Un concept multi-dureté pour des pièces imprimées multifonctionnelles

Sirris peut imprimer en 3D par SLS des pièces en TPU avec des zones de dureté différente en jouant soit sur leur structure interne soit sur les paramètres de frittage.

Le SLS (Selective Laser Sintering) est un procédé de fabrication additive en lit de poudre en forte croissance et de plus en plus souvent orienté vers la production de pièces finales. Il traite principalement le polyamide, dont le PA12, mais depuis 3-4 ans, d’autres thermoplastiques ont élargi la gamme  des matériaux disponibles.

Grâce à une machine SLS ouverte sur les paramètres de pilotage, Sirris peut mettre en œuvre par additive manufacturing non seulement le polyamide mais aussi différents matériaux comme le polyuréthane, le polypropylène et d'autres.

Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est intéressant par sa souplesse à température ambiante. Il offre ainsi de nouvelles possibilités en terme de design (semelle de chaussure, raccord souple, protection antichoc). Les duretés Shore du TPU se situent entre 70 et 90 ShA. La mise en œuvre est relativement aisée et la plupart des prestataires de services proposent ce matériau à leurs clients.

Cependant, il est possible d’améliorer les fonctionnalités des pièces TPU en jouant une carte 'multi-dureté'. Une seule et même pièce pourrait posséder différentes zones de dureté pour remplir différentes fonctions. Deux approches sont possibles : jouer sur la densité énergétique lors du frittage de la poudre ou intégrer des structures lattices au sein même des pièces.

La première approche impose une maîtrise des paramètres laser du procédé. Ces paramètres sont la puissance laser, la vitesse de scan et l’espacement de hachurage. Cette approche permet de faire varier la dureté mais sur une plage assez petite, de 70 à 90 ShA. Par ailleurs, une densité énergétique trop faible risque d’amoindrir les propriétés mécaniques de la pièce (délamination, …).

La seconde approche n’est pas liée au procédé mais à la géométrie de base de la pièce. En intégrant des structures lattices au sein-même de la pièce, il est possible de diminuer la dureté apparente jusqu’à 40-50 ShA.

En combinant le contrôle des paramètres machine et l’intégration de structures lattices dans les pièces, Sirris peut innover en matière de design de pièces en profitant, notamment, de l'introduction de gradients de dureté.

Voici ci-dessous un exemple de pièce 'multi-dureté' multifonctionnelle réalisée chez Sirris. Il s'agit d'une roue de trottinette fabriquée d'un seul tenant avec différentes zones :

  • Le moyeu de la roue, d’une dureté de 90 ShA
  • Le pneu, composé :
    • d’une partie interne en structure lattice
    • d’une peau externe d’une dureté de 80 ShA


Ces travaux s'inscrivent dans le projet FEDER IAWATHA.