La plate-forme réduit le temps et les déchets d’impression 3D, augmente la durabilité
La solution inventée par les ingénieurs de l’Université de Californie du Sud permet de réduire de 35 % le matériau utilisé dans la fabrication additive FDM et permet également de gagner du temps.
Bien que l’impression 3D ait fourni une plate-forme rapide pour fabriquer des produits d’une manière généralement moins longue, elle a toujours ses inconvénients, l’un des principaux étant la quantité de déchets de matériaux qu’elle produit.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l’Université de Californie du Sud (USC) ont créé une méthode d’impression à faible coût conçue pour réduire certains des principaux contributeurs de déchets – prend en charge qui aident à maintenir l’intégrité des objets imprimés qui sont retirés après l’impression et mis au rebut.
L’équipe de l’USC Viterbi School of Engineering a développé sa solution pour l’impression 3D traditionnelle en utilisant la technique Fused Deposition Modeling (FDM), qui imprime généralement couche par couche, directement sur une surface métallique statique. Il est maintenant mieux adapté à une utilisation dans le domaine médical, mais peut s’étendre à d’autres industries.
La méthode utilise à la place une surface programmable et contrôlée dynamiquement constituée de broches métalliques mobiles pour remplacer les supports imprimés qui seraient normalement utilisés pour maintenir l’objet pendant qu’il imprime, en particulier pour les objets de forme inhabituelle.
Une nouvelle base à commande dynamique pour l’impression 3D de modélisation par dépôt de fusion (au centre) réduira le besoin de supports imprimés (à gauche) dans un objet, réduisant ainsi les déchets et économisant du temps.
Dans la technique des chercheurs de l’USC, les broches se soulèvent au fur et à mesure que l’imprimante construit le produit, ce qui, lors des tests, a démontré une économie d’environ 35% des matériaux qui seraient généralement utilisés pour imprimer des objets de cette manière, a déclaré Yong Chen, professeur d’industrie et l’ingénierie des systèmes au département d’ingénierie industrielle et des systèmes Daniel J. Epstein de l’USC Viterbi. Il a dirigé le projet avec un doctorat. étudiant Yang Xu.
« Pour les imprimantes FDM standard, le coût des matériaux est d’environ 50 $ par kilogramme, mais pour la bio-impression, c’est plutôt 50 $ par gramme », a déclaré Chen dans un communiqué de presse. « Donc, si nous pouvons économiser 30 % sur le matériel qui aurait servi à l’impression de ces supports, cela représente une énorme économie pour l’impression 3D à des fins biomédicales. »
En plus des économies de coûts et de la réduction de l’impact environnemental avec la solution, les chercheurs ont déclaré que la nouvelle méthode peut également faire gagner du temps aux professionnels de la santé dans la fabrication d’une pièce, ce qui peut être crucial dans un cadre médical.
« Lorsque vous imprimez en 3D des formes complexes, la moitié du temps vous construisez les pièces dont vous avez besoin, l’autre moitié du temps vous construisez les supports », a déclaré Chen dans un communiqué de presse. « 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 %.
Un nouveau moyen de soutien
Plus précisément, le prototype fonctionne en faisant fonctionner chacun de ses supports à partir d’un seul moteur qui déplace une plate-forme. La plate-forme soulève alors des groupes de broches métalliques en même temps pour soutenir la pièce lors de l’impression.
L’utilisation de ces broches est basée sur la conception du produit et le logiciel de programmation qui l’utilise pour indiquer à l’utilisateur où il doit ajouter une série de tubes métalliques dans la base de la plate-forme. La position de ces tubes détermine ensuite quelles broches s’élèveraient à des hauteurs définies pour mieux supporter le produit, minimisant ainsi les déchets. À la fin du processus, les épingles peuvent être retirées du produit sans l’endommager.
Cette conception est différente des prototypes similaires développés dans le passé pour fabriquer des produits de cette manière, qui reposaient sur des moteurs individuels pour soulever chacun des supports mécaniques, a déclaré Chen. Il en a résulté des produits très énergivores qui étaient également beaucoup plus chers à l’achat.
« 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 cartes de contrôle pour contrôler 100 moteurs différents », a-t-il expliqué. « Le tout coûterait bien plus de 10 000 $. »
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue La fabrication additive.
L’équipe a déclaré que sa solution pourrait éventuellement être mise à l’échelle pour être utilisée pour fabriquer des pièces au-delà du domaine médical vers les industries de l’automobile, de l’aérospatiale et des yachts.
Pour poursuivre leurs recherches et distribuer commercialement la plate-forme, l’équipe de recherche, qui comprend également Ziqi Wang, auparavant étudiant invité à l’USC de l’EPFL Suisse, et Siyu Gong de l’USC, a déposé un brevet pour leur technologie.
