Microfusion de pièces imprimées en 3D avec des résines calcinables

Le moulage à la cire perdue est l'une des méthodes de fabrication les plus utilisées dans l'industrie de la bijouterie. C'est le plus ancien procédé de moulage connu.

La microfusion permet d'obtenir des répliques métalliques à l'aide d'un moule réalisé à partir d'un prototype traditionnellement modelé en cire. Dans ce cas, des pièces imprimées en 3D avec des résines calcinées sont utilisées pour remplacer les modèles en cire.

Les bijoux peuvent être fabriqués à partir de divers métaux, dont l'or, le platine, l'argent et le laiton, par le biais du processus de moulage. Vous pouvez voir ci-dessous le processus de microfusion pour la fabrication de bijoux à partir de pièces imprimées en 3D avec des résines calcinables :

1- Impression 3D de la pièce

Sur la base de conceptions créées à l'aide d'un logiciel de CAO, les modèles souhaités doivent être imprimés en 3D. Il existe actuellement un grand nombre de résines calcinables disponibles auprès de différents fabricants. L'utilisation d'un matériau ou d'un autre dépend de l'imprimante 3D utilisée et des caractéristiques requises pour les pièces.

Image 1 : Bague imprimée en 3D avec la résine calcinable de FormLabs. Source : FormLabs.

L'une des imprimantes 3D les plus populaires pour l'impression 3D dans le secteur de la bijouterie est la Form3 du fabricant FormLabs. Cette imprimante 3D ne requiert pas de connaissances techniques avancées et peut donc être utilisée sans difficulté. L'imprimante 3D Form3 limite son utilisation en n'étant compatible qu'avec les matériaux développés par le fabricant. Cela peut être un avantage, car aucune configuration n'est nécessaire et les paramètres de configuration et les valeurs modifiables sont réduits au minimum, avec seulement le type de matériau et quelques paramètres de base à sélectionner. La marge d'erreur est ainsi réduite au minimum.

Le tableau suivant présente quelques-unes des résines calcinables les plus populaires et leur compatibilité avec les imprimantes 3D :

Tableau 1 : Résines calcinables et compatibilité. Source : Filament2print.

Chaque matériau a des propriétés différentes et requiert des paramètres différents. Cependant, ils ont tous une caractéristique commune : ils ont été développés pour remplacer les pièces en cire dans le processus de microfusion, avec une composition qui permet d'obtenir des moulages exempts de résidus pouvant affecter le résultat final des pièces.

Une fois les pièces imprimées, elles doivent être durcies si le matériau le nécessite. Cela dépend de la composition de la résine et il faut toujours suivre les conseils du fabricant pour obtenir un résultat optimal.

2- Arbre à cire

Une fois les pièces durcies (dans les cas où cette étape est nécessaire), le retrait du support peut être effectué, toujours avec beaucoup de précautions. Du papier de verre (grain 400 ou supérieur) ou même un outil rotatif avec un accessoire de polissage peuvent être utilisés pour obtenir une élimination totale du support et une finition parfaite.

Pour créer l'arbre en cire, une base en cire est prise et attachée à une couverture en caoutchouc de la grappe. De petites tiges cylindriques en cire sont soudées à la base en cire à l'aide d'un outil thermique. Les pièces imprimées en 3D sont soudées à l'autre extrémité des barres.

Image 2 : Arbre en cire de coulée. Source : FormLabs.

Ce processus est similaire à celui réalisé en microfusion lors du moulage de pièces en cire sculptées de manière traditionnelle.

3- Préparation des moules

L'arbre en cire avec les pièces imprimées en 3D dans la résine calcinable doit être placé à l'intérieur d'un cylindre en acier réfractaire, qui doit être inséré dans le couvercle du cylindre en caoutchouc. Si le cylindre en acier réfractaire présente des trous, ceux-ci doivent être couverts en enveloppant le cylindre dans du ruban adhésif.

Image 3 : Coque de cylindre en acier réfractaire. Source : Formlabs.

La coulée doit ensuite être versée lentement, toujours depuis le côté du cylindre pour éviter d'endommager l'arbre avec les pièces imprimées en 3D avec de la résine calcinable.

Image 4 : Coulée de la pièce dans un cylindre en acier réfractaire. Source : Formlabs.

Lors du coulage de la pièce, il est possible que de petites poches d'air subsistent, ce qui peut affecter la qualité des pièces finales. C'est pourquoi il est très important de réaliser le processus de dégazage dans une chambre à vide.

4- Burnout

Le cylindre est placé dans le four en suivant les instructions de temps et de température recommandées par le fabricant. Pendant ce temps, la cire va se consumer sans laisser de résidus, laissant le moule prêt.

Image 5 : Processus de burnout. Source : Formlabs.

Le métal souhaité doit ensuite être coulé dans le moule pour produire les pièces finales.

5- Lavage et polissage

Après la coulée, le moule est soigneusement retiré du four et immergé dans l'eau à l'aide de pinces. Au cours de ce processus, le moulage va fondre, laissant les parties métalliques visibles. Une fois lavées, les parties métalliques sont séparées de l'arbre, polies et repolies jusqu'à l'obtention de la finition souhaitée.

Image 6 : Processus de lavage. Source : Formlabs.

Une fois lavées, les parties métalliques sont séparées de l'arbre, polies et lustrées jusqu'à la finition souhaitée.

Image 7 : Bague imprimée en 3D avec résine calcinable et bague en argent après le processus de microfusion. Source : Formlabs.

L'utilisation de résines coulables dans le secteur de la bijouterie offre de nombreux avantages. Il permet, entre autres, d'imprimer en 3D autant de modèles que vous le souhaitez, rapidement et avec une extrême précision. Il en résulte une réduction significative des coûts et des délais de production.