Comprendre les tolérances en impression 3D : guide complet

L’impression 3D offre une flexibilité et une personnalisation sans précédent, révolutionnant l’industrie manufacturière. Cependant, pour obtenir des dimensions précises et des formes exactes dans les objets imprimés en 3D, il est nécessaire de comprendre les tolérances. Dans cet article, nous explorons en profondeur le concept de tolérances en impression 3D, ce qu’elles représentent, pourquoi elles sont importantes et comment elles influencent le résultat final des impressions.

Qu’est-ce que les tolérances en impression 3D ?

Dans le domaine de l’impression 3D, les tolérances désignent la déviation acceptable des objets imprimés par rapport à leurs dimensions ou spécifications prévues. Elles représentent la marge d’erreur entre le fichier de conception et l’objet physique produit.

Obtenir des dimensions parfaitement exactes est souvent impossible. L’exactitude peut être définie comme la proximité d’une valeur mesurée par rapport à sa conception standard. Par exemple, si une pièce est conçue pour mesurer 5 centimètres de long, une version mesurant 5,01 cm est plus précise qu’une mesurant 5,1 cm. Cependant, atteindre exactement 5,00000 cm est rarement réalisable pour la plupart des procédés de fabrication.

En réalité, rien dans notre environnement n’est parfaitement exact. Tout est soit légèrement plus grand, soit légèrement plus petit que sa conception nominale. L’ampleur de cette variation dépend de l’usage prévu et de la méthode de fabrication.

（Source: reddit 3Dprinting)

Il convient de noter que les tolérances s’appliquent généralement aux dimensions des pièces plutôt qu’aux opérations de la machine. La quantité définissant la plage admissible pour les opérations de la machine est, en métrologie, désignée par des termes tels que « exactitude », « précision », « répétabilité », entre autres.

L’importance de comprendre les tolérances

Comprendre les tolérances est essentiel pour obtenir des pièces imprimées en 3D précises et pleinement fonctionnelles. Négliger les tolérances peut entraîner des pièces trop lâches, trop serrées ou incompatibles avec d’autres composants lors de l’assemblage. De plus, les tolérances jouent un rôle crucial dans la qualité, la performance et la fonctionnalité globale des objets imprimés en 3D.

Lors de la détermination des tolérances d’une pièce, l’ajustement est un facteur clé. L’ajustement définit la relation entre les pièces, influençant leur assemblage, leur interaction et la qualité et performance du produit final.

Dans les domaines de l’ingénierie et de la fabrication, on distingue trois types d’ajustements courants, chacun ayant sa propre signification et application selon le scénario :

1) Ajustements avec jeu (clearance fit)

2) Ajustements avec interference (interference fit)

3) Ajustements de transition (transition fit)

Ci-dessous, nous présentons des explications et exemples de ces trois types d’ajustements :

(Source: Linkedin)

1. Ajustement avec jeu (Clearance Fit)

Signification : Un ajustement avec jeu correspond à la présence d’un espace entre les pièces, leur permettant de bouger relativement librement. Ce type d’ajustement est couramment utilisé lorsque un mouvement flexible ou un assemblage pratique est nécessaire.

Exemple : L’ajustement entre le piston d’un moteur automobile et la chemise de cylindre utilise généralement un ajustement avec jeu. Le piston doit pouvoir se déplacer librement dans la chemise sans se bloquer ni subir de friction lors de la rotation à haute vitesse, d’où la nécessité d’un certain jeu.

2. Ajustement serré (Interference Fit)

Signification : Un ajustement serré implique une pression ou interférence entre les pièces pour assurer leur fixation ou connexion. Ce type d’ajustement est souvent utilisé lorsque la sécurité de l’assemblage ou la prévention du desserrage est nécessaire.

Exemple : L’ajustement entre un arbre d’entraînement et un palier utilise souvent un ajustement serré. L’arbre peut être légèrement plus grand que l’alésage du palier, nécessitant l’application d’une pression pour l’emmanchement, afin de former une connexion solide et sécurisée.

3. Ajustement de transition (Transition Fit)

Signification : Un ajustement de transition se situe entre l’ajustement avec jeu et l’ajustement serré, permettant aux pièces d’avoir à la fois un certain jeu et une certaine pression. Ce type d’ajustement est utilisé lorsque une liberté de mouvement relative et une certaine performance de connexion sont requises.

Exemple : L’ajustement de transition entre un arbre et un palier dans un assemblage mécanique est courant. L’arbre est généralement légèrement plus grand que l’alésage du palier pour faciliter l’installation, tandis qu’un jeu intermédiaire assure stabilité et mobilité après assemblage.

Dans l’impression 3D, les processus de conception et de fabrication traditionnels manquent souvent de certaines étapes. Habituellement, le concepteur dessine la pièce et la transmet au fabricant en fournissant les tolérances requises. Le fabricant doit alors respecter ces tolérances.

En impression 3D, le modèle numérique est exporté directement en STL puis imprimé, et aucune information sur les tolérances souhaitées n’est interprétée par le processus. Ni le logiciel de tranchage, ni l’imprimante ne connaissent les tolérances acceptables par le concepteur. Cela signifie que l’utilisateur doit contrôler le design et le processus d’impression pour atteindre les tolérances désirées.

Facteurs influençant les tolérances

Technologie d’impression

Les différentes technologies d’impression 3D présentent des degrés de précision et d’exactitude variables. Par exemple, comparée à la technologie FDM, qui offre généralement une résolution et des tolérances plus faibles en raison de son approche par empilement de couches, l’SLA et le SLS permettent d’atteindre une résolution plus élevée et des tolérances plus strictes. Ainsi, si l’on souhaite imprimer des pièces fines, des petits composants ou des produits nécessitant une surface très raffinée, l’utilisation de l’SLA peut être plus adaptée.

(Source: 3d-print-files)

Propriétés des matériaux

Chaque matériau d’impression 3D possède des propriétés uniques qui influencent sa stabilité dimensionnelle, son retrait et son déformation. Par exemple, lors de l’impression avec des thermoplastiques, il est nécessaire de tenir compte du taux de retrait du matériau afin d’ajuster le design et compensé les variations dimensionnelles de la pièce.

Par exemple, lors de l’impression de grandes pièces avec des matériaux FDM comme l’ABS ou le PLA, il peut être nécessaire d’ajouter des facteurs de correction pour compenser le retrait et garantir que la pièce finale respecte les dimensions prévues.

Complexité du design

Les géométries complexes, les surplombs et les détails minutieux peuvent compliquer le maintien de tolérances strictes. Les techniques d’optimisation du design, telles que le congé, le chanfreinage et les structures de support, permettent de minimiser les déformations et d’améliorer la précision dimensionnelle.

Cela garantit que les pièces restent stables pendant l’impression tout en préservant les détails.

Erreurs logicielles

Lorsqu’un modèle numérique est converti en fichier STL, certains détails sont inévitablement perdus. Par exemple, les objets circulaires sont segmentés en lignes droites et sommets. Toutefois, plus la résolution de conversion est élevée, plus l’erreur dimensionnelle introduite est faible.

Les logiciels de tranchage (slicer) peuvent également générer des erreurs selon leurs algorithmes et paramètres spécifiques. La façon dont le slicer insère les sommets du fichier STL influence fortement le G-code généré, et donc le comportement de l’imprimante 3D.

Ainsi, comprendre et choisir le bon logiciel de tranchage et ses paramètres est crucial avant l’impression. Un slicer de haute qualité peut conserver au maximum les détails du modèle numérique et réduire les erreurs lors de la génération du G-code, améliorant ainsi la précision et la qualité d’impression.

Calibration de l’imprimante

Le taux d’extrusion et la hauteur de couche de l’imprimante affectent directement les dimensions et la qualité de surface des pièces. Par exemple, si le taux d’extrusion est trop élevé, un excès de matière peut se former, entraînant une augmentation des dimensions de la pièce. À l’inverse, un mauvais réglage de la hauteur de couche peut provoquer une adhésion insuffisante entre les couches, affectant la résistance et la qualité de surface de la pièce.

Par conséquent, une calibration correcte de l’imprimante est essentielle pour garantir une qualité d’impression constante et une précision dimensionnelle.

En conclusion, comprendre les tolérances en impression 3D est essentiel pour obtenir des pièces précises, fonctionnelles et de haute qualité. L’équipe JLC3DP maîtrise parfaitement les divers facteurs influençant les tolérances et possède une expérience approfondie pour garantir que chaque projet d’impression respecte les exigences exactes du client.

Grâce à un réglage minutieux des paramètres d’impression et à l’adoption des meilleures pratiques, nous nous engageons à fournir des pièces de haute qualité et haute précision. Si vous avez besoin de services d’impression 3D pour garantir l’exactitude de vos pièces, n’hésitez pas à choisir JLC3DP. Nous offrons un soutien professionnel pour répondre à tous vos besoins.