modèles. Par exemple, si votre densité de remplissage est de 25 %, votre taux de rafraîchissement sera également de 25 %. Mais si vous imprimez avec une densité plus faible, inférieure à 20 %, cela devient plus délicat. Aucun fabricant ne recommande de descendre en dessous de 15 % de poudre fraîche ajoutée. Toutefois, certains matériaux, comme le TPU, ne nécessitent aucun rafraîchissement.

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Taux de rafraîchissement selon les poudres utilisées

Bien que le PA12 soit la poudre la plus populaire, les imprimantes 3D SLS offrent aujourd’hui un large éventail d’options en matière de matériaux. Cela est particulièrement vrai pour le portefeuille de poudres de Sinterit, qui comprend actuellement neuf poudres, avec une dixième bientôt disponible. Certaines d’entre elles ne nécessitent aucun rafraîchissement.

Si vous utilisez les poudres de la gamme Flexa – des matériaux TPU élastiques – le taux de rafraîchissement est de 0 %, ce qui signifie que vous pouvez continuer à imprimer avec la même poudre tant que les résultats vous conviennent.

À l’inverse, les matériaux plus rigides, comme le PA11, nécessitent un taux de rafraîchissement plus élevé. Le PA11 Onyx, souvent utilisé pour des pièces devant offrir de bonnes propriétés mécaniques et une haute résistance aux chocs avec un allongement important à la rupture, a un taux de rafraîchissement de 33 %. Le PA11 CF, encore plus robuste et polyvalent – considéré comme le matériau le plus performant actuellement disponible pour les imprimantes SLS – nécessite un taux de 40 %. Le taux le plus élevé concerne le PA11 ESD, un matériau biosourcé résistant à la chaleur avec des propriétés de dissipation électrostatique, qui exige un taux de rafraîchissement supérieur encore.

Combien de cycles de rafraîchissement peut-on effectuer ?

Comme tout matériau physique, la poudre se dégrade avec le temps. Il est difficile de déterminer précisément combien de cycles d’impression 3D sont optimaux, car chaque cycle est différent. Par exemple, si vous imprimez de petites pièces lors de travaux courts, la poudre non frittée restera exposée à haute température beaucoup moins longtemps que si vous imprimez un lit presque complet de modèles. Cela n’affecte pas directement le taux de rafraîchissement.

Cependant, gardez en tête qu’au fil des cycles, les bords de vos pièces imprimées peuvent devenir moins nets et les surfaces légèrement moins lisses. Si vous constatez cela, il peut être judicieux d’augmenter légèrement votre taux de rafraîchissement pour compenser la dégradation.

Rafraîchir la poudre, c’est facile

Après avoir lu cet article, vous savez désormais pourquoi il est important de rafraîchir la poudre, quelles sont les proportions recommandées selon les types de matériaux, et que le logiciel Sinterit Studio calcule automatiquement la quantité exacte de poudre vierge à ajouter.

Tout ce que vous avez à faire est de verser la bonne quantité de poudre fraîche, mesurée à l’aide du doseur, dans la poudre récupérée. Le plus simple est d’utiliser le tamis automatique Sinterit, qui mélangera les deux composants à votre place. C’est un processus simple et rapide, comme une recette de cuisine à deux ingrédients.

Une fois le mélange terminé, il est recommandé de conserver la poudre prête à l’emploi dans un récipient hermétique. Et n’oubliez pas de secouer légèrement la boîte après mélange – certaines choses, après tout, doivent être « secouées, pas remuées ».

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