Impression 3D : une méthode de production écologique
L'impression 3D a le potentiel de changer la conception et la production d'articles dans une vaste gamme de domaines : des éléments sur mesure pour les articles de consommation aux produits dentaires imprimés en 3D et aux implants osseux et médicaux qui pourraient sauver des vies. Néanmoins, le processus crée également une grande quantité de déchets coûteux et non durables et prend très longtemps, ce qui rend difficile l'exécution de l'impression 3D à grande échelle.
Chaque fois qu'un L'imprimante 3D produit des objets sur mesure, en particulier des produits de forme inhabituelle, elle nécessite également d'imprimer des supports imprimés qui stabilisent l'objet au fur et à mesure que l'imprimante produit couche par couche, aidant à préserver son intégrité de forme. Cependant, ces aides doivent être éliminées à la main après l'impression, ce qui nécessite de finir à la main et peut entraîner des défauts de forme ou une rugosité de surface. Les matériaux à partir desquels les supports sont fabriqués ne peuvent souvent pas être réutilisés, ils sont donc jetés, ce qui contribue au problème croissant des déchets imprimés en 3D. Pour la toute première fois, des scientifiques du département d'ingénierie industrielle et des systèmes Daniel J. Epstein de l'USC Viterbi ont créé une technique d'assistance recyclable à faible coût pour réduire le besoin d'imprimantes 3D pour imprimer ces aides inutiles, améliorant considérablement la rentabilité et la durabilité. pour l'impression 3D.
L'impression 3D conventionnelle utilisant la technique FDM (Fused Deposition Modeling) imprime couche par couche, directement sur une surface métallique fixe. Le nouveau modèle utilise à la place une surface programmable à contrôle dynamique constituée de broches métalliques mobiles pour remplacer les aides imprimées. Les broches se lèvent au fur et à mesure que l'imprimante construit l'article. Chen a déclaré que le dépistage du nouveau prototype a en fait montré qu'il permet d'économiser environ 35 % sur les produits utilisés pour imprimer des articles. ou des organes », a déclaré Chen. "Une grande partie des produits qu'ils utilisent sont extrêmement chers - nous parlons de petites bouteilles qui coûtent entre 500 $ et 1 000 $ chacune. Pour les imprimantes FDM standard, la dépense en matériaux est d'environ 50 $ par kilogramme, mais pour la bio-impression, c'est plutôt 50 $ par gramme. Si nous pouvons économiser 30 % sur le matériel qui aurait été utilisé pour imprimer ces aides, cela représente une dépense substantielle économisée pour l'impression 3D à des fins biomédicales", a déclaré Chen.
Outre les effets environnementaux et économiques des déchets de produits, les processus d'impression 3D traditionnels utilisant des supports sont également longs, a déclaré Chen. "Lorsque vous imprimez en 3D des formes complexes, la moitié du temps vous construisez les pièces dont vous avez besoin, l'autre moitié du temps vous construisez les supports. Ainsi, avec ce système, nous ne construisons pas les supports. Dans en termes de temps d'impression, nous avons une économie d'environ 40 %.
Chen a déclaré que des prototypes similaires établis dans le passé s'appuyaient sur des moteurs individuels pour augmenter chacune des assistances mécaniques, conduisant aux articles très énergivores qui étaient aussi beaucoup plus chers à l'achat, et donc pas abordables pour les imprimantes 3D. "Donc, si vous aviez 100 broches mobiles et que la dépense de chaque moteur est d'environ 10 $, le tout est de 1 000 $, en plus de 25 panneaux de commande pour contrôler 100 moteurs différents. Le tout coûterait bien plus de 10 000 $.".
Le tout nouveau modèle de l'équipe de recherche fonctionne en faisant fonctionner chacun de ses supports spécifiques à partir d'un seul moteur qui déplace une plate-forme. La plate-forme soulève des groupes de broches métalliques en même temps, ce qui en fait un service économique. En fonction du style de l'article, l'application logicielle du programme indiquerait à l'utilisateur où il doit inclure une série de tubes métalliques dans la base de la plate-forme. La position de ces tubes déterminerait alors quelles broches s'élèveraient à des hauteurs spécifiées pour soutenir au mieux l'élément imprimé en 3D, tout en produisant le moins de gaspillage des supports imprimés.À la fin du processus, les broches peuvent être facilement éliminées sans endommager l'article
Chen a déclaré que le système pourrait également être rapidement adapté à la fabrication à grande échelle, comme dans l'automobile , de l'aérospatiale et des yachts. "Les gens construisent actuellement des imprimantes FDM pour les carrosseries de véhicules et de navires de grande taille, en plus des articles clients tels que les meubles. Comme vous pouvez l'imaginer, leurs temps de structure sont vraiment longs - nous parlons d'une journée entière", a déclaré Chen. . "Donc, si vous pouvez conserver la moitié de cela, votre temps de fabrication pourrait être réduit à une demi-journée. L'utilisation de notre approche pourrait apporter de nombreux avantages pour ce type d'impression 3D."..
Chaque fois qu'un L'imprimante 3D produit des objets sur mesure, en particulier des produits de forme inhabituelle, elle nécessite également d'imprimer des supports imprimés qui stabilisent l'objet au fur et à mesure que l'imprimante produit couche par couche, aidant à préserver son intégrité de forme. Cependant, ces aides doivent être éliminées à la main après l'impression, ce qui nécessite de finir à la main et peut entraîner des défauts de forme ou une rugosité de surface. Les matériaux à partir desquels les supports sont fabriqués ne peuvent souvent pas être réutilisés, ils sont donc jetés, ce qui contribue au problème croissant des déchets imprimés en 3D. Pour la toute première fois, des scientifiques du département d'ingénierie industrielle et des systèmes Daniel J. Epstein de l'USC Viterbi ont créé une technique d'assistance recyclable à faible coût pour réduire le besoin d'imprimantes 3D pour imprimer ces aides inutiles, améliorant considérablement la rentabilité et la durabilité. pour l'impression 3D.
L'impression 3D conventionnelle utilisant la technique FDM (Fused Deposition Modeling) imprime couche par couche, directement sur une surface métallique fixe. Le nouveau modèle utilise à la place une surface programmable à contrôle dynamique constituée de broches métalliques mobiles pour remplacer les aides imprimées. Les broches se lèvent au fur et à mesure que l'imprimante construit l'article. Chen a déclaré que le dépistage du nouveau prototype a en fait montré qu'il permet d'économiser environ 35 % sur les produits utilisés pour imprimer des articles. ou des organes », a déclaré Chen. "Une grande partie des produits qu'ils utilisent sont extrêmement chers - nous parlons de petites bouteilles qui coûtent entre 500 $ et 1 000 $ chacune. Pour les imprimantes FDM standard, la dépense en matériaux est d'environ 50 $ par kilogramme, mais pour la bio-impression, c'est plutôt 50 $ par gramme. Si nous pouvons économiser 30 % sur le matériel qui aurait été utilisé pour imprimer ces aides, cela représente une dépense substantielle économisée pour l'impression 3D à des fins biomédicales", a déclaré Chen.
Outre les effets environnementaux et économiques des déchets de produits, les processus d'impression 3D traditionnels utilisant des supports sont également longs, a déclaré Chen. "Lorsque vous imprimez en 3D des formes complexes, la moitié du temps vous construisez les pièces dont vous avez besoin, l'autre moitié du temps vous construisez les supports. Ainsi, avec ce système, nous ne construisons pas les supports. Dans en termes de temps d'impression, nous avons une économie d'environ 40 %.
Chen a déclaré que des prototypes similaires établis dans le passé s'appuyaient sur des moteurs individuels pour augmenter chacune des assistances mécaniques, conduisant aux articles très énergivores qui étaient aussi beaucoup plus chers à l'achat, et donc pas abordables pour les imprimantes 3D. "Donc, si vous aviez 100 broches mobiles et que la dépense de chaque moteur est d'environ 10 $, le tout est de 1 000 $, en plus de 25 panneaux de commande pour contrôler 100 moteurs différents. Le tout coûterait bien plus de 10 000 $.".
Le tout nouveau modèle de l'équipe de recherche fonctionne en faisant fonctionner chacun de ses supports spécifiques à partir d'un seul moteur qui déplace une plate-forme. La plate-forme soulève des groupes de broches métalliques en même temps, ce qui en fait un service économique. En fonction du style de l'article, l'application logicielle du programme indiquerait à l'utilisateur où il doit inclure une série de tubes métalliques dans la base de la plate-forme. La position de ces tubes déterminerait alors quelles broches s'élèveraient à des hauteurs spécifiées pour soutenir au mieux l'élément imprimé en 3D, tout en produisant le moins de gaspillage des supports imprimés.À la fin du processus, les broches peuvent être facilement éliminées sans endommager l'article
Chen a déclaré que le système pourrait également être rapidement adapté à la fabrication à grande échelle, comme dans l'automobile , de l'aérospatiale et des yachts. "Les gens construisent actuellement des imprimantes FDM pour les carrosseries de véhicules et de navires de grande taille, en plus des articles clients tels que les meubles. Comme vous pouvez l'imaginer, leurs temps de structure sont vraiment longs - nous parlons d'une journée entière", a déclaré Chen. . "Donc, si vous pouvez conserver la moitié de cela, votre temps de fabrication pourrait être réduit à une demi-journée. L'utilisation de notre approche pourrait apporter de nombreux avantages pour ce type d'impression 3D."..