Le passage de l'impression 3D petit format à l'impression grand format ouvre un monde de possibilités, mais nécessite également des directives d'impression différentes pour garantir des résultats optimaux.
Le passage de l'impression 3D petit format à l'impression 3D grand format ouvre un monde de possibilités, mais nécessite également des directives d'impression différentes pour garantir des résultats optimaux. L'impression 3D grand format présente un ensemble unique de défis et d'opportunités qui doivent être pris en compte lors de la transition de l'impression petit format.
Le respect des directives décrites dans cet article facilitera la transition de l'impression 3D à petite échelle à l'impression 3D à grande échelle. Cela vous permettra de produire des impressions à grande échelle de haute qualité, avec des résistances mécaniques plus élevées, davantage d'options de finition, tout en économisant du temps et des matériaux.
Flexbot Custom chez Al Seer Marine
1. TOUT EST PLUS GRAND
Les possibilités de la fabrication additive à grande échelle commencent aux limites des imprimantes de bureau. Les imprimantes de bureau sont généralement capables d'imprimer des objets jusqu'à 300 mm x 300 mm x 300 mm. Avec la fabrication additive grand format, l'impression commence à cette taille. Par exemple, la plus petite configuration du Flexbot permet déjà d'obtenir un plateau d'impression de 2 x 1 mètre.
Cette portée peut être augmentée grâce à la modularité des solutions robotisées LFAM de CEAD. Une surface d'impression plus grande ou le placement du robot sur un rail linéaire augmentent le volume de fabrication et donc la taille d'impression. La configuration du Flexbot est personnalisable, comme le montre la photo ci-dessus, où le plus grand système Flexbot a été installé chez Al Seer Marine, avec une zone de fabrication de 4 x 36 mètres et deux robots se déplaçant le long d'un rail linéaire.
À mesure que la fabrication additive passe de la petite à la grande échelle, la taille des buses, la hauteur et la largeur des couches augmentent considérablement. En général, les imprimantes de bureau peuvent gérer des buses d'un diamètre maximal de 0,8 mm.
Cependant, les buses qui s'adaptent aux extrudeuses de CEAD vont de 2 mm à 24 mm, selon l'extrudeuse. L'utilisation de buses plus grandes conduit à la création de couches plus épaisses et plus larges pendant le processus d'impression. Le débit d'extrusion détermine également la taille de la pièce, qui est nettement plus grande dans les applications LFAM.
2. REFROIDISSEMENT DES COUCHES IMPRIMÉES
Les imprimantes de bureau plus petites sont souvent équipées d'un ventilateur pour refroidir la pièce pendant l'impression. Cela permet de réguler la température de la couche précédente, ou perle, ce qui réduit le temps de fabrication des couches et accélère l'impression.
Si le refroidissement externe est avantageux pour l'impression 3D à petite échelle, il n'est pas souhaitable pour l'impression 3D à grande échelle, d'un point de vue mécanique. Avec la LFAM, vos stratégies d'impression sont axées sur l'ajustement des temps de fabrication des couches pour permettre un refroidissement et une solidification appropriés du matériau.
3. IMPRESSION 3D À BILLES OU À FILAMENTS
En ce qui concerne les matières premières pour ce type d'impression 3D, il existe deux options principales : les billes/granulés ou les filaments. Les imprimantes de bureau font généralement fondre des filaments de plastique, tandis que les systèmes de fabrication additive de CEAD utilisent l'impression 3D à base de billes.
Le filament est fabriqué à partir de granulés par les fournisseurs de matériaux. Le matériau utilisé pour la LFAM nécessite donc moins de traitement, car les granulés peuvent être utilisés directement pour l'impression 3D. La simplification du processus de production du matériau d'impression permet de réduire les coûts de ce matériau.
Contrairement aux extrudeuses de filaments, les extrudeuses de granulés de CEAD utilisent un mécanisme à vis pour faire fondre et transporter le matériau granulé à travers un cylindre chauffé et nitruré vers la buse. Le cylindre nitruré à l'intérieur des extrudeuses de CEAD offre une résistance contre les matériaux abrasifs. Cela permet de traiter une grande variété de composites thermoplastiques renforcés de fibres courtes offrant de nombreuses applications dans différentes industries.
Tout comme le filament, la plupart des granulés thermoplastiques doivent également être séchés lors de l'impression. Un séchoir externe est utilisé pour s'assurer que le matériau est sec et exempt d'humidité. Après le processus de séchage, les granulés sont chargés dans une entrée d'alimentation et poussés à travers un cylindre avec plusieurs sections de chauffage indépendantes, où ils sont chauffés jusqu'à ce qu'ils fondent.
L'extrusion à base de granulés présente plusieurs avantages par rapport à l'impression 3D à base de filament :
- Coûts réduits : le matériau granulé est généralement moins cher que le filament car il nécessite moins de traitement. Les matériaux utilisés pour les méthodes de production existantes, telles que le moulage par injection, peuvent également être utilisés. Cela permet de réduire encore les coûts.
- Vitesse de production plus élevée : la vitesse de production est plus élevée grâce au rendement supérieur de la LFAM. De plus, de nouveaux granulés peuvent être ajoutés au séchoir pendant l'impression. Les imprimantes à filament doivent être mises en pause pour changer une bobine de filament.
- Plus large gamme de matériaux disponibles : les granulés étant largement utilisés dans l'industrie plastique, la gamme de matériaux disponibles est plus large que celle des filaments.
- Possibilité de fraisage : comme l'impression LFAM est plus grande et donc plus grossière que l'impression à petite échelle, vous pouvez fraiser l'impression pour obtenir un ensemble lisse. Les perles plus grosses offrent plus de possibilités de fraisage.
Cliquez pour en savoir plus sur les granulés thermoplastiques pour l'impression 3D à grande échelle.
4. PARCOURS D'OUTIL CONTINU
Lorsqu'on travaille avec l'impression 3D grand format, les points de départ et d'arrêt deviennent plus visibles par rapport aux formats plus petits. C'est pourquoi il est important de concevoir des impressions avec un parcours d'outil continu, permettant de réaliser l'impression entière en une seule fois. Lorsque l'extrudeuse suit un parcours d'outil continu et n'effectue donc aucun démarrage-arrêt pendant l'impression, les éventuels défauts de l'impression seront moins visibles. En utilisant un parcours d'outil continu, les impressions 3D grand format peuvent ainsi être produites avec moins de défauts visibles et un niveau de qualité plus élevé.
Les extrudeuses robotisées et le Flexbot de CEAD peuvent être équipés du contrôle dynamique de débit (DFC). Le DFC vous permet de calculer très précisément la quantité de matière thermoplastique que vous extrudez. Ce complément offre une plus grande cohérence dans le résultat et permet donc des démarrages et des arrêts de meilleure qualité dans vos impressions.
Ces démarrages et arrêts peuvent être utilisés pour imprimer plusieurs pièces simultanément, ce qui augmente le temps de production global des pièces. De plus, un double cordon peut être mis en œuvre dans vos conceptions en utilisant le démarrage et l'arrêt. Cela offre plus de possibilités de fraisage tout en réduisant le poids et donc le temps de production, les coûts de matériaux et de production. En savoir plus sur l'augmentation de la précision de l'impression 3D à grande échelle grâce au contrôle dynamique du débit.
5. IMPRESSION SANS SUPPORTS
Dans l'impression 3D grand format, le seul support nécessaire est celui fourni par les ingénieurs de l'équipe de support CEAD. Alors que les impressions 3D plus petites peuvent utiliser des supports pour obtenir des designs uniques, l'impression à grande échelle nécessite une approche différente.
La suppression des supports sur les petites impressions peut se faire avec une simple paire de pinces, mais ce n'est pas pratique pour les impressions plus grandes. La quantité de matériau nécessaire pour imprimer les supports à cette échelle est importante et peut entraîner un gaspillage considérable de ressources. Dans ces cas, soit vous imprimez sans supports (par exemple à 45 degrés, comme on le voit dans la vidéo ci-dessous), soit vous fraisez les supports après l'impression.
6. DIVERSES STRATÉGIES D'IMPRESSION
L'aspect robotique de l'impression 3D basée sur des robots permet l'utilisation de diverses stratégies d'impression. Les exemples de stratégies d'impression sont l'impression non plane, multi-plane ou à 45 degrés, comme on le voit dans la vidéo ci-dessus.
L'impression à 45 degrés ouvre de nouvelles possibilités de conception. Malgré la plus grande échelle, l'angle de surplomb reste le même que pour l'impression 3D de petit format, généralement autour de 45 degrés. Cela s'applique à l'impression 3D à petite et à grande échelle, que l'extrudeuse soit placée à un angle ou non.
Lorsque l'extrudeuse est positionnée en biais, l'angle de surplomb reste de 45 degrés, mais tourne par rapport à la couche inférieure. Il convient d'en tenir compte lors de la conception pour s'assurer que les surplombs peuvent être imprimés avec succès sans s'effondrer ou se déformer. Un exemple de ce type d'impression est présenté dans la vidéo ci-dessus.
7. IMPRIMER UN MATÉRIAU À LA FOIS
Comme l'impression 3D à petite échelle, l'impression 3D à grande échelle consiste à imprimer couche par couche. L'impression avec des imprimantes à filament à petite échelle permet de mettre l'impression en pause et de changer de filament. Cela permet d'imprimer un objet avec plusieurs matériaux.
Avec l'impression à base de granulés à grande échelle, le matériau ne peut pas être changé aussi facilement. Le barillet de l'imprimante doit être vidé et purgé avant de pouvoir utiliser un nouveau matériau.
Une application courante de l'impression de deux matériaux différents en même temps se trouve dans l'impression de supports. Cela permet de s'assurer que les supports peuvent être dissous dans l'eau ou sont facilement amovibles. Cela ne constitue toutefois pas une limitation pour l'impression 3D à grande échelle, car l'impression avec des supports n'est pas une pratique courante.
8. SYSTÈMES D'IMPRESSION MODULAIRES
L'un des avantages de l'impression robotique à grande échelle est la modularité des systèmes d'impression. Par exemple, une solution robotique Flexbot existante peut être équipée de diverses options d'extrusion et de fraisage. En outre, CEAD propose des plateaux d'impression modulaires, ce qui augmente le potentiel d'impression. En combinant cela avec le placement du robot sur un rail linéaire, on obtient une augmentation significative du volume d'impression.
La modularité ne concerne pas seulement les mises à niveau liées au robot et à l'équipement. Plusieurs Flexbots robotisés peuvent également être combinés pour imprimer le même objet sous deux angles différents, comme le montre l'image ci-dessous. Cliquez pour en savoir plus sur le grand système d'impression 3D robotisé de 36 mètres sur 4 que l'on voit sur la photo ci-dessous.
La modularité de la fabrication additive robotisée à grande échelle vous permet d'adapter le système d'impression à votre application et à votre installation d'impression.
Flexbot Custom chez Al Seer Marine
9. Oubliez le remplissage
L'impression 3D traditionnelle de petite taille nécessite des impressions creuses pour contenir une structure interne, appelée remplissage. Ce motif interne de matériau est imprimé à l'intérieur de la forme d'une impression 3D, afin de fournir à l'impression finale un soutien et une résistance supplémentaires.
Lors de l'impression en grand format, l'utilisation d'un remplissage n'est généralement pas nécessaire. En général, les impressions de fabrication additive à grande échelle sont suffisamment solides lorsqu'elles sont imprimées creuses. La résistance des impressions est attribuée à leur plus grande taille et à la présence de fibres dans le matériau. L'absence de remplissage permet de gagner du temps d'impression et d'utiliser moins de matériau.
Cependant, la taille et l'application de certaines impressions pourraient nécessiter une résistance supplémentaire, comme le pont visible sur la photo ci-dessous. Pour augmenter la résistance, les impressions LFAM peuvent être conçues avec une structure nervurée interne. Cela permet de soutenir les points critiques. Une autre application de cette technique concerne les impressions utilisées à des températures élevées (par exemple, en autoclave).
Pour en savoir plus sur l'impression 3D grand format et le remplissage, consultez la base de connaissances du CEAD.
10. GRANDE ÉCHELLE SIGNIFIE GRANDE ÉCHELLE
Il est important de garder à l'esprit que les objets imprimés ne doivent généralement pas être inférieurs à 300 mm x 300 mm x 300 mm. Bien que vous puissiez imprimer des objets plus longs mais plus courts que 300 mm, il s'agit d'une règle générale.
De plus, il n'est pas recommandé d'imprimer des détails de moins de 10 mm, en raison des limites de la plus petite largeur de couche possible et du cercle complet pouvant être réalisé avec le parcours d'outil. La fabrication additive à grande échelle devrait donc se concentrer sur les grands projets.
PASSAGE DE L'IMPRESSION 3D À PETITE À LARGE ÉCHELLE
Les directives élaborées dans cet article vous aident à réaliser des impressions grand format de haute qualité. Vous vous intéressez aux possibilités de la LFAM pour votre organisation ?
L'approche innovante de CEAD en matière d'impression 3D grand format révolutionne l'industrie et ouvre la voie à de nouvelles possibilités en matière de conception et de fabrication. Veuillez contacter les spécialistes de CEAD pour en savoir plus sur les possibilités que cette approche peut offrir à votre site de production ou à vos recherches.