Une impression 3D plus intelligente permet d’obtenir de meilleures pièces plus rapidement

Imprimante 3D

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

Les imprimantes 3D pourraient bientôt s’améliorer dans la production de pièces complexes en métal et en plastique, grâce à un nouveau logiciel développé à l’Université du Michigan qui réduit l’accumulation de chaleur nocive dans les imprimantes laser à fusion sur lit de poudre.

Appelé SmartScan, le logiciel a démontré une amélioration de 41 % de la répartition de la chaleur et une réduction de 47 % des déformations dans une étude récente.

Il est également susceptible d’accélérer le processus de fabrication de deux manières : en réduisant la nécessité pour les imprimantes de ralentir pour aider au refroidissement et en réduisant considérablement les défauts causés par la chaleur qui doivent être corrigés après l’impression.

La fusion laser sur lit de poudre est une forme d’impression 3D utilisée dans les industries aérospatiale, automobile et biomédicale pour fabriquer des pièces trop complexes pour être fabriquées avec la fabrication conventionnelle. Il utilise un laser pour fusionner des couches de poudre de métal ou de plastique. Mais la chaleur du laser peut s’accumuler dans les pièces délicates en cours d’impression, provoquant des déformations et d’autres défauts.

“Ce problème devient encore plus sérieux pour les pièces avec des caractéristiques très minces”, a déclaré Chinedum Okwudire, professeur agrégé de génie mécanique à l’UM et auteur correspondant de l’article dans Additive Manufacturing. “La chaleur n’a pas beaucoup de place pour se propager, vous devez donc être intelligent sur la façon dont vous déplacez le laser, sinon votre pièce se déformera de manière vraiment étrange.”

SmartScan s’attaque au problème en examinant comment la chaleur circule dans une pièce donnée et en cartographiant une séquence de numérisation optimisée pour limiter l’accumulation de chaleur dans une zone donnée. Il analyse la forme de la pièce et les propriétés thermiques du matériau utilisé, y compris le transfert de chaleur par conduction et convection.






Crédit : Université du Michigan

D’autres dans le domaine ont expérimenté des motifs d’impression variés pour réduire l’accumulation de chaleur, par exemple en sautant d’une zone à une autre ou en alternant entre les directions de balayage horizontales et verticales. Mais Okwudire affirme que SmartScan est la première solution qui utilise un modèle thermique pour guider de manière optimale le laser afin de répartir la chaleur plus uniformément.

“Lorsque vous y intégrez la science, vous pouvez le faire d’une manière qui soit meilleure et qui fonctionne même pour les parties les plus complexes”, a déclaré Okwudire.

Pour déterminer l’efficacité de cette première version de SmartScan, les chercheurs ont utilisé un laser pour imprimer un motif identique sur deux plaques d’acier inoxydable. Ils ont utilisé le procédé SmartScan pour la première plaque et sont passés aux motifs d’impression traditionnels pour la seconde plaque. Les impressions réalisées avec SmartScan étaient systématiquement moins déformées et présentaient une distribution de chaleur plus uniforme pendant le processus de marquage que les autres méthodes.

Sur la base des résultats de l’expérience, l’équipe est convaincue qu’avec des recherches supplémentaires, elle sera en mesure d’adapter SmartScan pour construire des pièces entièrement en 3D. Ils prévoient d’améliorer encore le logiciel en prenant en compte la fusion de la poudre de métal ou de plastique dans leur modélisation thermique, ainsi qu’en permettant la mise à jour active d’une séquence de numérisation pendant l’impression basée sur des mesures de température observées en temps réel à l’aide d’une caméra infrarouge.

“Les résultats sont très prometteurs et nous avons reçu de nombreux retours positifs”, a déclaré Okwudire, qui a commencé à faire la démonstration du logiciel aux partenaires de l’industrie. “Nous avons opté pour un modèle simple parce qu’il fonctionne, et il fonctionne mieux que les approches par essais et erreurs utilisées aujourd’hui. Nous voulions nous concentrer dans une direction qui soit pratique et qui ait vraiment la possibilité de faire une différence.”

La recherche a été publiée dans La fabrication additive.


Des chercheurs conçoivent un échangeur de chaleur extrême à l’aide de l’impression 3D métallique


Plus d’information:
Keval S. Ramani et al, SmartScan : Une approche de numérisation intelligente pour une distribution thermique uniforme, des contraintes résiduelles et des déformations réduites dans la fabrication additive PBF, La fabrication additive (2022). DOI : 10.1016/j.addma.2022.102643

Fourni par l’Université du Michigan

Citation: L’impression 3D plus intelligente rend les meilleures pièces plus rapides (8 avril 2022) récupéré le 8 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-smarter-3d-faster.html

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