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Une imprimante 3D de bureau hautement performante


4 décembre 2017
Par Pierre Deschamps

Grâce à une recherche soutenue par Lockheed Martin Corporation, des ingénieurs de Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont mis au point une nouvelle imprimante 3D de bureau qui fonctionne jusqu’à dix fois plus vite que ses équivalents commerciaux existants. Alors que les imprimantes les plus courantes peuvent fabriquer quelques briques de format Lego en une heure, ce nouvel appareil peut imprimer des objets de taille similaire en quelques minutes seulement.

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Pour obtenir ce résultat, l’équipe de recherche a tout d’abord identifié trois facteurs limitant la vitesse de l’imprimante : la vitesse à laquelle une imprimante peut déplacer sa tête d’impression, la force qu’une tête d’impression peut appliquer à un matériau pour le pousser à travers la buse et la vitesse à laquelle la tête d’impression peut transférer de la chaleur à un matériau pour le faire fondre et le faire s‘écouler.

« Compte tenu de notre compréhension de ce qui limite ces trois variables, nous avons pu concevoir nous-mêmes une nouvelle imprimante capable de les améliorer et ce, dans un même système », explique Anastasios John Hart, professeur agrégé de génie mécanique au MIT.

Dans la plupart des imprimantes 3D de bureau, le plastique est introduit dans une buse par l’intermédiaire d’un mécanisme à roue dentée dans lequel deux petites roues dans la tête d’impression tournent et poussent le plastique ou le filament vers l’avant. « Cela fonctionne bien à des vitesses relativement faibles, mais une plus grande force est appliquée pour accélérer le processus, les roues perdront leur adhérence sur le matériau, un désavantage mécanique qui limite la rapidité avec laquelle de la tête d’impression peut pousser le matériau », fait valoir ce dernier.

Pour remédier à ce problème, l’équipe de recherche a remplacé la roue dentée par un mécanisme à vis qui tourne dans la tête d’impression. Le filament plastique texturé introduit dans la vis peut alors passer à travers la buse à des forces et à des vitesses plus élevées. « Nous pouvons ainsi obtenir une force motrice dix fois plus grande ».

Pour faire fondre plus rapidement le filament avant qu’il ne soit introduit dans la buse, l’équipe a utilisé un laser en aval du mécanisme de vis. Il s’ensuit que le filament est plus rapidement et complètement fondu avant d’y pénétrer. En outre, en ajustant la puissance du laser et en le tournant rapidement, les chercheurs ont constaté qu’ils pouvaient contrôler la quantité de chaleur transmise au plastique. Soulignons que le laser et le mécanisme à vis placé dans une tête d’impression compacte et sur mesure ont la taille d’une souris d’ordinateur.

Enfin, l’équipe a conçu un mécanisme de portique à grande vitesse – un cadre en forme de H alimenté par deux moteurs – qui permet à la tête d’impression de se déplacer rapidement, de manière à maintenir un flux d’extrusion en continu et à vitesse élevée.

« Ces trois facteurs nous ont permis de réaliser une imprimante qui peut être jusqu’à dix fois plus rapide que les imprimantes commerciales que nous avons testées », soutient le chercheur du MIT.

Compte tenu du succès obtenu avec le prototype décrit ci-dessus, le professeur Hart espère bientôt pouvoir « appliquer cette technique à des matériaux plus avancés, comme les polymères à haute résistance et les matériaux composites. Nous travaillons également sur l’impression 3D à grande échelle, pas seulement sur l’impression d’objets à l’échelle du bureau, mais sur des structures plus grandes pour l’outillage, ou même des meubles », précise-t-il. « La possibilité d’imprimer plus rapidement ouvre la porte à de nombreuses opportunités fort intéressantes », conclue-t-il.

http://www.mit.edu