Quels supports sont utilisés en SLS métal et quelle est la difficulté de leur retrait ?

Du point de vue de l’ingénierie, ce que beaucoup appellent « SLS métallique » fait en réalité référence aux procédés de fusion sélective sur lit de poudre métallique, tels que l’impression 3D métallique DMLS ou la fabrication additive métallique SLM. Contrairement au SLS polymère, ces procédés reposent sur des structures de support dédiées, construites à partir de la même poudre métallique que la pièce. Ces supports sont essentiels pour la gestion thermique et le contrôle de la déformation, mais leur retrait et le post-traitement représentent une étape non négligeable.

Types de supports utilisés en SLS métallique

La fusion sur lit de poudre métallique emploie plusieurs types de supports : des supports pleins pour les grands surplombs, des supports en treillis ou « matriciels » combinant rigidité et facilité de retrait, ainsi que des supports en aiguilles ou en arbre pour les zones fines. Tous sont produits couche par couche à partir du même alliage que la pièce, formant une liaison métallurgique directe.

La construction débute sur une plaque de base épaisse, les premières couches de la pièce et des supports étant fusionnées directement sur cette plaque. Une fois la fabrication terminée et la poudre excédentaire retirée, la première étape consiste à séparer l’ensemble pièce + support de la plaque de base, généralement à l’aide d’une scie à ruban ou d’une découpe par fil EDM. Ce n’est qu’alors que les techniciens peuvent accéder au réseau de supports restant et le retirer.

Pourquoi les supports métalliques sont nécessaires

Dans les procédés métalliques, les supports ne servent pas uniquement à des raisons géométriques, mais aussi à assurer la stabilité thermique et métallurgique. Les surplombs inférieurs à environ 45° par rapport à la plaque de fabrication, les parois fines et les ponts longs ont tendance à se déformer ou à se fissurer sans ancrage rigide. Les supports agissent comme des dissipateurs thermiques, conduisant l’énergie hors du bain de fusion et réduisant les contraintes résiduelles qui pourraient autrement provoquer des déformations ou un délaminage.

Pour les alliages haute performance comme l’Inconel 718, les composants sont soumis à des charges thermiques particulièrement sévères, rendant la conception des supports cruciale. Nous considérons souvent les supports comme faisant partie intégrante du modèle d’ingénierie : ils sont optimisés en termes de rigidité, de motifs de contact et de densité lors de la préparation de la construction, puis ajustés au fil des itérations pour équilibrer la fiabilité d’impression et l’effort de retrait.

Le retrait des supports est-il difficile ?

Le retrait des supports en SLS/DMLS métallique est nettement plus complexe que dans le SLS polymère. Comme les supports sont entièrement métalliques et liés métallurgiquement à la pièce, ils ne peuvent pas simplement être brossés ou dissous. La difficulté dépend de la dureté de l’alliage, de la géométrie des supports et de l’accessibilité.

Tout d’abord, la pièce est découpée de la plaque de base. Les supports principaux sont ensuite retirés à l’aide de scies à ruban, de burins, de fraises carbure ou d’outils abrasifs. Pour les surfaces de précision et les interfaces fonctionnelles, la pièce est généralement transférée vers un service d’usinage CNC, où les restes de supports sont fraisés jusqu’à une référence contrôlée. Les surfaces d’étanchéité, alésages et portées critiques sont souvent finies par rectification CNC afin de restaurer la circularité et la qualité de surface.

Même après retrait mécanique, de petits résidus et zones affectées thermiquement peuvent subsister. Ceux-ci sont généralement éliminés par ébavurage et polissage par tribofinition, grenaillage ou finition manuelle localisée. Pour les canaux internes complexes, le retrait des supports peut aller de difficile à impossible ; il faut donc éviter autant que possible les supports internes dès la phase de conception.

Stratégies de conception pour réduire l’effort de retrait des supports

Pour limiter les efforts de retrait, nous concevons la pièce et son orientation conjointement. Orienter la pièce de manière à minimiser les surplombs faibles, ajouter des caractéristiques autoportantes (chamfreins, toits à 45° au lieu de surplombs plats) et diviser la conception en plusieurs sous-ensembles peut réduire considérablement le volume de supports.

Nous essayons également de placer les zones de contact des supports sur des surfaces non fonctionnelles ou sur du surfaçage qui sera ultérieurement retiré par usinage CNC de prototypage. Cela garantit que les traces de supports seront éliminées, préservant ainsi l’intégrité des surfaces critiques. Dans de nombreux projets personnalisés, nous considérons le SLS métallique comme une étape de préforme proche du brut, suivie d’un usinage CNC conventionnel pour obtenir la géométrie et la finition finale.

En résumé, le SLS métallique n’utilise pas de matériaux de support solubles ou facilement détachables ; les supports sont des structures métalliques qui nécessitent découpe, usinage et finition pour être retirées. Grâce à une conception réfléchie et à un flux de travail hybride additif–soustractif, leur impact peut être maîtrisé, mais ils restent une composante importante de l’effort de fabrication global.