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L'art de l'impression 3D
Dans le cadre de notre dossier spécial sur la fabrication, nous avons demandé Neri Oxman , professeur au MIT Media Lab et artiste de renommée internationale dont le travail fait partie de la collection permanente du Museum of Modern Art de New York, pour créer une sculpture qui illustrerait l'avenir de la fabrication. (Voir une galerie d'images ici.)
Ce qu'elle a produit, en collaboration avec le professeur de science des matériaux du MIT Craig Carter , est une démonstration puissante des possibilités de l'impression 3D, en utilisant des techniques qui tirent parti des capacités des imprimantes 3D d'une manière que les techniques de fabrication conventionnelles ne peuvent pas.
L'impression 3D englobe une gamme de technologies, des têtes à jet d'encre montées sur des portiques qui peuvent déposer des plastiques couche par couche pour former des modèles complexes, aux systèmes laser plus récents qui frittent des poudres métalliques pour fabriquer des pièces durables pour les avions. Les imprimantes 3D ont été principalement utilisées pour le prototypage, mais elles deviennent également une option pour la fabrication et pourraient même éventuellement être utilisées pour imprimer des bâtiments, explique Oxman. Mais les concepteurs et les architectes n'ont pas encore appris à tirer parti de leurs capacités.
Oxman, qui a suivi une formation d'architecte, affirme que les bâtiments sont conçus aujourd'hui en tenant compte des composants dont ils peuvent être faits : des feuilles de contreplaqué, des vitres, des poutres en acier et des colonnes en béton. En conséquence, ces conceptions sont limitées, de la même manière que les briques Lego contraignent les formes que les enfants peuvent construire. Il existe des limitations similaires dans la fabrication conventionnelle; certaines formes ne peuvent tout simplement pas être construites avec des moules et des outils d'usinage existants, et les concepteurs ont dû concevoir en tenant compte de ces limites.
Oxman explore des moyens de rompre avec la pensée conceptuelle conventionnelle en examinant des modèles et des processus trouvés dans la nature et en utilisant des équations qui définissent ces processus pour générer de nouvelles conceptions. Les résultats sont souvent des formes et des structures surprenantes qui ne peuvent être réalisées qu'avec des imprimantes 3D.
Pour aider à développer les algorithmes nécessaires, Oxman s'est associé à Carter. Dans certains cas, les algorithmes offrent une nouvelle esthétique, mais ils peuvent également avoir des applications pratiques, telles que la variation de la structure pour aider à supporter les charges. Pour une sculpture, un modèle de chaise longue inclinable, l'équipe a combiné des algorithmes tirés de la nature avec une carte de la pression qu'un corps exerce sur une chaise. Le résultat dépend de l'endroit où les algorithmes déterminent que la chaise doit être douce pour offrir un confort et où elle doit être rigide pour fournir un soutien.
Pour la sculpture Oxman réalisée pour Examen de la technologie , elle et Carter n'avaient pas les mêmes contraintes structurelles imposées par une chaise. Les seules exigences étaient que le résultat ressemble à un cube et qu'il comporte les mots Making the Future sur une face. Le cube qui en résulte n'est pas un objet pratique, mais il illustre leur approche du design.
Les algorithmes qui définissent la forme de la sculpture sont basés sur des processus naturels. L'un est le démixage de deux fluides. À haute température, l'huile et le vinaigre, par exemple, deviennent complètement solubles, mais à mesure que la solution se refroidit, les deux fluides commencent à se séparer.
Vous écrivez un ensemble d'équations basées sur ce que vous savez de la thermodynamique et de la cinétique des matériaux, et les équations développent ces structures qui ressemblent à des fluides qui se séparent, dit Carter. La sculpture résultante donne l'impression que ce processus a été gelé et qu'un cube a été découpé au centre des liquides. Pour faire le lettrage, Carter a introduit d'autres équations qui ont provoqué l'attraction d'un fluide vers les lettres et la répulsion de l'autre. (Pour voir une animation de la façon dont les fluides se déplacent pour créer le lettrage, créé par Carter, cliquez sur ici .)
Oxman et Carter ont manipulé les algorithmes jusqu'à ce qu'ils atteignent la forme finale qu'ils voulaient, puis ont expédié le fichier de conception assistée par ordinateur résultant à la société d'impression 3D Objet pour fabriquer le cube de six pouces.
La technologie utilisée pour fabriquer le cube implique une imprimante à jet d'encre pour déposer une couche d'encre polymère, qui est exposée à la lumière ultraviolette pour la durcir. Cela nécessite l'impression d'une structure de support sacrificielle faite d'un polymère souple qui peut être soufflé avec un jet d'eau.
Les conceptions d'Oxman repoussent même les limites des imprimantes 3D existantes - le cube était si complexe qu'il s'est avéré impossible de retirer tout le matériau de support de son centre. Pourtant, repousser les limites de l'impression 3D est en partie son objectif. En effet, son laboratoire au MIT développe de nouveaux types d'imprimantes 3D.
Le laboratoire d'Oxman développe également systèmes robotiques qui pourrait imprimer de grandes structures en béton pour les bâtiments. Le nouveau système robotique est conçu pour pouvoir faire varier la densité du béton, ce qui permet d'utiliser du béton dense et résistant là où il est nécessaire pour le support, et du béton léger et poreux pour les murs non porteurs, afin d'économiser sur les coûts de matériaux. . Finalement, il peut même être possible d'imprimer du béton si poreux qu'il est translucide, réduisant ainsi le besoin d'éclairage intérieur.
Oxman continue de faire avancer les conceptions avec son art. Elle dit que l'approche utilisée pour le Examen de la technologie cube pourrait servir de base à l'une des 18 sculptures d'une nouvelle exposition qu'elle développe pour le Centre Pompidou à Paris. L'exposition ouvrira ce printemps.