Quel impact du type de remplissage sur la solidité d'une pièce imprimée en 3D ?

Avertissement : Vous êtes autorisés à reprendre cette étude sous réserve de la publication d'un lien explicite et sans ambiguïté vers cette page. Toute autre reproduction sans citation de la présente source sous forme d'un lien vers cette page est interdite.

Cette étude a été réalisée grâce au banc d'essai d'éprouvettes imprimées en 3D conçu et fabriqué par Filimprimante3D. Cette étude ne fait référence à aucune norme et ne présente pas de caractère scientifique.

Contexte de l'essai

Le remplissage d'une pièce imprimée est une caractéristique inhérente à l'impression 3D. A l'inverse d'une pièce moulée, forcément pleine, il est possible grâce à la fabrication additive de remplir partiellement l'intérieur des pièces. Ceci présente plusieurs avantages :

  • gain de masse
  • gain en temps d'impression
  • diminution de la quantité de matière utilisée

Les logiciels de tranchage permettent de paramétrer le remplissage des pièces imprimées en 3D. Il est tout d'abord possible de travailler sur le taux de remplissage. Le taux de remplissage standard de 30% est un bon compromis entre rendu de la pièce, solidité, temps d'impression et quantité de matière utilisée. Le second paramètre concerne le type de remplissage. Les logiciels de tranchage permettent la sélection d'une multitude de type de remplissage : linéaire, grille, cubique, nid d'abeille, etc.

Parmi les types de remplissage les plus couramment utilisés on trouve le remplissage de type "rectilinear" et le remplissage en "nid d'abeille". Le remplissage de type "rectilinear" est constitué de deux séries de lignes parallèles disposées selon un angle prédéfini (généralement 45°). Le remplissage de type "nid d'abeille" présente comme son nom l'indique une structure similaire aux alvéoles d'un nid d'abeille.

A travers cette étude nous avons souhaité voir s'il était possible de mettre en évidence une différence de résistance à la flexion sur des éprouvettes imprimées avec remplissage en nid d'abeille ou de manière rectilinear.

Les éprouvettes ont été imprimées "à plat". En effet une impression sur "l'arête" n'aurait pas permis de valoriser le type de remplissage.

Le logiciel Sipmlify3D a été utilisé afin de générer les gcode. Notons que nous avons du ajuster les taux de remplissage afin que les masses des éprouvettes (et donc la quantité de matière première utilisée) soient identiques.

Aussi les taux de remplissage sont les suivants :

  • remplissage de type rectilinear : 30% (masse d'une éprouvette : 17.5 grammes)
  • remplissage de type nid d'abeille (full honeycomb) : 32% (masse d'une éprouvette : 17.4 grammes)

Les temps d'impression par éprouvette sont identiques.

Description de l'essai

  • Banc d'essai utilisé : banc d'essai R1 Filimprimante3D
  • Imprimante 3D utilisée : Original Prusa MK2
  • Diamètre de sortie de buse : 0.4 mm
  • Filament utilisé : PET-G dailyfil naturel, référence DAF241763, numéro de lot 491969
  • Nombre d'éprouvettes testées par paramètre d'impression variant : 5
  • Vitesse d'essai : 20 mm/min
  • Pas d'avancement de la traverse mobile : 0.1 mm
  • Atmosphère d'essai : température : 18.5°C | hygrométrie : 47.8%

Les principaux paramètres d'impression fixes des éprouvettes sont :

  • Température d'impression : 220°C
  • Température de plateau : 70°C
  • Ventilation : 30%
  • Vitesse d'impression : 60 mm/s
  • Nombre de passages pour les murs (périmètres) : 2
  • Nombre de couches pleines à la base : 4
  • Nombre de couches pleines au sommet : 4

Paramètres variants : type de remplissage : nid d'abeille "Full Honeycomb", "rectilinear"

Remplissage en nid d'abeille VS "rectilinear"

impression-a-plat.jpg

Résultat de l'essai

Le graphique ci-dessous présente le comportement des 10 éprouvettes avec en abscisse la flèche exprimée en mm et en ordonnée la charge exprimée en kg.

  • E1, E2, E3, E4, E5 : nid d'abeille Full Honeycomb
  • E6, E7, E8, E9, E10 : rectilinear

Au total, 2195 mesures ont été réalisées.

pet-g_dailyfil_epaisseur-de-couches-a-pl

L'éprouvette E4 a rompu.

Interprétation de l'essai

Il est difficile d'identifier une différence entre les deux séries d'éprouvettes.

La conclusion de cet essai est donc qu'aucune différence de propriété en flexion ne peut être mise en évidence selon le type de remplissage en nid d'abeille ou rectiligne.