Lissage à la vapeur : une technique pour améliorer la finition des pièces imprimées en 3D

De nombreuses pièces ne sont pas directement utilisables après l’impression 3D et, selon le procédé d’impression choisi, il faut procéder à un nettoyage et à une finition des pièces. De cette manière, il est possible d’améliorer les propriétés mécaniques de l’objet ou d’affiner l’état de surface. Il existe une multitude de techniques envisageables à cet effet, mais elles dépendent toujours de la technologie d’impression, du matériau et de l’application. Parmi les méthodes de traitement de surface des pièces en plastique, on retrouve le lissage à la vapeur, aussi connu sous son nom anglais Vapor Smoothing.

Il s’agit d’un procédé physico-chimique qui permet de densifier et de lisser la surface des thermoplastiques. Le produit chimique est appliqué sur la pièce par injection de vapeur. Plus le traitement chimique est intensif et long, plus la pièce imprimée en 3D est brillante et lisse. Mais comment cela fonctionne-t-il et à quoi faut-il faire attention ?

Comment fonctionne le lissage à la vapeur ?

Le principe du lissage à la vapeur consiste à liquéfier la couche supérieure d’impression sous l’effet de la vapeur et des produits chimiques, et à réorganiser les molécules de surface, ce qui en améliore la structure. Le processus se déroule dans une chambre hermétique et chauffée, dans laquelle les pièces imprimées en 3D sont placées. Le solvant chimique choisi est ensuite chauffé et la vapeur est introduite dans la chambre par un système d’alimentation. Là, la vapeur se condense à la surface des pièces et déclenche une réaction qui fait partiellement fondre la couche supérieure des pièces. Cet effet a pour effet d’égaliser les zones rugueuses ou les pores et de laisser une surface lisse et équilibrée.

Dans les solutions dédiées, cette chambre de lissage est déjà intégrée. Le processus de finition s’y déroule automatiquement en plusieurs étapes. Après le chauffage des pièces, l’ajout du solvant et la fusion chimique, le solvant y est automatiquement aspiré, de sorte qu’il ne reste aucun résidu sur les pièces. Le séchage des pièces s’effectue également directement dans la machine.

Pour obtenir le meilleur résultat, les différents composants ne doivent pas se toucher et doivent être placés ou suspendus sur une grille. On peut ainsi s’assurer que le traitement chimique se fait de tous les côtés et que le résultat est homogène. Or, les pièces fabriquées par fabrication additive présentent souvent des géométries complexes qui compliquent la suspension et le placement. Dans ce cas, selon la géométrie de la pièce, il faut placer des œillets temporaires, voire même penser à des suspensions dans le processus de conception. Ceux-ci peuvent être enlevés après le lissage à la vapeur.

Compatibilité avec les technologies d’impression et les matériaux

Le lissage à la vapeur est une méthode de post-traitement pour les matériaux thermoplastiques. Cela signifie que la technique est compatible avec une grande variété de matériaux – dont le PA, l’ABS, le PC, le PLA, le PP, le TPU, le PETG – qui peuvent être traités dans différentes technologies d’impression 3D. Le procédé est particulièrement apprécié pour les pièces SLS ou MJF, qui présentent une surface rugueuse après l’impression. Mais les pièces fabriquées par FDM peuvent également être retravaillées par vapor smoothing.

Selon le matériau, différents produits chimiques sont utilisés afin de favoriser le meilleur résultat possible. Ainsi, les acétones sont recommandées pour l’ABS et l’ASA, tandis que le trahydrofurane (THF) est recommandé pour le PLA. Pour l’ABS, le PETG et le PC, on peut également utiliser des méthyl éthyl cétones (MEK).

Avantages et applications

Le principal avantage du lissage à la vapeur est qu’il permet de traiter les composants imprimés en 3D de manière à ce que leur qualité de surface et leur esthétique soient équivalentes à celles des pièces moulées par injection. L’aspect et le toucher sont deux arguments décisifs en faveur du vapor smoothing, car il permet de corriger les hauteurs et les profondeurs de la surface et d’obtenir des surfaces uniformes et lisses. Celles-ci favorisent à leur tour le nettoyage des composants et donc l’hygiène. Les composants lissés chimiquement sont plus résistants à l’encrassement et aux bactéries, ce qui permet un large champ d’application des composants traités.

En outre, le lissage à la vapeur permet également d’améliorer les propriétés des composants. Après le traitement, ils se distinguent par une stabilité mécanique accrue, une résistance plus élevée à la flexion et à la traction et une meilleure capacité de glissement. Cet avantage peut être exploité en particulier pour les pièces à parois minces, car la réduction de la porosité pendant le lissage a un effet positif sur la capacité de charge mécanique.

Grâce à la fusion puis au nouveau scellement de la couche supérieure, le vapor smoothing rend également les pièces hydrofuges et résistantes aux produits chimiques, ce qui est particulièrement important pour les pièces conduisant des liquides et assurant l’étanchéité. Les surfaces lisses favorisent également la coloration ou la peinture ultérieures et garantissent une coloration uniforme.

Il faut aussi mentionner le coût, car le lissage à la vapeur permet d’obtenir des résultats rapides et peu coûteux par rapport à d’autres méthodes de finition. Il est efficace et flexible et ouvre un vaste champ d’applications grâce à sa compatibilité avec une large gamme de thermoplastiques. Ainsi, les pièces lissées peuvent remplacer les pièces moulées par injection et être utilisées aussi bien comme prototypes que comme pièces de série.

La surface étanche mentionnée ci-dessus est importante pour les composants transportant des liquides, par exemple les canaux, les conduites et les pièces pour les tests de mécanique des fluides. Associé aux propriétés mécaniques améliorées des pièces, le procédé est donc intéressant pour les composants utilisés dans la construction mécanique, dans l’industrie automobile, mais aussi dans l’aéronautique et l’aérospatiale.

L’amélioration de l’hygiène joue en revanche un rôle central dans l’environnement médical et les pièces lissées chimiquement peuvent répondre aux normes de la médecine, de la dentisterie, mais aussi de l’industrie alimentaire. Les applications de design bénéficient également de cette méthode de finition, car les surfaces lisses et homogènes avec une finition brillante permettent d’obtenir des pièces visibles impressionnantes.

Limites

Bien que le lissage à la vapeur présente de nombreux avantages qui ouvrent la voie à de nombreuses applications, il convient également de mentionner quelques restrictions. En effet, comme pour tout procédé, il faut tenir compte de certains points qui influencent le résultat. Pour obtenir un résultat optimal, les composants doivent être placés correctement dans la chambre de lissage. Comme mentionné au début, les encoches et les crochets naturels dans la géométrie de la pièce sont un avantage, sinon il faut ajouter des œillets ou des suspensions. Il se peut toutefois que ces derniers laissent des traces sur la pièce et réduisent sa qualité.

De plus, les pièces ne doivent pas être trop minces, car le lissage à la vapeur ne convient pas aux pièces dont l’épaisseur de paroi est inférieure à 1-2 mm. Même si la déformation des pièces est inférieure à 0,4 %, le traitement chimique à la vapeur peut entraîner des distorsions et des effets de déformation sur les objets grands et plats.

Enfin, il convient de noter que la manipulation de produits chimiques comporte toujours un certain risque. Une manipulation correcte et une procédure consciencieuse sont essentielles pour sa propre sécurité.

Fournisseurs de solutions de lissage à la vapeur

Bien que le vapor smoothing soit de plus en plus populaire pour le post-traitement des pièces imprimées en 3D, la liste des fournisseurs de machines pour ce procédé est limitée. Le fabricant britannique AMT, qui propose une solution de bureau performante avec son installation PostPro SFX, fait figure de pionnier. Les machines PostPro SF Pure et PostPro SF PP s’adressent en revanche aux utilisateurs industriels. Avec sa série Powerfuse S, DyeMansion vise également le vapor smoothing automatisé pour les applications industrielles.

La startup allemande ASM s’est également spécialisée dans les solutions de lissage à la vapeur. Avec la VX1, l’entreprise propose une solution de post-traitement rapide avec des cycles de 1,5 à 2 heures.

Et vous, utilisez-vous le lissage à la vapeur comme technique de post-traitement ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits photo de couverture : Kingroon