Une buse adaptative pour une impression 3D rapide et précise

Lorsqu’il s’agit d’impression 3D, de nombreux utilisateurs se trouvent confrontés au choix d’une haute résolution ou d’une vitesse élevée. Il est en effet difficile de concilier les deux sans faire de compromis. Les buses d’impression de petit diamètre permettent d’obtenir des détails complexes et des impressions précises, tandis que les buses de plus grand diamètre garantissent des résultats d’impression rapides. Une nouvelle approche pourrait offrir une solution qui permettrait à l’avenir de ne plus avoir à choisir entre précision et lenteur et rapidité et négligence. Jochen Müller et Seok Won Kang, de la Whiting School of Engineering de l’université Johns Hopkins, ont mis au point une buse adaptative capable de faire les deux.

Les deux chercheurs ont développé une technique d’impression avec une buse adaptative spéciale, appelée AN3DP, qui peut modifier dynamiquement son diamètre et la forme de sa section transversale pendant l’impression. Cela permet d’imprimer des pièces rapides et détaillées. Elle est également conçue pour éviter les erreurs d’impression.

Crédits photo : Université John Hopkins

Les buses fixes entraînent souvent une surextrusion ou une sous-extrusion. Cela peut entraîner un effet de marche d’escalier, en particulier pour les pièces comportant à la fois des détails complexes et des éléments solides. La principale motivation de l’équipe était donc d’utiliser une buse adaptative pour améliorer le processus et les résultats de l’impression 3D.

Les ingénieurs se sont inspirés des mécanismes des outils de préhension rétractables et des tendons chez l’homme et l’animal. Ainsi, l’AN3DP comporte huit broches mobiles reliées entre elles par une membrane élastique. Les axes sont commandés par des moteurs pour modifier la forme et la taille de la buse, tandis que la membrane assure un écoulement régulier du matériau.

La combinaison des broches mobiles et de la membrane élastique est cruciale pour la production de structures précises et complexes, qui peuvent également être fabriquées rapidement. La buse prend ainsi en compte des paramètres qui sont souvent ignorés avec d’autres buses variables. Certaines sont déjà disponibles sur le marché, mais bien qu’elles puissent souvent modifier leur diamètre, elles n’ont aucune influence sur la forme de la section transversale du filament. Il n’est donc pas possible de contrôler la forme du matériau sortant. L’AN3DP, en revanche, est conçu de manière à pouvoir influencer à la fois la taille de la buse et la section transversale du filament.

Outre les broches et la membrane, la précision et la vitesse sont également dues à la conception interne conique de la buse adaptative. M. Mueller, auteur de l’étude et professeur adjoint au département d’ingénierie civile et des systèmes de la Whiting School of Engineering, explique l’importance de cette conception : « Les imprimantes 3D traditionnelles utilisent des buses fixes qui limitent la résolution ou la vitesse. 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 imprimé, ce qui permet d’obtenir une haute résolution et une impression plus rapide. »

La buse adaptative élimine « l’effet Minecraft »

L’AN3DP peut actuellement extruder tous les matériaux, y compris les polymères, les hydrogels, les céramiques, les métaux, les matériaux composites et même les matériaux biologiques. Elle peut résister à des températures de fonctionnement de plus de 200° C et sera intégrée à l’avenir dans les systèmes FFF. La buse peut contribuer à améliorer considérablement la qualité d’impression.

L’un des principaux avantages de cette buse adaptative est sa capacité à réduire l’effet de « marche d’escalier » », explique M. Mueller. « Cet effet, qui rappelle les personnages en blocs du jeu populaire Minecraft, se produit lorsque des surfaces inclinées ou courbes sont imprimées à l’aide de buses de taille fixe, ce qui donne une série de petites marches visibles plutôt qu’une surface lisse. En ajustant la forme et la taille des buses au cours du processus d’impression, nous pouvons créer des surfaces plus lisses et continues, ce qui améliore la qualité globale des objets imprimés.« 

Bien que l’AN3DP offre des solutions à deux des défis les plus persistants de l’impression 3D – la précision et la vitesse – il y a encore des améliorations à apporter. La faiblesse actuelle de la buse réside dans le fait qu’elle doit être fixée et nettoyée manuellement. En plus de cet effort supplémentaire, la buse ne peut être utilisée que pour un seul processus de fabrication.

Le professeur adjoint Müller et le chercheur postdoctoral Kang travaillent actuellement à l’adaptation de la conception pour surmonter ces limites et faire de l’AN3DP une solution viable pour les applications quotidiennes et industrielles. L’objectif final est d’améliorer les résultats d’impression dans divers domaines. M. Müller est optimiste quant au potentiel de l’AN3DP :

Je suis très enthousiaste à propos de l’AN3DP et de ses applications futures. Sa flexibilité va permettre d’améliorer l’intégrité structurelle et la fonctionnalité des objets imprimés, ce qui les rendra plus adaptés à des applications d’ingénierie complexes.

Retrouvez plus d’informations sur cette buse adaptative pour l’impression 3D ICI. Que pensez-vous de ce développement ?Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !