Conception des trous et des réseaux de trous en impression 3D : méthodes de contrôle géométrique de la précision de position aux jeux d’ajustement

I. Principe de formation des caractéristiques de trous et différences de procédé

Les caractéristiques de trous en impression 3D se forment par empilement couche par couche, et leur qualité de fabrication est fortement influencée par la stratification du slicing, le retrait du matériau et l’orientation d’impression. Les trous imprimés par procédé FDM sont généralement elliptiques, en raison des caractéristiques d’écoulement du matériau lors de l’extrusion ; le procédé SLA offre la plus haute précision pour les trous, pouvant atteindre ±0,1 mm, mais le retrait de la résine peut entraîner une réduction du diamètre du trou de 0,5 à 1 % ; le procédé SLS, grâce au soutien du lit de poudre, permet d’obtenir de véritables trous cylindriques, mais avec une rugosité de surface plus élevée.

II. Règles de conception du diamètre des trous et contrôle dimensionnel

Le diamètre minimal du trou est le paramètre principal de la conception. Procédé FDM : le diamètre minimal doit être supérieur ou égal à 2 fois le diamètre de la buse (avec une buse de 0,4 mm, le diamètre minimal du trou est de 0,8 mm, la recommandation pratique étant supérieur à 1,2 mm) ; procédé SLA : le diamètre minimal doit être supérieur ou égal à 0,5 mm, les trous profonds devant tenir compte du problème d’évacuation de la résine ; procédé SLS : le diamètre minimal doit être supérieur ou égal à 0,8 mm, un diamètre trop faible pouvant être obstrué par la poudre non frittée. La conception des tolérances de diamètre doit tenir compte du taux de retrait du matériau : PLA, taux de retrait de 0,3 %, le diamètre conçu doit être augmenté de 0,3 % ; ABS, taux de retrait de 0,6 à 0,8 %, le diamètre conçu doit être augmenté de 0,6 à 0,8 % ; PA12, taux de retrait de 1,5 à 2,5 %, le diamètre conçu doit être augmenté de 1,5 à 2,5 %.

III. Méthodes de contrôle de la précision de position des trous

La précision de position des trous est प्रभावितée par le retrait global de la pièce, le gauchissement et l’orientation d’impression. Les méthodes d’amélioration de la précision de position comprennent : l’optimisation de l’orientation d’impression, l’alignement de l’axe du trou avec la direction des couches pouvant améliorer la précision de position de 15 à 20 % ; l’augmentation de la rigidité de la pièce, en concevant des nervures de renfort autour des trous pour réduire la déformation par gauchissement ; l’utilisation de repères de positionnement, en définissant des points de référence sur le plateau d’impression et en calibrant la position des trous après impression à l’aide d’une machine à mesurer tridimensionnelle. Pour les conceptions de réseaux de trous exigeant une grande précision, il est recommandé d’adopter une chaîne de procédé consistant à imprimer d’abord puis à percer ; prévoir une surcote de 1 à 2 mm pour le diamètre du trou lors de l’impression, puis usiner mécaniquement à la dimension finale après impression.

IV. Stratégies de disposition des réseaux de trous et de conception des ajustements

Un réseau de trous désigne un ensemble de caractéristiques composées de plusieurs trous disposés selon une relation de position spécifique, couramment rencontré dans les assemblages par bride, le positionnement par axe de goupille, les groupes de boulons, etc. La conception d’un réseau de trous doit tenir compte de : la précision de l’entraxe, les références du groupe de trous et le jeu d’ajustement. Règles de conception recommandées : tolérance d’entraxe ±0,2 à 0,3 mm (FDM), ±0,1 mm (SLA/SLS) ; tolérance de diamètre d’ajustement H7 (classe de précision), H9 (classe standard) ; diamètre du trou de passage pour boulon égal au diamètre nominal du boulon plus 0,5 à 1 mm.

V. Méthodes de post-traitement et solutions d’amélioration de la précision

Les méthodes de post-traitement des trous comprennent : le perçage et l’alésage (amélioration de la précision du diamètre jusqu’à ±0,05 mm), l’alésage de finition/reaming (amélioration de la rugosité de surface jusqu’à Ra 1,6 µm), le taraudage (formation d’un filetage intérieur, précision de filetage 6H/6g), le rodage (amélioration de la circularité jusqu’à 0,01 mm). Pour les trous fonctionnels, il est recommandé d’adopter une conception avec insert : prévoir, dans le diamètre imprimé, l’espace nécessaire à l’installation de l’insert, puis obtenir un ajustement de haute précision après insertion d’une pièce standard.