Tolérances pour l’impression 3D

Dans le monde de la fabrication traditionnelle, les ingénieurs sont habitués à des tolérances serrées, souvent de l’ordre du micron. Mais dans l’impression 3D, les attentes doivent être ajustées. Les tolérances, c’est-à-dire la variation dimensionnelle acceptable entre la CAO et la pièce imprimée finale, jouent un rôle essentiel dans la fonctionnalité des pièces, en particulier lorsqu’il s’agit de concevoir des composants mécaniques ou à emboîtement.

Pour concevoir des pièces imprimées en 3D qui s’adaptent et fonctionnent comme prévu, il est essentiel de savoir quel espace libre laisser, comment les différentes technologies se comportent et comment prévoir le rétrécissement ou le post-traitement.

Qu’est-ce que la tolérance dans l’impression 3D ?

La tolérance fait référence à l’écart admissible par rapport aux dimensions prévues d’un objet imprimé. Elle est particulièrement importante dans les assemblages, les pièces mobiles, les assemblages par encliquetage ou les composants appariés, où même une fraction de millimètre peut affecter l’ajustement ou le mouvement.

L’impression 3D étant un processus additif, chaque couche introduit de légères variations dues à la température, à l’écoulement du matériau, aux limitations mécaniques ou au comportement de la poudre (dans les systèmes à base de poudre). Cela signifie que les tolérances de l’impression 3D sont souvent plus larges que celles des méthodes soustractives et qu’elles dépendent fortement de l’imprimante, du matériau et de l’environnement.

Plages de tolérance standard par technologie

Les différentes technologies d’impression 3D offrent des niveaux de précision et de répétabilité variables. Voici ce à quoi vous pouvez généralement vous attendre :

FDM/FFF : de +/-0,15 mm à +/-0,3 mm, souvent plus pour les grandes pièces ou les imprimantes bas de gamme,
SLA/DLP : ±0,1-0,2 mm, avec un niveau de détail élevé mais un risque de déformation pour les pièces de grande taille,
SLS : ±0,2 mm ou ±0,3 %, avec une bonne isotropie et sans distorsion induite par le support,
MJF : similaire au SLS, mais avec une uniformité des dimensions légèrement supérieure,
DMLS/SLM (métal) : ±0,1-0,2 mm, mais une compensation du retrait doit être prévue,
PolyJet : ±0,1 mm ou mieux, convient pour les modèles détaillés et de haute précision.

Ces plages sont typiques – et non absolues – et peuvent varier en fonction de la taille de la pièce, de sa géométrie, de l’étalonnage de la machine et des étapes de post-traitement.

Concevoir en pensant au dégagement

Si vous concevez des pièces qui doivent s’emboîter, l’espacement est tout aussi important que la tolérance. Si l’espacement entre les surfaces n’est pas suffisant, les pièces imprimées risquent de fusionner, de frotter ou tout simplement de ne pas s’emboîter du tout.

En règle générale.

Utilisez au moins 0,2-0,4 mm d’espace libre pour SLS/MJF,
Pour le FDM, commencez par 0,4-0,6 mm, en particulier pour les impressions de grande taille,
Pour le SLA, 0,1-0,2 mm peut suffire, mais les pièces peuvent gonfler en raison du durcissement de la résine,
En cas de doute, testez l’ajustement avec un test d’impression de tolérance pour votre combinaison imprimante-matériau.

Gardez à l’esprit que les tolérances s’accumulent d’un assemblage à l’autre. Ainsi, si deux pièces varient chacune de ±0,2 mm, leur variance combinée peut affecter l’alignement de manière significative.

Comment améliorer la précision dimensionnelle

Bien qu’un certain niveau de variation soit inévitable, il existe des stratégies pour améliorer les résultats :

tenir compte du retrait et du gauchissement de matériaux tels que le PA12 ou l’ABS,
étalonnez régulièrement votre imprimante – en particulier les axes et le flux de matériaux,
orientez votre pièce de manière stratégique afin de minimiser les surplombs et les zones de retrait,
utiliser des modèles de test de tolérance (comme les cubes coulissants ou les benchmarks snap-fit) pour déterminer les performances « réelles » de votre machine,
le post-traitement si nécessaire – comme le ponçage, l’alésage ou l’usinage pour obtenir l’ajustement final,

Résumé

La conception en fonction de la tolérance est un élément essentiel de la réussite de l’ingénierie avec l’impression 3D. Quelle que soit l’avancée de la technologie, les pièces présenteront toujours un certain niveau de variation dimensionnelle. En comprenant les tolérances attendues de votre méthode d’impression et en prévoyant des espaces libres dans vos conceptions, vous éviterez les frustrations liées à l’assemblage, les ajustements ratés ou les réimpressions qui prennent du temps.

Une bonne planification des tolérances n’est pas seulement une question de précision, c’est aussi une question de fiabilité, de répétabilité et de conception plus intelligente du début à la fin.

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