Système ANP3D (crédits photo : Johns Hopkins University)
L’une des limites que rencontrent les utilisateurs d’imprimantes 3D de type FFF (dépôt de matière fondue) concerne le diamètre de leurs buses. En effet, s’agissant le plus souvent de diamètre fixe, cela contraint de choisir entre vitesse d’impression et niveau de détail, limitant ainsi la capacité à optimiser chaque partie de la pièce imprimée.
L’autre contrainte des buses fixes, elles qu’elles entraînent fréquemment des problèmes de sur- ou sous-extrusion. Cela peut provoquer ce qu’on appelle un « effet d’escalier », un phénomène récurrent lorsqu’on imprime des pièces aux formes courbes.
C’est dans l’optique de résoudre cette problématique, que Jochen Müller et Seok Won Kang, deux ingénieurs de l’université américaine Johns Hopkins ont développé une nouvelle technique d’impression 3D qui utilise une buse qui peut changer de taille et de forme au cours du processus d’impression, surmontant ainsi le compromis vitesse-résolution inhérent aux imprimantes 3D traditionnelles à buse fixe.
Pour mettre au point leur solution baptisée ANP3D, les ingénieurs expliquent s’être inspirés des mécanismes des outils de préhension et des tendons rétractables chez les humains et les animaux. Leur buse adaptative dispose de huit broches mobiles reliées entre elles par une membrane élastique. Des moteurs permettent de modifier la forme et la taille de la buse, tandis que la membrane assure un dépôt uniforme de matériau.
« Sa flexibilité va améliorer l’intégrité structurelle et la fonctionnalité des objets imprimés, les rendant ainsi plus adaptés aux applications d’ingénierie complexes »
L’avantage de cette approche est qu’elle permet d’accélérer le processus d’impression en augmentant le débit de matière pour les sections moins détaillées, et au contraire de réduire le diamètre pour les zones nécessitant une grande précision. Elle est aussi très efficace pour lutter contre l’effet escalier, et obtenir ainsi des surfaces plus lisses. Comparé aux buses adaptatives classiques enfin, elle permet de contrôler la forme du matériau extrudé.
« Les imprimantes 3D traditionnelles utilisent des buses fixes, qui limitent soit la résolution, soit la vitesse. » abonde Jochen Müller. « Les buses plus petites améliorent la résolution mais ralentissent l’impression, tandis que les buses plus grandes augmentent la vitesse mais réduisent les détails. La conception d’AN3DP surmonte ce problème en s’adaptant aux exigences spécifiques de chaque élément à imprimer, permettant à la fois une haute résolution et une impression plus rapide. »
En termes de compatibilité matériau, l’AN3DP peut extruder toutes les matières, y compris les polymères, les hydrogels, les céramiques, les métaux, les matériaux composites et même les matériaux biologiques. Pour l’heure, ce système peut supporter des températures de fonctionnement supérieures à 200 °C.
Avant que l’AN3DP ne puisse équiper les imprimantes 3D du marché, plusieurs améliorations seront nécessaires. L’une des limites de la buse concernerait notamment sa conception qui nécessite une fixation et un nettoyage manuels.
L’ambition des protagonistes est d’arriver à une solution fiable pour les utilisations quotidiennes et industrielles. Les applications possibles incluent des pièces aérospatiales, des dispositifs
électroniques flexibles, ainsi que des poutres et des murs structurels. « Je suis vraiment enthousiasmé par AN3DP et ses futures applications. Sa flexibilité va améliorer l’intégrité structurelle et la fonctionnalité des objets imprimés, les rendant ainsi plus adaptés aux applications d’ingénierie complexes. » conclut Jochen Müller.
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