La nature d’une surface est définie par trois caractéristiques : la stratification, la rugosité de la surface et l’ondulation. Elle comprend les petites déviations locales d’une surface par rapport à l’idéal parfaitement plat, ou un vrai plan.
Récemment, les fabricants d’imprimantes 3D métal se sont penchés sur les finitions de surface et ont obtenu des résultats remarquables. Certaines sociétés d’impression 3D métal, comme 3DEO, peuvent obtenir une rugosité de surface inférieure à 10 μin (0,3 μm) Ra avec des options telles que le polissage, la nitruration noire, le microbillage et quelques autres. Plongeons davantage dans les finitions de surface avec la fabrication additive.
RUGOSITÉ DE LA SURFACE
La rugosité de surface est une mesure de la variance de la topologie de la surface d’une pièce. La rugosité peut affecter l’esthétique de la pièce (par exemple brillante ou maNe) et son comportement mécanique comme l’amorce de fissures, la résistance à l’usure, la durée de vie en fatigue, la dynamique marine, l’étanchéité, les roulements et les fluides.
Plus les surfaces sont rugueuses dans une machine dynamique intégrée, moins celle-ci fonctionne silencieusement, efficacement et en toute sécurité.
La réduction de la rugosité, ou du frottement, est essentielle dans les pièces mécaniques comme les pistons, les roulements et les surfaces d’étanchéité, où un contact trop important entre les surfaces mobiles peut entraîner une usure rapide. Les spécifications peuvent varier selon les cas, mais la douceur requise d’une pièce d’utilisation finale peut être un facteur important dans le calcul de son coût.
L’analyse de la rugosité des surfaces comprend l’utilisation de paramètres pour inspecter et déterminer si la pièce fabriquée répond aux normes de contrôle de la qualité. Cela aide les fabricants et les concepteurs à quantifier la rugosité de la finition de surface qu’ils choisissent.
Mesurer la rugosité de la surface
Le profil d’une surface est mesuré à l’aide d’un profilomètre qui détecte et enregistre le pas, la courbure et la planéité d’une surface. Ces données sont ensuite utilisées pour calculer la rugosité de la surface, généralement à l’aide de l’un des paramètres ci-dessous.
Ra – Rugosité moyenne
Ra est la moyenne arithmétique des hauteurs de surface mesurées sur une surface entière. En termes simples, il s’agit de la hauteur moyenne des pics et des vallées microscopiques sur une surface donnée.
*Ce terme est le plus couramment utilisé en Amérique du Nord.
Rz – Profondeur moyenne de rugosité
Rz est calculé en mesurant et en faisant la moyenne des distances verticales entre le pic le plus élevé et la vallée la plus basse sur cinq longueurs d’échantillonnage.
*Ce procédé est le plus couramment utilisé en Europe.
RMS – Root Mean Square
La valeur efficace est calculée comme la moyenne quadratique des pics et des vallées microscopiques mesurés sur une surface.
Options de finition de surface dans l’impression 3D métal
L’impression 3D métal s’impose rapidement comme une technologie de fabrication en plein essor. Plutôt que de fabriquer des pièces de manière conventionnelle par MIM ou CNC, les imprimantes 3D métal fabriquent des pièces couche par couche pour produire des objets complets. Le passage de la fabrication traditionnelle à l’impression 3D métal présente de nombreux avantages, notamment la flexibilité du développement de produits, la liberté de conception et le faible risque de la chaîne d’approvisionnement. Bien que ces avantages soient importants, la finition de surface a toujours été un défi difficile pour les applications finales, notamment en raison des finitions obtenues à l’état imprimé. En tant que tel, le post-traitement est une opportunité importante pour les imprimantes 3D à grand volume à long terme.
Si l’impression 3D métal offre une multitude d’options de finition de surface, la « bonne » finition dépend de l’application de la pièce.
Comme chaque cas est différent, la compréhension des finitions de surface aide les équipes de conception et d’ingénierie à saisir les coûts et les avantages associés à l’obtention de la finition la plus appropriée pour les pièces imprimées. 3DEO offre des options pour presque tous les cas d’utilisation et produit aujourd’hui des pièces dans une grande variété d’industries.
Différents procédés de finition de surface des métaux
Il existe cinq grandes catégories de procédés de finition de surface, chacune d’entre elles offrant des propriétés esthétiques, de toucher et de pièces différentes.
1. Finition standard – Les pièces sont « frittées » selon le procédé d’impression 3D standard
2. Finition de l’arête de coupe non définie – Sablage, finition par vibration
3. Finition par additif chimique – Superfinition isotrope, finition par vibration
4. Finition par énergie électrique – Électropolissage, métal DryLyte
5. Solidification par déformation plastique – Grenaillage de précontrainte
Voici 7 procédés de finition développés avec plus de détails.
● Bead Blasting Finish – Processus de finition permettant d’obtenir une surface lisse sans affecter les tolérances. Finition de surface de type MIM, idéal pour les applications non réfléchissantes, 32-64 μin (0.8-1.6 μm) Rugosité de surface Ra.
● Vibratory Finish – Processus d’usinage avec un bord de coupe non défini. L’objectif est d’améliorer la qualité de surface des petites pièces. Cela se fait par l’arrondissement des bords, le lissage et le meulage.
● Polished Finish – Finition miroir avec un procédé de polissage de production unique. Idéal pour les exigences esthétiques et fonctionnelles, 10 μin (0.3 μm) Ra rugosité de la surface.
● Finition par centrifugation – Finition de surface entièrement automatisée qui permet d’ébavurer et de polir de grandes pièces métalliques.
● Black Nitride Finish – Durcissement chimique de l’acier qui produit une finition noire. Qualité de surface plus dure et plus durable. Idéal pour les applications nécessitant une finition noire.
● Shot Peening Finish – Le but du grenaillage de précontrainte est de renforcer la surface et de la solidifier par déformation plastique, modifiant ainsi les propriétés mécaniques de la surface.
● As-Printed Finish – Finition de surface à l’état « tel qu’imprimé » sans opération secondaire. Cette méthode comprend un fini mat comparable à celui du moulage à la cire perdue avec une rugosité de surface de 100 μin (2,5 μm) Ra. La surface peut être polie pour obtenir une finition plus brillante avec un simple outillage en carbure.
La finition de surface chez 3DEO
En tant qu’entreprise d’impression 3D métal, spécialisée dans la fourniture de petits composants complexes en acier inoxydable à des clients des marchés de la médecine, de la défense, de l’aérospatiale et des équipements industriels, 3DEO est consciente de l’importance de la finition de surface. Elle propose une finition polie, un microbillage, du nitrure noir, du nickel chimique, du cerakote et une finition mate. Grâce à sa technologie Intelligent Layering® de la société, les propriétés des pièces dépassent la norme MPIF 35, référence de l’industrie, tout en obtenant des tolérances serrées et une finition de surface supérieure.
Spécifications des matériaux en acier inoxydable 17-4 PH de 3DEO à l’état imprimé
● Densité relative : 99,5%.
● Rugosité de la surface imprimée : 100-120 μin (2,5-3,1 μm) Ra
● Dureté : 34-42 HRC
CONCLUSION
Les raisons d’utiliser un fini de surface s’appliquent à la fois aux pièces imprimées en 3D et aux pièces fabriquées selon des méthodes traditionnelles. Quoi qu’il en soit, tous les aspects de votre pièce, tels que le matériau, la forme, l’épaisseur et le poids de la pièce, son utilisation prévue et l’environnement dans lequel elle sera utilisée, doivent être pris en compte avant de décider du meilleur procédé de finition de surface. Bien sûr, les différentes options de finition ont des coûts différents, mais en fin de compte, la décision sur l’option à utiliser dépend de l’application de la pièce et des exigences de performance.