Les formes géométriques très complexes que permet de réaliser avec beaucoup de facilité l’impression 3D, peuvent néanmoins nécessiter l’utilisation de ce qu’on appelle des structures de supports. Cette précaution concerne plus particulièrement certains procédés comme le FDM (dépôt de matière fondue). Lorsqu’un objet dépasse un certain degré d’inclinaison, il devient alors nécessaire d’ajouter des soutiens pour combler le vide sous la partie en surplomb pour ne pas qu’elle s’affaisse. Pour faire comprendre la nécessité de ces supports, mais aussi leur impact dans la conception, le temps de réalisation et le résultat final d’une impression, Primante3D a interrogé BCN3D, le spécialiste espagnol des imprimantes 3D de bureau FDM professionnelles.
« les porte-à-faux dont l’angle par rapport à la verticale est supérieur à 45º nécessitent généralement des supports »
Eric Pallarés, directeur technologique de BCN3D
Dans quelles situations est-il préconisé d’utiliser des structures de support en impression 3D FDM ?
Des structures de support sont nécessaires pour la fabrication de géométries comportant des porte-à-faux. Pour l’illustrer de manière simple, nous pouvons imaginer une pièce en forme de T. Les zones qui dépassent sur les côtés de la structure centrale ont besoin de supports, sinon lorsque le matériau fondu est déposé dans l’air, il s’effondre, générant un défaut dans la pièce. Pour avoir un ordre de grandeur, les porte-à-faux dont l’angle par rapport à la verticale est supérieur à 45º nécessitent généralement des supports pour avoir une bonne finition.
Quelles sont les différentes structures de support possibles en impression 3D FDM et leurs particularités ?
Le premier facteur à prendre en compte est le type de matériau utilisé. Certains sont faciles à enlever, soit parce qu’ils sont solubles, soit parce qu’ils peuvent être brisés sans grand effort. Et d’autre part, il faut regarder la structure des supports eux-mêmes. En FDM, le plus courant est d’utiliser des supports en accordéon, faciles à retirer, ou de bons supports en grille, plus rigides et adaptés aux grandes géométries. Les deuxièmes supports plus utilisés en impression 3D FFF ou FDM sont les supports de type arbre qui sont presque exactement ce à quoi ils ressemblent. Ils partent d’une paire de « troncs » près de la base de votre impression et se ramifient pour soutenir des porte-à-faux sur votre modèle à mesure que la hauteur augmente. L’impression 3D de ces supports permet d’économiser du matériel et du temps d’impression.
Principaux types de supports selon qu’on imprime des structures en formes de Y, H ou T en FDM (crédits photo 3D Hubs)
Comment imprimer un support selon que l’on utilise une imprimante 3D à simple ou double extrusion ?
Dans les imprimantes à extrudeuse unique, le matériau de la pièce et la structure de support sont du même type. Cela rend difficile le retrait des supports, qui doit être effectué manuellement et détériore souvent l’interface entre les supports et la pièce finale. Avec une imprimante 3D à double extrusion, un matériau différent peut être utilisé pour la pièce et le support, ce qui facilite le retrait des supports.
Déterminer le meilleur emplacement de ces structures de soutien peut se révéler compliqué. S’agissant du logiciel d’impression 3D le plus populaire, quelles sont les fonctionnalités dédiées dans Cura ?
Cura vous permet de déterminer la géométrie des supports, leur densité, de les optimiser pour réduire le gaspillage de matériaux, d’améliorer leur adhérence à la surface d’impression ou de définir des zones du modèle où les supports ne doivent pas être créés. La fonctionnalité « Tree support » par exemple, permet de générer comme son nom l’indique, des supports organiques en forme d’arbres. Ces supports arborescents en forme de branches convergent vers les zones en surplomb. Ce type de support offre l’avantage de réduire les zones de contact et d’offrir une meilleure finition de surface.
« BVOH est apparu en force, un matériau également hydrosoluble, mais plus facile à imprimer que le PVA »
« Tree support » une fonctionnalité de Cura permettant de générer des arborescences sous les parties en surplomb (crédits image Ultimaker)
Quels sont les différents filaments de support actuellement disponibles sur le marché et leurs particularités?
Le matériau de support le plus courant aujourd’hui est le PVA (alcool polyvinylique), un polymère soluble dans l’eau, principalement compatible avec le PLA. Au fur et à mesure de la croissance du marché, différentes formulations de PVA sont apparues pour améliorer son imprimabilité, sa vitesse de dissolution ou sa compatibilité avec d’autres matériaux tels que le PET-G, le TPU, ou encore le PA.
Récemment, le BVOH (Butenediol vinyl alcohol co-polymer) est apparu en force, un matériau également hydrosoluble, mais plus facile à imprimer que le PVA, avec une meilleure dissolution, trois fois plus rapide, et une compatibilité avec une gamme de matériaux beaucoup plus large : du PLA aux polymères techniques comme l’ABS ou le PA.
Traditionnellement, le HIPS a également été utilisé comme matériau de support, notamment pour l’ABS. Cependant, le HIPS n’est pas soluble dans l’eau, mais dans un solvant organique. La difficulté d’utiliser des produits chimiques dans les bureaux ou les ateliers, et l’apparition de matériaux qui ne nécessitent que de l’eau chaude, ont fait que ce type de matériau est de moins en moins utilisé.
En arrière plan, support BVOH soutenant l’impression d’un cadre de moto électrique imprimé par l’école de design Elisava à Barcelon avec une Epsilon W50
Quelles sont les opérations de post-traitement et les équipements nécessaires pour éliminer les substrats ?
Pour l’impression avec des polymères hydrosolubles, tels que le PVA et le BVOH, aucun équipement spécial n’est nécessaire : il suffit d’utiliser de l’eau courante, idéalement chaude (mais pas trop, sinon la pièce imprimée sera déformée, donc soit environ environ 35°C). Pour accélérer la dissolution, il est toutefois conseillé d’utiliser beaucoup d’eau, ou de l’eau du robinet, afin qu’elle ne soit pas saturée par le polymère dissolvant. Si, en plus, on utilise un élément d’agitation, comme les ultrasons, cela facilite l’enlèvement des supports dans les zones difficiles d’accès, comme les trous ou les cavités.
« il est conseillé d’utiliser un élément qui garantit que la bobine se trouve dans une atmosphère exempte d’humidité »
S’agissant de filaments particulièrement sensibles à l’humidité, il y a t-il des précautions particulières à prendre en terme de conservation ?
Il est essentiel de stocker les bobines dans des récipients hermétiques avec des sachets dessicants. N’oubliez pas qu’en quelques heures d’exposition à l’humidité ambiante, le PVA ou le BVOH absorbera suffisamment d’humidité pour provoquer des échecs d’impression. Par conséquent, pendant l’utilisation de la bobine, il est conseillé d’utiliser un élément qui garantit que la bobine se trouve dans une atmosphère exempte d’humidité. C’est précisément la principale vertu de l’armoire intelligente BCN3D : garantir un environnement à très faible humidité relative.
