Accélérer l'impression 3D

Les imprimantes 3D peuvent fabriquer des objets impossibles ou coûteux à fabriquer avec le moulage, le fraisage et d'autres procédés de fabrication conventionnels. Cependant, ces imprimantes fonctionnent trop lentement pour être largement utilisées dans les usines.

1. Un technicien verse des précurseurs polymères visqueux dans le puits de l'imprimante. La fenêtre du bas laisse entrer la lumière d'un projecteur ultraviolet sous-jacent et est perméable à l'oxygène.

C'est parce que la version actuelle de la technologie construit des objets une couche à la fois. Il s'agit essentiellement d'impression 2D encore et encore, explique l'ingénieur chimiste Joseph DeSimone, fondateur et PDG de Carbon 3D, une startup de Redwood City, en Californie. Son entreprise revendique une technologie 25 à 100 fois plus rapide selon l'objet et le matériau.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2015

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DeSimone espère que les imprimantes de Carbon 3D seront utilisées pour fabriquer des pièces d'avion ou de voiture plus solides et pourtant plus légères que celles utilisées aujourd'hui, contribuant ainsi à réduire la consommation de carburant. Il veut également rendre possible l'impression rapide de semelles de chaussures personnalisées, adaptées aux caprices des arches individuelles, et placer des imprimantes dans les salles d'opération pour générer des stents adaptés aux artères des patients.

2-4. Image par image, la lumière ultraviolette projette le dessin dans le bain chimique. Une partie de la lumière est visible sous la forme d'une lueur violette.

5-6. Au fur et à mesure que les précurseurs chimiques exposés durcissent, un bras mécanique tire l'objet en croissance hors du bain. Une fine couche d'oxygène au fond du bain empêche les motifs de durcissement de coller.

7. Un technicien retire l'objet terminé, dont l'impression a pris 17 minutes. La société affirme que cette structure peut être réalisée en sept minutes lorsque le processus n'est pas ralenti pour les photographies.

8. Il s'agit d'un modèle agrandi de la structure osseuse. Un modèle comme celui-ci ne peut pas être fabriqué à l'aide d'un moule, et il serait très compliqué de le fabriquer en fraisant du matériau à partir d'un bloc de polymère solide.

Un modèle de la Tour Eiffel en résine.

9. Un motif d'entretoises à l'intérieur de ce cylindre de résine dure imprimé en 3D ajoute une résistance supplémentaire sans ajouter beaucoup de poids. Ce type de conception pourrait être utilisé pour remplacer les structures de support métalliques dans les sièges d'avion, selon la société.

10–11 Les imprimantes peuvent également créer des objets à partir d'élastomères élastiques et flexibles, qui pourraient bien convenir aux articles portables tels que les semelles de chaussures et les écouteurs. Les élastomères sont incompatibles avec la fabrication additive traditionnelle, explique DeSimone.

Le processus de Carbon 3D est une variante d'une méthode appelée stéréolithographie, qui utilise des motifs projetés de lumière ultraviolette pour catalyser la formation de polymères solides à partir d'un pool de résine. La stéréolithographie est généralement un processus d'arrêt et de démarrage - l'objet imprimé colle au fond de n'importe quel récipient dans lequel il se trouve et doit être retiré après chaque éclair de lumière. Répéter ce processus avec chaque calque est lent et laisse l'objet terminé mécaniquement faible là où chaque calque se connecte à un autre.

Dans la version de Carbon 3D, le bassin de résine liquide se trouve dans un récipient avec une fenêtre au fond. La fenêtre est perméable comme une lentille de contact, elle laisse donc entrer non seulement la lumière mais aussi l'oxygène, ce qui inhibe la réaction chimique juste assez pour empêcher le polymère de se solidifier au fond. Cela permet à Carbon 3D d'imprimer en continu une couche au-dessus de la suivante, ce qui rend le processus beaucoup plus rapide et les matériaux résultants plus solides, explique DeSimone. Cela ressemble à quelque chose qui sort d'une flaque d'eau, dit-il.

D'autres chercheurs ont démontré des systèmes d'impression qui intègrent certaines des techniques utilisées dans les machines de Carbon 3D, et certaines de ces méthodes peuvent imprimer des caractéristiques avec des résolutions plus élevées que le processus de l'entreprise. DeSimone, qui a fondé Carbon 3D en 2013 et est en congé de l'Université de Caroline du Nord pour travailler dans l'entreprise, dispose d'un financement de 51 millions de dollars pour développer davantage les imprimantes et les matériaux polymères qui seront ses premiers produits. En mars dernier, la société est sortie du mode furtif avec un La science papier décrivant sa technologie et une vidéo captivante d'un petit modèle bleu de la Tour Eiffel émergeant rapidement d'une petite piscine visqueuse.

DeSimone affirme que si la plupart des systèmes d'impression 3D commerciaux ont été conçus par des ingénieurs en mécanique, son intérêt pour la chimie distingue Carbon 3D. Nous voulons offrir aux matériaux des propriétés inédites, dit-il.

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