Le qui et le pourquoi des technologies d'impression 3D
Les innovations les plus brillantes ne sont pas le fruit d'un caprice ou d'un bricolage aléatoire, mais d'un besoin, que ce soit au niveau individuel, de recherche ou commercial. Dans le cas de l'impression 3D, une technique spectaculairement futuriste de prototypage rapide a émergé de quelques petits laboratoires locaux, se ramifiant dans une industrie d'un milliard de dollars des décennies plus tard – et captivant l'intérêt dans le monde entier.
L'histoire de l'évolution de l'impression 3D est assez longue si vous creusez vraiment dans les pouvoirs en place dans le domaine des nouvelles technologies étonnantes. Nous nous concentrerons ici sur les principaux cerveaux qui ont attiré l'attention dans les années 1980 en tant qu'ingénieurs sur des chemins parallèles. Chuck Hull, généralement connu comme l'inventeur de l'impression 3D, était responsable de la technologie de stéréolithographie (SLA).
Le Dr Carl Deckard et le Dr Joe Beaman, associés à la fois à l'Université du Texas à Austin et à la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), ont breveté la technologie de frittage sélectif laser (SLS). Plus tard, ils ont formé DTM Corporation, qui a été racheté par 3D Systems en 2001, avec Hull à la barre en tant que co-fondateur et directeur technique. Pour ne pas être laissé en dehors de la chronologie, Scott Crump a également breveté l'impression 3D FDM en 1989, avant de fonder Stratasys.
Bien que ces développements et contributions aient été immenses – alimentant certains des gros frappeurs de l'industrie que nous voyons toujours progresser dans l'impression 3D aujourd'hui – les avantages et le véritable impact ne se sont pas fait sentir dans le monde entier jusqu'à ce que les brevets commencent à s'épuiser (comme le brevet SLS en 2014) La technologie d'impression 3D est devenue plus accessible, abordable et attrayante en tant qu'option pour le grand public.
Comment ça marche: SLS est beaucoup plus simple que vous ne le pensez
La technologie SLS a été créée pour étendre les capacités de développement de produits. Comme la plupart des autres méthodes d'impression 3D, elle était initialement destinée au prototypage rapide. Au fur et à mesure que les utilisateurs ont commencé à expérimenter davantage, le SLS est devenu clairement avantageux pour les besoins industriels car les poudres de fusion des lasers sont rapides et puissantes, ce qui permet d'obtenir des pièces d'utilisation finale précises, solides et isotropes (possédant les mêmes propriétés lorsqu'elles sont mesurées dans des directions variables). Les utilisateurs ne doivent pas non plus être aussi concentrés sur la compensation d'un manque de propriétés mécaniques car les pièces SLS ont tendance à offrir l'excellence en résistance à la traction (résistance à la rupture) et en module (rigidité).
Il existe aujourd'hui d'innombrables produits étonnants fabriqués via des procédés de fabrication additive (FA), mais il y a aussi tellement d'acronymes qu'il est facile de se confondre dans la mer de l'innovation et du jargon industriel. La technologie SLS est à base de poudre pour la fabrication de structures par durcissement au laser, tandis que la stéréolithographie (SLA) – et son cousin similaire, le traitement numérique de la lumière (DLP) – sont à la fois des technologies liquides à base de résine, avec DLP reposant sur un projecteur au lieu de lasers. En ajoutant un autre cousin technologique au mélange, la fusion sélective au laser (SLM) va au-delà du frittage. Souvent utilisé pour les métaux purs ainsi que pour les alliages, tous les matériaux sont fondus ensemble en une partie homogène.
En fin de compte, l'imprimante 3D SLS reste au sommet de la hiérarchie de la fabrication additive, connue comme une puissance matérielle permettant aux utilisateurs d'aller au-delà des limites attendues de la fabrication. La plupart des imprimantes 3D SLS ont une taille énorme par rapport à ce à quoi vous êtes habitué si vous imprimez sur le bureau. En fait, la taille de fabrication moyenne est d'environ 300 x 300 x 300 mm avec une épaisseur de couche de 100 à 120 microns (avec des machines plus grandes offrant des capacités beaucoup plus larges) et des constructions moyennes de 500 à 1000 pièces. Le processus est cependant d'une simplicité désarmante, car une fine couche de poudre est automatiquement distribuée sur la plaque de construction. Ce matériau, généralement de la poudre de nylon, est ensuite (d'où son nom) fritté sélectivement couche par couche et point par point comme indiqué par la conception 3D téléchargée dans le logiciel d'accompagnement.
Les avantages et les inconvénients de l'impression 3D SLS
L'un des plus grands avantages de l'impression 3D SLS est la capacité exceptionnelle d'éviter l'utilisation de supports. Des impressions de renfort en poudre environnantes et persistantes sont en cours afin qu'elles ne nécessitent pas de stabilité ou de structures supplémentaires, remplaçant les anciens maux de tête majeurs pour les utilisateurs disposant de beaucoup plus de liberté de conception. Toute cette poudre supplémentaire peut également être réutilisée dans les productions suivantes, mais elle doit être mélangée avec de la poudre vierge, qui est généralement recommandée sous forme de mélange 50/50 au minimum. Moins il y a de poudre recyclée, plus la pièce sera de qualité supérieure. Si vous voyez une pièce parfaite, il y a une chance que très peu de poudre recyclée ait été utilisée, et en fait, la pièce peut en effet avoir été créée avec de la poudre 100% vierge.
Plutôt que d'imprimer une infime partie à la fois, la technologie SLS vous permet également de «nicher», ce qui signifie que vous pouvez entasser plusieurs pièces en une seule construction, ce qui vous fait gagner un temps considérable. C'est un bon équilibre compte tenu de l'un des inconvénients de l'utilisation de la technologie SLS: les pièces ne sont généralement pas prêtes immédiatement et nécessitent presque toujours un post-traitement. Bien qu'un tel travail puisse parfois être fastidieux, ces efforts de finition sont là où la perfection ultime – et souvent des personnalisations supplémentaires se produisent.
Une fois imprimées et refroidies en 3D, l'opérateur récupère les pièces du lit de poudre et les déplace vers une zone mise en place pour le post-traitement. Les pièces terminées doivent être refroidies, puis soigneusement dépoussiérées dans une station de nettoyage, ce qui nécessite souvent l'utilisation d'air comprimé pour se débarrasser de grands volumes de poudre en excès. Étant donné que les surfaces peuvent encore être rugueuses au début, l'utilisateur / opérateur peut également avoir besoin de sabler la pièce pour le lisser.
Si la couleur est souhaitée, l'un des grands avantages des pièces SLS est qu'elles peuvent être teintes selon une palette de teintes; Par exemple, chez Shapeways, le matériau Nylon 12 (également appelé Strong and Flexible, PA12, Polyamide et PA2200) est proposé en blanc naturel, mais les pièces peuvent également être teintes en noir, rose, rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet. En raison de la porosité plus élevée (également responsable de ces surfaces rugueuses initiales dans les impressions SLS), la couleur est facilement saturée. Les pièces peuvent également être émaillées, revêtues de métal ou d'autres poudres, voire peintes.
Bien que les utilisateurs puissent être en mesure d'effectuer certaines personnalisations à partir de l'atelier à domicile, dans l'ensemble, l'impression 3D SLS nécessite de l'expérience et des compétences dans les opérations, malgré le processus rationalisé. Des défis typiques surviennent et doivent être compensés par des réglages et une surveillance appropriés. Les délais d'impression peuvent être longs et le post-traitement doit être anticipé. Il peut également y avoir des inconvénients à travailler avec des poudres spécifiques, ce qui rend difficile l'impression de pièces plus grandes et plus plates.
Le rétrécissement est un problème qui continue d'être un défi pour tout type de technologie SLS en raison des qualités intrinsèques de la poudre de nylon. C'est là que l'expertise est requise non seulement en termes d'impression 3D dans son ensemble (en gardant à l'esprit que d'autres types de matériaux provoquent également un rétrécissement), mais en particulier en SLS. S'appuyant sur la plus haute qualité matérielle et logicielle, Shapeways est capable d'éviter à la fois le rétrécissement et la déformation en surveillant de près le processus de refroidissement pour l'uniformité des pièces. Le sur-frittage est un autre défi qui doit également être pris en compte, car la poudre étrangère entourant les pièces peut fondre pendant l'impression.
Pourquoi SLS est si important pour les applications critiques
La polyvalence de l'impression SLS est impressionnante, démontrée par le large éventail d'applications bénéficiant actuellement de ces prototypes et pièces d'extrémité imprimés en 3D. L'une des industries les plus intéressantes à utiliser les services de Shapeways pour l'impression SLS est le domaine médical. Et alors que des organisations comme la NASA peuvent utiliser l'impression SLS pour produire une gamme époustouflante de pièces pour les voyages spatiaux (et que certaines entreprises peuvent même construire des fusées entières), ce qui se passe en médecine est particulièrement important, car certains des modèles et appareils en cours de création l'ont maintenant la capacité non seulement de changer des vies, mais dans certains cas, de les sauver.
Les constructeurs automobiles utilisent également l'impression SLS depuis des décennies. Alors qu'ils peuvent utiliser la fabrication additive pour fabriquer des prototypes spectaculaires, les constructeurs automobiles (ainsi que les compagnies ferroviaires) comptent désormais sur cette technologie pour les pièces fonctionnelles, que ce soit sous le capot ou à l'intérieur. De nombreuses pièces mécaniques différentes peuvent également être fabriquées numériquement, telles que des bouches d'aération, des joints et des joints. Les utilisateurs industriels choisissent l'impression SLS car ils ont besoin de force et de précision pour les composants critiques.
La numérisation 3D de pièces obsolètes conduit dans de nombreux cas au succès des projets de restauration, car les concepteurs et les ingénieurs découvrent qu'ils peuvent copier une pièce (même la modifier pour l'améliorer dans certains cas) qui a été fabriquée il y a longtemps, l'imprimer directement , et évitez des heures interminables à essayer de retrouver quelque chose d'extrêmement difficile à trouver – ou pire, qui n'est plus disponible. Bien que ce type de travail ne soit pas tout à fait nouveau dans le domaine automobile, d'autres industries comme les chemins de fer se lancent également dans l'action car elles trouvent des méthodes réalistes et abordables pour entretenir des pièces importantes qui n'ont peut-être pas eu besoin d'être remplacées pendant des décennies.
Qui utilise la technologie SLS de Shapeways – et pourquoi?
Les clients font confiance à Shapeways pour l'impression SLS et l'utilisation de matériaux d'accompagnement depuis de nombreuses années, et dans une large gamme d'applications uniques. Voici deux exemples illustrant la flexibilité de ce matériau pour fournir une impression de précision pour les petites et grandes pièces:
En collaboration avec un client de conception architecturale de la région de la baie de Californie, Shapeways a imprimé en 3D une somptueuse vanité de six pieds de long pour la salle de bain des enfants dans une maison de luxe rénovée. L'accent était mis sur la durabilité et la longévité, en particulier en raison de la quantité d'usure attendue pendant les années d'utilisation par la jeune génération. La technologie SLS (utilisant du nylon 12 comme matériau) a été choisie pour ce projet en raison de la plus grande échelle d'impression et de la personnalisation intense requise.Un autre client de longue date de Shapeways a choisi l'impression SLS pour des bijoux de créateurs fabriqués aux Pays-Bas. Le duo de designers hollandais Hanno Groen et Joanna Boothman d'Amsterdam ont pu mélanger la technologie SLS pour créer leur série de bracelets Creatures sur mesure, avec également des touches artisanales telles que le cuir rembourré intérieur et les clous plaqués or portant leur emblème. Encore une fois, le luxe et la durabilité sont mis en évidence car les bracelets sont censés être appréciés au fil des ans comme des souvenirs. Le nylon 12 a été utilisé pour fabriquer des bijoux extrêmement légers avec la flexibilité requise pour la finition, ainsi que l'excellence de l'ajustement et du confort du client.
Matériaux offerts par Shapeways
Êtes-vous intéressé par l'impression 3D de pièces industrielles? Découvrez les matériaux suivants proposés pour l'impression SLS via les services Shapeways:
Le nylon 11 au fini blanc naturel convient à une variété d'applications telles que:
Pièces automobilesPièces mécaniquesÉquipement sportifAutres composants nécessitant résistance et résistance aux chocs
Le nylon 12 peut être utilisé pour ce qui suit:
Charnières, ressorts et étuis Prothèses Modèles avec pièces imbriquées Modèles pouvant nécessiter des pièces imbriquées ainsi que résistance et rigidité
Le polyuréthane thermoplastique disponible en couleur blanc cassé convient aux produits nécessitant de l'élasticité, notamment:
Modèles médicauxPièces automobilesTuyaux et joints d'étanchéitéChaussures
SLS continuera à jouer un rôle de premier plan dans les tendances futures
Les processus à base de résine comme le SLA et le SLS à base de poudre se disputent tous les utilisateurs en termes de capacité à créer des géométries complexes pour le prototypage et les pièces personnalisées. Une différence qui ressort, cependant, est que si l'impression SLA peut être invoquée pour fabriquer des pièces plus petites et des moules complexes à utiliser dans le moulage par injection, SLS peut être utilisé pour remplacer le moulage par injection dans les productions à faible volume. Bien que ces tendances se poursuivent jusqu'en 2021, alors que de nouveaux logiciels et matériels continuent d'apparaître sur le marché, les utilisateurs peuvent s'attendre à un large éventail d'options plus évolutives pour inclure une automatisation plus rationalisée, des volumes de construction plus élevés et, bien sûr, la possibilité d'augmenter les taux de construction. lors de l'utilisation de plusieurs lasers.
Aujourd'hui, des technologies telles que SLS, SLA et DLP sont même accessibles au niveau du bureau. Ces options plus abordables sont devenues disponibles à moins de 10000 dollars dans certains cas (plus les frais de poudre de nylon pour le frittage), tandis que le matériel commercial destiné à une utilisation industrielle sérieuse de pièces haute performance coûtera jusqu'à quelques centaines de milliers de dollars. La différence est que les machines de bureau ne sont pas encore capables de produire en vrac des pièces impeccables de qualité industrielle à ce stade.
Au niveau du bureau, bien que vous puissiez produire une pièce de qualité, il sera dans la plupart des cas difficile de «nicher» et d'imprimer plusieurs pièces dans la chambre de fabrication en une seule, ce qui signifie que vous perdez l'un des plus grands avantages. en impression SLS. Parallèlement à cela, vous devez également faire face à l'inconvénient de traiter les restes de poudre une fois l'impression terminée. L'essentiel est que la technologie d'impression SLS est généralement considérée comme hautement industrielle – et les utilisateurs doivent être bien formés à ces opérations.
Les services d'impression 3D de Shapeways tels que l'impression SLS vous permettent de récolter les fruits de matériaux de haute performance et de qualité sans avoir à investir votre capital commercial dans le matériel, les logiciels et les matériaux puissants nécessaires à votre construction. Pour plus de solutions personnalisées répondant à vos besoins de fabrication additive, Shapeways est là pour vous aider.
L'article SLS: un guide détaillé de l'impression 3D industrielle puissante est apparu en premier sur le blog Shapeways.
