Bouquet de matériaux en impression 3D

Article du 30 septembre 2016 

Bouquet de matériaux en impression 3D | Photo: Stratasys

Obturations dentaires, casques de vélo ou prototypes de composants – la liste des produits qui sont réalisés avec des imprimantes 3D ne cesse de s'allonger. La plupart sont fabriqués en un seul matériau.

Pour couvrir de nouveaux domaines d'application pour des produits « imprimés », on développe désormais des imprimantes 3D qui combinent différents matériaux en composants multi-matériaux. Dans le cadre du projet DIMAP*, Festo étudie une méthode qui permet de concevoir et d'imprimer des articulations de robots en différents matériaux. Festo participe au projet en tant qu'utilisateur.

Imprimé couche par couche

Au lieu de fraiser une pièce dans un seul bloc, l'impression 3D fabrique des composants couche par couche. Comme base, on se sert d'un dessin 3D, qui est réalisé avec un programme de CAO. Le logiciel de l'installation décompose virtuellement ce modèle en différents plans qu'il assemblera ensuite pas à pas. Avec le procédé appelé PolyJet, qui est utilisé dans le projet DIMAP, les matériaux sont appliqués sous la forme de gouttelettes liquide – comme avec une imprimante à jet d'encre. Ensuite, une lampe UV durcit la couche liquide. Cette opération est répétée, jusqu'à ce que la pièce soit finie.  En plus de différents matériaux, on peut également imprimer différentes couleurs.

Bouquet de matériaux en impression 3D | Photo: Stratasys
Photo: Stratasys

Réaliser une articulation de robot en une seule opération d'impression

Dans le cadre du projet de recherche DIMAP, on étudie dans quelle mesure des matériaux céramiques, conductibles, légers et robustes conviennent à l'impression d'un bras de robot avec des articulations intégrés. Les paliers requis, les structures cinématiques en construction légère, les actionneurs pneumatiques ainsi que les pistes vont être imprimés pour la première fois avec le procédé PolyJet. Les matériaux doivent être adaptés les uns aux autres, ce qui nécessite une étude fondamentale des matériaux de la part des acteurs du projet.

L'objectif est d'atteindre un degré élevé d'intégration de fonction – en d'autres termes, avoir aussi peu de pièces imprimées que possible pour faciliter au maximum le montage. Si les éléments principaux du bras du robot sont imprimés sous la forme de composants multi-matériaux, on peut largement se passer de raccords comme des vis.

Recherche sur les propriétés de matériaux

La recherche doit encore répondre à de nombreuses questions en suspens sur les matériaux. Ainsi par exemple, il n'existe que peu de matériaux susceptibles d'être utilisés pour le procédé PolyJet. Ils doivent être liquides pour traverser des buses, durcir rapidement et, selon le domaine d'application, supporter différentes charges. Dans les bras de robots par exemple, ils doivent résister durablement à la friction ou à la dilatation, ce qui est encore impossible à l'heure actuelle. Comme les propriétés exactes des matériaux sont encore largement inconnues, voici un domaine important de la recherche pour faire avancer le procédé d'impression 3D. À ce jour, les produits réalisés avec le procédé d'impression PolyJet sont utilisés essentiellement comme prototypes de design.

Une vidéo du fabricant des imprimantes 3D Stratasys montre comment fonctionne le procédé.

Bouquet de matériaux en impression 3D | Photo: Stratasys
Photo: Stratasys

* Le nom du projet DIMAP signifie « Novel nanoparticle enhanced Digital Materials for 3D Printing and their applications shown for the robotic and electronic industry »