Comment choisir un Insert Fileté pour votre assemblage imprimé en 3D

Il existe différents types d’Inserts Filetés, souvent classés en fonction de leur méthode d’installation, comme la pose à chaud ou par ultrasons après moulage et l’insertion à froid. Le type d’Insert le mieux adapté à une application d’impression 3D dépend du matériau plastique d’accueil.

Les performances des Inserts sont fortement influencées par les propriétés du matériau d’accueil.

• Résistance à la traction : mesure la capacité du matériau à résister à la déformation plastique
• Module de flexion : influence la rigidité du matériau et sa capacité à répartir les forces de flexion, ce qui est essentiel pour prévenir la déformation et garantir une répartition adéquate de la charge

De plus, les propriétés thermiques affectent le processus d’installation, car les matériaux à conductivité plus élevée favorisent une répartition plus uniforme de la chaleur, améliorant ainsi l’écoulement plastique et garantissant un remplissage complet autour des éléments de retenue pour une liaison sûre. De même, la température de déflexion thermique d’un plastique donné influencera la température requise pour l’installation par chauffage ou par ultrasons de l’Insert Fileté.

Les performances d’un Insert Fileté dans les matériaux imprimés en 3D sont influencées par plusieurs facteurs clés. Cette section présente les directives de conception essentielles, en mettant l’accent sur la taille du trou d’accueil, les propriétés du matériau, l’épaisseur de paroi, le remplissage et l’épaisseur de couche afin de garantir des performances optimales de l’Insert Fileté dans les applications d’impression 3D.

La taille du trou est essentielle pour les performances des Inserts Filetés. Le Catalogue d’Inserts Filetés de SPIROL fournit des directives concernant la taille des trous, mais les tolérances de l’impression 3D dépassent souvent la valeur recommandée de +0,08 mm. Les tolérances typiques sont les suivantes :

• Impression FDM industrielle : ±0,2 mm
• Imprimantes de bureau : ±0,3-0,5 mm
• Imprimantes SLA : ±0,1 mm
• Impression SLS : ±0,3 mm

Pour atténuer ces variations, une option consiste à percer des trous dans le support en plastique, ce qui réduit les variations mais peut compromettre le renforcement des parois extérieures imprimées en FDM (ce point est abordé plus en détail dans cet article). Une autre solution consiste à procéder à un développement itératif jusqu’à obtenir la taille de trou optimale.

Les performances de l’Insert augmentent linéairement avec la densité de remplissage. Pour des performances optimales de l’Insert, concevez avec une densité de remplissage supérieure à 50 %.

En général, des couches plus épaisses entraînent une liaison inter-couches plus faible en raison de la présence de vides plus importants. Les meilleures performances de l’Insert sont généralement obtenues avec une épaisseur de couche comprise entre 0,16 et 0,2 mm pour les procédés FDM et SLS, où la résistance à la traction est optimisée.

Comparons les performances de trois (3) séries différentes d’inserts filetés M6 : les inserts thermiques symétriques (SPIROL INS 29 Long) et asymétriques (SPIROL INS 19 Long), ainsi qu’un insert fileté à emmanchement à la presse (SPIROL INS 50), dans des matériaux couramment utilisés en impression 3D. Des résultats d’essais comparatifs détaillés sont fournis pour des pièces imprimées en FDM, SLS et SLA. Ces informations aideront les concepteurs à choisir l’insert fileté optimal en fonction des exigences spécifiques de performance.

Lorsqu’on compare les différences entre les composants fabriqués par moulage plastique et par impression 3D, il est important de noter qu’un même matériau peut présenter des propriétés très variables qui affectent les performances de l’Insert.

Malgré la géométrie en couches des composants imprimés par FDM, ceux-ci atteignent des performances élevées, en particulier lorsqu’on utilise des Inserts Thermiques / Ultrasoniques. Une comparaison directe entre le polycarbonate (PC) imprimé par FDM et le plastique extrudé est présentée à la Figure 12.

Les impressions SLS sont plus sujettes aux microfissures et à une défaillance précoce de l’Insert. Les poudres SLS ont tendance à présenter des propriétés matérielles plus faibles que les plastiques similaires destinés au moulage, souvent en raison de compositions différentes et de la microporosité des composants finaux imprimés. Étant donné que les propriétés du matériau diffèrent considérablement, les performances d’un Insert peuvent être de 20 % à 50 % inférieures à celles d’un plastique extrudé.

Figure 12
Comparaison des performances entre le FDM et les plastiques extrudés/moulés (FDM : remplissage à 55 % et 5 boucles de paroi)

Les Inserts Thermiques / Ultrasoniques offrent la plus grande résistance dans les thermoplastiques imprimés en 3D, tandis que les Inserts à Enfoncer constituent une alternative viable, en particulier pour les matériaux thermodurcissables, où l’installation à chaud n’est pas envisageable. Les plastiques thermodurcissables limitent intrinsèquement les options d’insertion aux méthodes d’enfoncement.

Les principales conclusions indiquent que les performances des Inserts Filetés s’améliorent avec l’augmentation de la densité de remplissage et du nombre de boucles de paroi dans l’impression FDM, avec des résultats optimaux pour une épaisseur de couche de 0,16 à 0,2 mm, un remplissage de 50 % ou plus, et un nombre de boucles de paroi égal ou supérieur à la taille métrique nominale de l’Insert.

Les résultats montrent qu’avec un remplissage et une épaisseur de paroi élevés, les composants imprimés en 3D par FDM offrent environ 70 à 80 % des performances d’un matériau moulé équivalent. Alors que les composants SLS présentent une résistance théorique élevée, leur microporosité peut limiter leurs performances à environ 50 à 70 % par rapport aux plastiques moulés.

Contactez SPIROL pour obtenir de l’aide dans le choix de l’Insert Fileté adapté à vos conceptions de production et de prototypes imprimés en 3D. En raison de la diversité des méthodes, des matériaux et des paramètres d’impression 3D, les résultats peuvent varier ; il est donc recommandé de procéder à des tests et à une évaluation approfondie pour chaque assemblage.