C’est une course effrénée à l’innovation qui s’est engagée depuis quelques années autour de l’impression 3D à grande vitesse. En effet si cette technologie est supérieure sur bien des points aux techniques de fabrication traditionnelles, elle pèche néanmoins par sa lenteur d’exécution qui reste un frein majeur à sa démocratisation. Ainsi après le Néerlandais TNO ou encore l’américain 3D Systems qui planchent tous deux sur une ligne de fabrication additive ultra rapide, l’Université de Sheffield basée en Angleterre a récemment annoncé le développement de sa propre imprimante 3D haute vitesse.
Selon Neil Hopkinson, responsable du Centre de Recherche en Fabrication Additive de l’université et co-inventeur de ce nouveau procédé, la machine serait capable de produire des pièces aussi rapidement que les procédés traditionnels tels que le moulage par injection. L’imprimante repose sur un procédé appelé HSS (High Speed Sintering) breveté par Neil Hopkinson l’année dernière, qui est une sorte de technologie hybride reprenant le SLS (frittage laser) qui consiste à fusionner des couches de poudre de plastique avec un laser et la 3DP qui agglomère la poudre en y déposant de minuscules gouttes de glue.
« lorsque les niveaux d’encre augmentent, les propriétés mécaniques commencent à réduire »
Ici l’agglomération s’effectue via une encre de noir de carbone qui une fois déposée et absorbée par la poudre, est chauffée par un rayonnement infrarouge. Ce composant qui a la particularité d’absorber les rayons infrarouges, permet ainsi de chauffer et de fusionner la poudre aux endroits où il a été déposé tout en laissant le reste intact. La résistance et la densité de l’objet peuvent également être contrôlées en déposant une encre de différentes nuances de gris. Les nuances de gris sont déterminées par la quantité d’encre noire de carbone utilisée. Moins celle-ci est concentrée et plus la pièce imprimée est résistante.
« Nous avons constaté que lorsque les niveaux d’encre augmentent, les propriétés mécaniques commencent à réduire. Cela nous a permis d’identifier le seuil idéal à partir duquel vous pouvez obtenir une résistance maximal avec un minimum d’encre. » A expliqué Neil Hopkinson.
En faisant varier l’espace entre les points d’encre noire sur la poudre, les chercheurs ont pu augmenter les propriétés mécaniques de la pièce imprimée. Ainsi il est possible d’imprimer des densités différentes sur un même objet et de maximiser sa résistance tout en réduisant son poids.
« Imprimer une balle de tennis prendrait deux minutes et une chaise entièrement assemblé quelques heures »
Ce procédé qui est capable d’imprimer une couche entière d’un objet en moins de 20 secondes, offre aussi l’avantage de générer moins de chaleur permettant ainsi un refroidissement beaucoup plus rapide de la pièce. « Nous construisons une machine de 1m3 qui en fonction de la géométrie des pièces, sera 10 à 100 fois plus rapide que le frittage laser. Si le procédé est plus adapté aux thermoplastiques, élastomères et polymères techniques, sur le long terme il pourrait aussi concerner les métaux et/ou les céramiques. » A déclaré Neil Hopkinson. « Imprimer une balle de tennis prendrait deux minutes et une chaise entièrement assemblé quelques heures. A noter qu’il s’agit de taux de production, il ne s’agira pas d’appuyer sur play et de voir apparaître une balle en 2 minutes mais plutôt 100 balles de tennis en 3 heures environ. »
Si jusqu’alors l’impression 3D était surtout rentable pour des petites et moyennes séries, ce nouveau procédé ultra-rapide permettrait de produire en masse et faire ainsi des économies d’échelle. Financée par le Conseil de Recherche en Ingénierie et en Sciences Physiques à hauteur de £1 million (1,36M€), cette technologie a été développée en partenariat avec l’université de Loughbrough et Xaar spécialiste de l’impression 2D à jet d’encre. S’il est encore trop tôt pour avancer un prix, on sait néanmoins que cette imprimante 3D « High Speed » devrait voir le jour en 2017.
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