Comment une plate-forme mobile pour l’impression 3D peut réduire les déchets et les coûts

Comment une plate-forme mobile pour l'impression 3D peut réduire les déchets et les coûts

Une nouvelle base à contrôle dynamique pour l’impression 3D (à gauche) réduira le besoin de supports imprimés (au centre), réduira le gaspillage et gagnera du temps. Crédits: Yong Chen

L’impression 3D a le potentiel de révolutionner la conception et la fabrication de produits dans une vaste gamme de domaines, des composants personnalisés pour les produits de consommation aux produits dentaires imprimés en 3D et aux implants osseux et médicaux qui pourraient sauver des vies. Cependant, le processus crée également une grande quantité de déchets coûteux et non durables et prend beaucoup de temps, ce qui rend difficile la mise en œuvre de l’impression 3D à grande échelle.

Chaque fois qu’une imprimante 3D produit des objets personnalisés, en particulier des produits de forme inhabituelle, elle doit également imprimer des supports imprimés qui équilibrent l’objet lorsque l’imprimante crée couche par couche, contribuant ainsi à maintenir son intégrité de forme. Cependant, ces supports doivent être retirés manuellement après l’impression, ce qui nécessite une finition à la main et peut entraîner des imprécisions de forme ou une rugosité de surface. Les matériaux à partir desquels les supports sont fabriqués ne peuvent souvent pas être réutilisés et sont donc jetés, ce qui contribue au problème croissant des déchets imprimés en 3D.

Pour la première fois, des chercheurs du département d’ingénierie industrielle et des systèmes Daniel J. Epstein de l’USC Viterbi ont créé une méthode de support réutilisable à faible coût pour réduire le besoin d’imprimantes 3D pour imprimer ces supports inutiles, améliorant considérablement la rentabilité et la durabilité. pour l’impression 3D.

Les travaux, dirigés par Yong Chen, professeur d’ingénierie industrielle et des systèmes et Ph.D. l’étudiant Yang Xu, a été publié dans La fabrication additive.

L’impression 3D traditionnelle utilisant la technique de modélisation par dépôt fondu (FDM), imprime couche par couche, directement sur une surface métallique statique. Le nouveau prototype utilise à la place une surface programmable et contrôlée dynamiquement faite de broches métalliques mobiles pour remplacer les supports imprimés. Les broches se soulèvent à mesure que l’imprimante construit progressivement le produit. Chen a déclaré que les tests du nouveau prototype ont montré qu’il économise environ 35% des matériaux utilisés pour imprimer des objets.

« Je travaille avec des médecins biomédicaux qui impriment en 3-D en utilisant des biomatériaux pour construire des tissus ou des organes », a déclaré Chen. « Une grande partie des matériaux qu’ils utilisent sont très chers – nous parlons de petites bouteilles qui coûtent entre 500 $ et 1 000 $ chacune. »

«Pour les imprimantes FDM standard, le coût des matériaux est de l’ordre de 50 USD par kilogramme, mais pour la bio-impression, c’est plus de 50 USD par gramme. Donc, si nous pouvons économiser 30% sur les matériaux qui auraient servi à l’impression de ces supports, c’est un coût énorme. économiser pour l’impression 3D à des fins biomédicales », a déclaré Chen.

En plus des impacts environnementaux et financiers du gaspillage de matériaux, les processus d’impression 3D traditionnels utilisant des supports prennent également du temps, a déclaré Chen.

« Lorsque vous imprimez des formes complexes en 3D, la moitié du temps vous construisez les pièces dont vous avez besoin, l’autre moitié du temps vous construisez les supports. Donc, avec ce système, nous ne construisons pas les supports. . Par conséquent, en termes de temps d’impression, nous avons une économie d’environ 40%. « 

Chen a déclaré que des prototypes similaires développés dans le passé reposaient sur des moteurs individuels pour soulever chacun des supports mécaniques, ce qui se traduisait par des produits très énergivores qui étaient également beaucoup plus chers à l’achat, et donc pas rentables pour les imprimantes 3D.

« Donc, si vous aviez 100 broches mobiles et que le coût de chaque moteur est d’environ 10 $, le tout est de 1 000 $, en plus de 25 tableaux de commande pour contrôler 100 moteurs différents. Le tout coûterait bien plus de 10 000 $. »

Le nouveau prototype de l’équipe de recherche fonctionne en exécutant chacun de ses supports individuels à partir d’un seul moteur qui déplace une plate-forme. La plate-forme soulève des groupes de broches métalliques en même temps, ce qui en fait une solution rentable. Sur la base de la conception du produit, le logiciel du programme indiquerait à l’utilisateur où il doit ajouter une série de tubes métalliques dans la base de la plate-forme. La position de ces tubes déterminerait alors quelles broches s’élèveraient à des hauteurs définies pour mieux supporter le produit imprimé en 3-D, tout en créant également le moins de gaspillage à partir des supports imprimés. À la fin du processus, les broches peuvent être facilement retirées sans endommager le produit.

Chen a déclaré que le système pourrait également être facilement adapté pour la fabrication à grande échelle, comme dans les industries de l’automobile, de l’aérospatiale et du yacht.

« Les gens construisent déjà des imprimantes FDM pour les carrosseries de voitures et de navires de grande taille, ainsi que pour les produits de consommation tels que les meubles. Comme vous pouvez l’imaginer, leurs temps de construction sont vraiment longs – nous parlons d’une journée entière », a déclaré Chen. « Donc, si vous pouvez économiser la moitié de cela, votre temps de fabrication pourrait être réduit à une demi-journée. L’utilisation de notre approche pourrait apporter de nombreux avantages pour ce type d’impression 3D. »

Chen a déclaré que l’équipe avait récemment déposé une demande de brevet pour la nouvelle technologie. La recherche a été co-écrite par Ziqi Wang, précédemment étudiant invité à l’USC, de la School of Computer and Communication Sciences, EPFL Suisse, et Siyu Gong de l’USC Viterbi.


La révolution de la santé imprimée en 3D


Plus d’information:
Yang Xu et al, Support réutilisable pour la fabrication additive, La fabrication additive (2021). DOI: 10.1016 / j.addma.2021.101840

Fourni par l’Université de Californie du Sud

Citation: Comment une plate-forme mobile pour l’impression 3D peut réduire les déchets et les coûts (2021, 6 avril) récupéré le 13 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-04-platform-3d.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.