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GUIDE TECHNIQUE

Règles de conception et résolutions

dimensionnelles pour les pièces imprimées en 3D

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Préambule

L’impression 3D est un principe de fabrication additive. La matière de la pièce est créée par

empilement de couches successives. Si cette technologie offre des possibilités de géométries

uniques par rapport à d’autres procédés de fabrication, la précision et la résolution des pièces

imprimées en 3D dépend de nombreux paramètres ;

Ne pas confondre précision et résolution. Les fabricants des machines 3D ont tendance à vendre

la « précision » de leur machine, en l’exprimant comme le produit de l’épaisseur de fabrication

(µm) x largeur du dispositif d’agglomération de la matière (faisceau laser/UV, diamètre de la buse

d’extrusion,…)

Si la tolérance dimensionnelle est bien fonction de la précision de la machine, plusieurs facteurs

influencent la résolution des détails, leur stabilité et leur solidité : Le procédé de fabrication, la

taille de la pièce, la finesse du maillage du fichier source STL, l’orientation de la pièce sur le plateau

de fabrication, ou encore l’épaisseur des parois environnant le détail à fabriquer ; le concepteur

devra tenir compte de toutes ces contraintes dimensionnelles spécifiques à l’impression 3D pour

garantir une pièce de qualité.

Le présent document rappelle quelques règles et principes sur les résolutions et les cotes

minimum à respecter pour réaliser des pièces imprimées solides et correctement résolues.

SOMMAIRE

Tolérances dimensionnelles usuelles

Résolution minimum des détails

Trous / perçages

Formes pleines et espaces

Epaisseur mini des parois fines

Jeu minimum entre deux pièces mobiles (loose fit)

Assemblage serré entre deux pièces (tight fit)

Géométrie des supports

Gravure de texte – en relief – en creux



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Tolérances dimensionnelles usuelles

La fabrication additive se conforme par défaut à la classe de tolérance « standard » définie dans la

norme NFT 58-000, qui indique les tolérances à appliquer sur des pièces plastiques obtenue par

injection en fonction de leur dimension, de 1,0 ± 0,13 mm à 2000,0 ± 9,80 mm

Dans la pratique, les tolérances sont généralement indiquées par les fabricants des machines, car

elles varient selon les procédés, et sont le plus souvent meilleures que les tolérances de la norme

pour les cotes de grandes dimensions (> 100-150 mm) (1)

Le tableau ci-dessous indique les règles de calcul des tolérances dimensionnelles à appliquer pour

différents procédés de fabrication additive, en fonction de l’épaisseur de couche (résolution) de la

fabrication.

Procédé Epaisseur de couche usuelle

Tolérance mini Tolérance générale

SLA standard ≥ 100 µm ± 0,10 mm

± 15 µm/mm

SLA HD ≤ 50 µm ± 0,05 mm

± 10 µm/mm

SLS 60-150 µm ± 0,25 mm

± 15 µm / mm

PolyJet™ 16-32 µm ± 0,20 mm ± 0,20 mm

Multijet™ ± 0,50 mm ± 0,50 mm

FDM HD 150 µm ± 0,090 mm

± 10 µm/mm

FDM HD 200 µm ± 0,127 mm

± 15 µm/mm

FDM STD 300 µm ou plus ± 0,241 mm ± 20 µm/mm

D’une manière générale, la fabrication additive à tendance à produire des cotes internes (trous,

espaces) inférieures au cotes nominales, et des cotes externes (formes pleines) légèrement

supérieure aux cotes nominales.

Ces tolérances sont données hors déformation liées au voilage ou au retrait de certains matériaux.

(1) Nota : Un descriptif détaillé des tolérances dimensionnelles selon la norme et celles

applicables selon les dimensions des cotes nominales et des procédés de fabrication est

disponible dans le Guide Technique PR-CUBE « GT002_NFT 58-000 et tolérances

dimensionnelles des pièces imprimées en 3D », disponible sur simple demande ;



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Résolution minimum des détails

La résolution des plus petits détails imprimables dépendra

directement de la résolution de la machine de fabrication, et

des deux paramètres suivants :

Suivant le plan XY (plateau de fabrication), elle sera

fonction de la largeur du dispositif de fabrication

(diamètre du laser ou de la source UV, diamètre de la

buse d’extrusion, diamètre du faisceau d’électron, …),

qui peut varier de 300 µm à 700 µm selon les machines.

Suivant l’axe Z, elle sera fonction de l’épaisseur de la couche d’empilage, qui peut varier

entre 14 µm et 400 µm, selon le procédé ou le degré de précision choisi ;

Certains détails fins seront résolus et visibles, mais néanmoins de pas avoir une bonne solidité car

la cohésion entre les couches sera minimale. Les détails les plus fins peuvent même être détruits

lors du nettoyage de la pièce en sortie de machine.

Les procédés qui polymérisent des résines liquides (SLA, DLP) sont en général une meilleure

résolution des détails que les procédés qui agglomèrent des poudres (SLS, SLM, MJM) dont le

diamètre des grains est rarement inférieur à 50µm, ou du procédé FDM qui dépose des rubans de

matière fondue et dont les buses trop fines auront tendance à se boucher.

Le tableau ci-dessous indique les résolutions minimum en fonction de différents procédés de

fabrication usuels ;

Procédé de fabrication

Epaisseur de couche Axe Z (µm)

Diamètre du dispositif Plan XY (µm)

Finesse des détails (mm)

SLA 50 - 110 350 0,1

FDM 127 - 330 700 0,5

SLS 60 - 300 400 0,3

PolyJet 16-32 500 0,1

CLIP (DLP) 28 400 0,2

Conseil :

Si la géométrie de la pièce le permet, il est préférable de concevoir les détails supérieur à 0,5 mm,

quelques soient le procédé de fabrication et l’orientation de la pièce.



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Résolution minimum des trous et perçages

La qualité de résolution d’un perçage dépend de plusieurs facteurs :

De l’orientation de la paroi percée : la résolution est meilleure sur des parois verticales

(l’axe du trou parallèle au plateau XY de fabrication) que sur des plans horizontaux.

De l’épaisseur de la paroi : Plus les parois sont épaisses, plus le diamètre du perçage doit

être important pour être résolu sur toute sa longueur ;

Le tableau ci-dessous indique le diamètre minimum d’un trou pour qu’il résolu en fonction de

l’épaisseur de la paroi et de son orientation.

Epaisseur paroi (mm)

Résolution Diamètre mini (mm)

paroi verticale

Résolution Diamètre mini (mm)

paroi Horizontale

0,8 0,9 1,1

1,0 0,9 1,1

2,0 1,0 1,3

4,0 1,0 1,5

5,0 1,1 1,7

7,0 1,3 1,8

9,0 1,3 1,8

≥ 10,0 1,3 1,8

Le diamètre du perçage imprimé aura tendance à être plus petit que le diamètre nominal ;

Conseils :

Si la géométrie le permet, afin d’assurer dans tous les cas une bonne résolution du trou, il est

conseillé de prévoir un diamètre supérieur à 2,0 mm ; pour le cas des perçages longitudinaux

(longueur > 50 mm) dans une paroi épaisse, prévoir un diamètre > 5,0 mm

Compte tenu de la tolérance dimensionnelle de la fabrication additive (voir chapitre précédent),

pour obtenir des ajustements perçage/axe précis (type serrage), prévoir un diamètre de trou

inférieur à la cote nominale sur la pièce imprimée, puis procéder à un perçage de finition au

diamètre définitif en post-usinage.



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Résolution minimum des formes pleines et des creux

La cote fabriquée des cotes extérieures (formes pleines ou cylindres) aura tendance à être

supérieure à la cote nominale.

A l’inverse, la cote fabriquée des espaces ou trous (cotes intérieures) aura tendance à être

inférieure à la cote nominale.

La qualité de résolution d’une fente va dépendre également de l’épaisseur de la paroi. Elle sera

d’autant meilleure que la paroi est fine.

Plus les cotes sont petites, plus la déviation de la cote sera proportionnellement importante;

Le tableau ci-dessous indique les déviations dimensionnelles moyennes pour différentes cotes

intérieures (trou) ou extérieures (forme) en fonction de l’épaisseur de paroi :

Cote nominale

(mm)

Cote fabriquée Forme pleine

(mm)

Cote fabriquée largeur espace

(mm)


(mm)


(mm)

Paroi 0,4 mm Paroi 3,0 mm Paroi 6,0 mm

0,5 Non résolu 0,45 (-10%) Non résolu Non résolu

0,8 1,20 (+40%) 0,72 (-10%) 0,52 (-35%) Non résolu

1,0 1,30 (+30%) 0,90 (-10%) 0,78 (-22%) 0,61 (-40%)

1,2 1,50 (+25%) 1,15 (-4%) 0,98 (-18%) 0,84 (-30%)

1,4 1,65 (+18%) 1,36 (-3%) 1,23 (-12%) 1,09 (-22%)

1,6 1,79 (+12%) 1,55 (-3%) 1,44 (-10%) 1,33 (-17%)

1,8 1,94 (+8%) 1,75 (-2,7%) 1,66 (-8%) 1,55 (-14%)

2,0 2,10 (+5%) 1,97 (-1,5%) 1,88 (+6%) 1,78 (-11%)

Conseils : Il est recommandé, pour garantir de bonnes résolutions et une bonne précision pour les

cotes fines, de concevoir :

Des formes pleines d’épaisseur ou de diamètre ≥ 1,5 mm

Des fentes de largeur ≥ 0,5mm dans des parois d’épaisseur < 1,0 mm

Des fentes de largeur ≥ 1,5mm dans des parois d’épaisseur > 1,0 mm



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Epaisseur minimum des parois pleines

La résolution d’une paroi est meilleure sur des parois horizontales (parallèle

au plateau XY de fabrication).

Pour une épaisseur donnée, la paroi sera plus solide et rigide si elle est tenue

à ses extrémités ;

L’épaisseur d’une paroi ne peut théoriquement pas être inférieure à 2 x

l’épaisseur de couche pour une orientation horizontale, et 4x l’épaisseur de

couche pour une orientation verticale. Si ces épaisseurs minimales (jusqu’à <

0,2mm) sont techniquement possible, elles sont très fragile et sujette au

voilage.

Bien que les résolutions soient plus fines en SLA qu’en SLS ou FDM, Les pièces

en résine sont généralement plus fragiles et les minima des parois seront

plus épais.

Epaisseur de couche - µm

Procédé de fabrication

Epaisseur paroi mini (fragile) -

mm

Epaisseur paroi Recommandée

flexible (mm)

Epaisseur paroi recommandée

rigide (mm)

16 µm PolyJet 0,4 1,0 2,0

32 µm PolyJet 0,5 1,2 2,0

50 µm SLA HD 0,2 0,6 1,5

110 µm SLA Std 0,5 0,8 1,5

80 µm SLS HD 0,4 0,8 (V) – 0,6 (H) 1,5

150 µm SLS std 0,6 1,0 2,0

330 µm SLS std 0,7 1,5 2,0

127 µm FDM HD 0,5 0,8 1,5

180 µm FDM HD 0,6 0,9 1,5

250 µm FDM 0,9 1,5 2,0

330 µm FDM 1,0 1,5 2,0

Conseil : Si la géométrie le permet, pour un résultat satisfaisant dans tous les cas en résolution et

en solidité, il est recommandé de concevoir des parois d’épaisseur ≥ 0,8 mm pour des parois

flexibles, et ≥ 2,0mm pour des parois rigides. Par ailleurs il est souvent recommandé de ne pas

dépasser 10 mm d’épaisseur de paroi pour éviter les défauts et inclusions dans la matière



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Jeu minimum entre 2 pièces mobiles (Loose fit)

L’impression 3D permet de réaliser en une seule

opération des assemblages de pièces tels que des

axes tournants, des pièces imbriquées ou des jeux

d’engrenages.

Pour produire des éléments mobiles avec un jeu

correct, il est impératif de respecter des écartements

entre les deux éléments qui ne soient ni trop grands

(jeu excessif) ni trop petits (non résolution de

l’espace entre les pièces et risque de fusion). Cet

écart dépend de la résolution de fabrication, càd de

l’épaisseur de couche programmée à l’impression.

Le tableau suivant indique les espaces mini/maxi à respecter entre deux pièces mobiles en fonction

de l’épaisseur de couche et des procédés de fabrication usuels.

Procédé de fabrication Epaisseur de couche (µm)

Espace minimum (mm)

Espace maximum (mm)

SLA standard 110 0,4 0,8

SLA HD 50 0,5 1,0

PolyJet 16 - 32 0,5 1,0

FDM HD 127 0,4 1,0

FDM 180 0,6 1,4

FDM 250 0,8 1,6

FDM 330 0,9 2,0

SLS, SLM 60 - 150 0,5 1,0

Le cas des engrenages est le plus complexe puisqu’il combine deux jeux ; l’un au niveau de l’axe

tournant de chaque engrenage ; l’autre pour l’espacement entre les dents. Ces jeux pouvant

s’additionner, il est conseillé de fixer à 1,0 mm maximum l’espace pour l’axe tournant, et 0,6 mm

maximum l’écartement entre dents, tout en respectant les minima d’espaces ci-dessus pour éviter

les fusions de pièces.



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Géométrie de supports

Certains procédés de fabrication nécessitent de fabriquer conjointement à la pièce des formes

supports dans un matériau différent pour soutenir les parties des pièces en déport, en pont ou les

formes creuses. Ces supports sont retirés mécaniquement ou dissous par post-traitement une fois

la pièce terminée.

Avec les procédés par frittage ou liage de poudre (SLS, SLM, MJM), la pièce est autoportée par le

lit de poudre au sein duquel elle se forme il n’y a pas besoin de supports.

En revanche, pour les procédés d’extrusion de fil (FDM) ou de polymérisation de résines liquides

(SLA, DLP, PolyJet, CLIP) la conception de supports est nécessaire, et doit suivre certaines règles de

conception.

Le procédé FDM superpose des couches

de plastique fondu qui s’agglomèrent

immédiatement au contact des couches

inférieures en refroidissant, ce qui peut

autoriser un auto-portage des parois

inclinées jusqu’à un angle de 40-45°

environ. Au-delà de cette inclinaison, la

matière doit être soutenue par un

support physique.

Certains fabricants de machines FDM

permettent de dépasser 45° en

préconisant de réduire les épaisseurs de couche et la vitesse d’impression. Mais la matière en

déport aura tendance à « goutter » et l’état de surface de la paroi sera très médiocre.

Il est important au moment de la conception d’évaluer quelles surfaces auront besoin de support,

ce qui aura une incidence sur la qualité de l’état de ces surfaces puisqu’il faudra retirer la matière

support. Il est recommandé de choisir autant que possible des surfaces non visibles ou non

fonctionnelles, en intégrant dès la conception une bonne orientation de pièce sur le plateau de

fabrication.



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Pour les matériaux d’impression incompatibles avec des

matières supports solubles, les supports devront être retirés

mécaniquement (manuellement ou par usinage) et certaines

géométries (pièces très creuses ou fermées) seront impossibles

à réaliser par ce procédé.

Les géométries en creux de profondeur < 1,0 mm peuvent être réalisées sans support ; le faible

déport est autoporté par les couches adjacentes. En revanche l’état de surface du déport négatif

sera très médiocre.

Au-delà de 1,0 mm de profondeur il sera nécessaire de construire un support qui comblera

l’espace vide pour être en mesure de déposer correctement la première couche du déport

supérieur (le seuil supérieur de la cavité) ; il sera nécessaire de prévoir son extraction.



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Texte gravé / embossé

La résolution et la qualité de gravure de textes embossés

(en relief) ou gravés (en creux) dépend de l’orientation de

la surface de gravure.

Les résultats seront meilleurs pour une gravure sur paroi

verticale (perpendiculaire au plan de fabrication) jusqu’à

des tailles de font de 8. La résolution sera meilleure pour

des gravures en creux.

Pour la gravure en relief, il est recommandé d’utiliser des

tailles de font de 12 ou plus.

Le tableau ci-dessous indique l’épaisseur minimum recommandée de gravure avec le procédé

SLS, pour une taille de font donnée en fonction de l’orientation de la surface du texte :

Taille de font Vertical en creux

(mm)

Vertical En relief

(mm)

Horizontal En creux

(mm)

Horizontal En relief

(mm)

8 0,8 0,8 Non résolu Non résolu

9 0,6 0,6 Non résolu Non résolu

10 0,4 0,5 1,0 Non résolu

11 0,4 0,5 0,8 Non résolu

12 0,4 0,4 0,6 1,0

14 0,4 0,4 0,5 0,8

> 14 0,4 0,4 0,5 0,5

Les procédé SLA, DLP, CLIP ont des résolutions de gravure plus fines, jusqu’à des minima de 0,2-

0,3mm en taille 6 pour les gravures verticales, et 0,3mm en taille 8 pour les gravures horizontales

Le procédé FDM aura une résolution moins fine ; il est recommandé d’utiliser une taille de font ≥

10 pour la gravure sur paroi verticale, et font ≥ 16 pour la gravure horizontale, avec une

épaisseur de gravure en creux ou relief ≥ 0,6 mm dans tous les cas.



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