Comment créer des impressions 3D complètement claires ou transparentes

Pour certaines personnes qui sont dans l’impression 3D, créer un projet complètement clair est quelque chose d’un Saint Graal. Comme toute personne qui l’a essayé vous le dira, ce n’est pas aussi simple que d’utiliser un filament transparent. La réalisation de cet exploit nécessite des paramètres d’imprimante et un post-traitement très spécifiques, tout en tenant compte des concepts de base de l’optique.

Comment obtenir une impression 3D entièrement transparente? Ne vous étonnez plus, car nous avons profité de l’expérience de personnes qui ont réussi à imprimer en 3D transparent et qui ont conçu ce guide rapide. Le processus lui-même ne va pas être rapide – tout ce que nous pouvons dire, c’est que nous espérons que vous aurez la patience.

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Que faut-il pour que quelque chose soit transparent? Un examen de l’optique

Commençons notre guide par une brève discussion sur l’optique en répondant à cette question – qu’est-ce qui rend un objet transparent? En concevant un objet que nous voulons être le plus clair ou transparent possible, il y a deux phénomènes que nous essayons d’éviter: l’absorption et la diffraction de la lumière.

L’absorption fait référence à la capacité d’un objet à absorber la lumière au lieu de la réfléchir ou de la laisser passer. Cela se produit parce que les électrons d’un matériau opaque ont des états énergétiques qui leur permettent de se déplacer d’une bande à l’autre, absorbant ainsi l’énergie des photons de lumière.

Dans les objets transparents, les niveaux d’énergie sont disposés de manière à absorber les photons à la fréquence de la lumière visible. Cependant, il leur est possible d’absorber des photons de lumière infrarouge ou ultraviolette, ou de la lumière à des fréquences qui ne peuvent pas être vues à l’œil nu.

Alors que l’absorption est généralement un phénomène qui est fonction du matériau, la diffraction peut être contrôlée par traitement. En diffraction, la diffusion des rayons de lumière ou des réflexions internes empêche la lumière de se transmettre à travers un objet. Cela est généralement dû aux impuretés présentes dans le matériau ou aux imperfections de la surface du matériau.

Les matériaux constitués de cristaux – tels que le verre – présentent également une transparence car les limites entre les cristaux adjacents sont plus petites que la fréquence de la lumière visible. Ce résultat est obtenu grâce au refroidissement rapide du verre sous un environnement à haute pression, entraînant la formation de très petits cristaux avec de très petits joints de grains.

Notre principale conclusion de cette discussion est qu’il y a deux avenues que nous devons considérer lors de l’impression 3D d’un objet clair: le matériau et son traitement. Abordons chacun séparément.

Utilisez un filament clair

La première composante de notre mission est le matériau. Heureusement, c’est une question assez simple. Les filaments clairs ne sont plus rares. La plupart des filaments transparents que vous pouvez acheter aujourd’hui sont en PLA, mais il existe également plusieurs options en PETG ou en ABS.

Le matériel lui-même n’a pas d’importance. Chacune des trois options de filament énumérées ci-dessus peut être utilisée pour créer des impressions 3D presque parfaitement nettes. Cependant, gardez à l’esprit que tous les plastiques ne sont pas naturellement clairs. L’ABS, en particulier, est un plastique naturellement blanc jaunâtre qui nécessite des additifs pour obtenir une apparence claire.

Ce que vous devez être plus exigeant, c’est la qualité des filaments clairs entre les différentes marques. Tout d’abord, vous voudrez un filament qui semble vraiment clair. Selon la marque et la façon dont le filament a été fabriqué, certains filaments clairs peuvent se révéler légèrement translucides ou avoir une teinte jaune mineure. Méfiez-vous également des filaments avec des bulles d’air, car celles-ci peuvent facilement provoquer une diffraction de la lumière intense et rendre impossible une apparence parfaitement claire.

Choisissez l’axe dont vous avez besoin pour être transparent

Avant de procéder à l’impression d’un modèle, il serait prudent de décider sur quels axes vous souhaitez que l’objet soit transparent. Allez-vous le regarder de côté (axes x et y) ou de haut (axe z)? La transparence sur l’axe z est beaucoup plus simple et nettement plus compliquée sur l’axe x et l’axe y. Malheureusement, ce dernier est le plus souvent le cas. Pour les objets solides, la transparence dans les trois axes peut même être l’objectif.

Imprimer avec de grandes couches

Lors de la définition des paramètres d’impression, nous devons garder à l’esprit que nous essayons de réduire la diffraction et la réflexion interne. Cela signifie donner aux rayons de la lumière des voies plus larges pour les transmettre avec un minimum d’impuretés qui peuvent faire rebondir les rayons lumineux dans des directions imprévisibles.

La première façon d’obtenir cet effet est d’imprimer avec des couches épaisses. Des hauteurs de couche réglées jusqu’à 90% du diamètre de la buse sont recommandées. La raison derrière cela est que des couches plus épaisses et plus sphériques réduisent la réflexion interne en fournissant les rayons de lumière des segments de matériau plus épais où ils peuvent passer sans entrave.

Les couches minces ne sont pas nécessairement un problème tant que vous pouvez les faire «fusionner» les unes avec les autres et faire un bloc de plastique plus solide. Cependant, les limites des couches qui ne sont pas complètement fusionnées peuvent agir comme des impuretés dans la surface intérieure de l’impression finie, provoquant ainsi la diffraction et la réfraction. L’impression avec des couches épaisses rapproche également le matériau de la normale, ce qui les rend moins susceptibles de former des limites de couche distinctes.

Impression lente et chaude

Vous souhaiterez que chaque couche fusionne presque complètement avec la couche précédente, il est donc recommandé d’imprimer à la température la plus élevée possible. Cela signifie que vous devez régler la température d’impression à la valeur la plus élevée de la plage de températures recommandée pour le filament que vous utilisez. Dans certains cas, vous pourriez même bénéficier de dépasser la plage recommandée de quelques degrés. Encore une fois, l’idée est de créer un seul bloc de matériau solide au lieu d’un avec des couches clairement délimitées.

Une autre stratégie consiste à imprimer lentement – environ 30% plus lentement que la vitesse d’impression normale de votre filament. Cela aide à la précision, garantissant que les couches sont déposées exactement là où elles doivent être pour obtenir une fusion complète. L’inclusion de bulles d’air est également quelque chose que vous essayez d’éviter en imprimant lentement. Bien sûr, un mouvement précis de la tête d’impression repose sur un étalonnage correct, alors assurez-vous de faire un étalonnage des buses et un retour à la tête d’impression avant de commencer le processus d’impression.

Imprimer avec 100% de remplissage

Lorsque vous visualisez un objet dans l’axe où vous souhaitez qu’il soit transparent, tout décalage dans le matériau peut provoquer des réflexions ou réfractions internes. Pour les objets solides, cela signifie que tout remplissage inférieur à 100% ne suffira tout simplement pas. La lumière se plie à plusieurs reprises lors de la transition du plastique à l’air, ce qui donne une impression finale qui n’est absolument pas transparente.

Lisse et poli comme s’il n’y avait pas de lendemain

Un inconvénient de l’impression avec des couches épaisses est qu’elle donne des impressions avec des surfaces extérieures très rugueuses. Une surface inégale provoquera la réflexion de la lumière dans différentes directions, créant un aspect presque opaque. Heureusement, c’est un problème qui peut être résolu avec des techniques de lissage et de polissage appropriées.

Si vous travaillez avec l’ABS, vous avez de la chance, car vous pouvez simplement faire la méthode habituelle de la vapeur d’acétone. En soumettant une impression ABS à un bain de vapeurs d’acétone, une très fine couche d’ABS peut être dissoute de manière sélective pour créer une finition parfaitement lisse. Dans la plupart des cas, cela suffit pour obtenir un aspect parfaitement transparent avec ABS.

La finition d’une impression PLA prendra beaucoup plus de temps et d’efforts. Le lissage PLA repose sur un ponçage à l’ancienne, mais vous devrez le faire à un degré si raffiné pour atteindre la transparence. Cela signifie utiliser plusieurs types de papier de verre, du grain faible au grain élevé. Selon certains experts, vous devrez peut-être aller jusqu’à 4000 grains pour obtenir une impression PLA parfaitement claire. À ce niveau de grain, le papier de verre ressemble presque à du carton.

Le PETG est un matériau filamenteux qui est pré-disposé pour créer des impressions avec des surfaces claires et lisses. Il a également une excellente adhérence des couches, vous ne devriez donc pas avoir de problèmes de réflexion interne lors de l’impression avec du PETG. Il n’est pas soluble dans l’acétone et ne lisse pas aussi bien que le PLA, mais le PETG est le type de filament qui ne devrait pas nécessiter beaucoup de post-traitement si vous pouvez composer les paramètres d’imprimante appropriés.

Polymaker PolySmooth – un filament spécialement conçu pour les impressions transparentes

Puisque nous parlons d’impressions claires ou transparentes, ce serait une injustice de ne pas mentionner l’un des meilleurs filaments fabriqués précisément à cet effet. Le filament Polysmooth de Polymaker imprime aussi facilement que le PLA, a une excellente adhérence de couche et a une large plage de températures d’impression. Il est disponible dans une large gamme de couleurs, dont beaucoup sont conçues pour être aussi claires et transparentes que possible.

Il n’y a pas de détails sur le type de matériau dont le filament Polysmooth est fait – c’est probablement un secret commercial. Ce que nous pouvons dire, c’est que c’est l’un des filaments les plus faciles à utiliser si vous voulez créer des objets transparents.

Polysmooth peut avoir la même facilité d’utilisation que le PLA, mais il a un avantage majeur – Polysmooth est soluble dans l’alcool isopropylique ou l’éthanol. Cela présente la possibilité d’un lissage via un bain de vapeur. Polymaker a tiré parti de cet avantage en vendant le Polysher, une chambre de polissage spécialement conçue qui est livrée avec un petit réservoir où vous pouvez placer l’alcool.

Au lieu de chauffer l’alcool, il est nébulisé dans la chambre ou pulvérisé dans une brume très fine. Cet aérosol d’alcool dissout une très fine couche du matériau Polysmooth, créant une finition parfaitement lisse avec un effort minimal.

Le filament Polysmooth est beaucoup plus cher que le PLA ou l’ABS standard. La chambre de polissage Polysher vous coûtera 300 $ de plus, ce qui rend cette configuration assez chère. Cependant, il ne fait aucun doute que la combinaison fonctionne bien si vous souhaitez obtenir des impressions 3D parfaitement claires.

Dernières pensées

Créer une véritable transparence dans l’impression 3D est quelque chose qui a été tenté plusieurs fois au fil des ans. De nos jours, la technologie et les techniques nécessaires pour produire des impressions 3D claires sont bien établies. Cela ne veut pas dire que ça va être facile. Si c’est la première fois que vous l’essayez, vous pouvez vous attendre à beaucoup d’essais et d’erreurs avant d’obtenir des résultats qui vous conviennent.

Il y a juste quelques points à retenir – imprimez à chaud, lentement et gros, et assurez-vous d’obtenir un filament transparent de haute qualité. Le filament Polysmooth d’un Polymaker offre un bon raccourci à faible effort, mais vous pouvez également obtenir de bons résultats avec d’autres filaments transparents fabriqués en ABS, PLA, PETG ou PC.