Impression 3D pour Preppers : Filament d’impression 3D pour le cuivre

Impression 3D pour Preppers : Filament d’impression 3D pour le cuivre

Bien qu’aucune catastrophe ne soit encore survenue dans mon humble famille, les situations d’urgence ne manquent pas dans le monde entier et la pandémie COVID-19 a démontré à quel point même l’impression 3D de bureau peut être utile en cas de catastrophe. J’ai eu l’occasion d’examiner une imprimante 3D Ultimaker S3 et plusieurs filaments uniques, et j’ai pensé explorer l’impression 3D de produits simples qui pourraient être utiles dans les situations d’urgence pour me faire une idée de l’utilité d’une imprimante 3D de bureau.

En plus de donner un aperçu du sujet, j’ai passé en revue l’Ultimaker S3 et parlé à Ultimaker de l’utilisation des imprimantes 3D de bureau dans les scénarios d’urgence et de catastrophe. La perspective la plus excitante pour moi au début de cette série était peut-être la création d’objets métalliques avec un système de bureau.

Pour explorer les possibilités de fabriquer du métal avec une imprimante 3D de bureau conçue pour les filaments de plastique, j’ai fait appel à la Fonderie virtuelle, qui fabrique des filaments et des pastilles composés de particules métalliques dans un liant thermoplastique. Une fois imprimée, la pièce peut être frittée dans un four, ce qui donne une pièce métallique dense. Dans un article ultérieur, nous entrerons dans les détails de la Fonderie virtuelle et de ses activités.

Le Filamet de cuivre peut être acheté à la Fonderie virtuelle pour environ 66 dollars. Il contient 89% à 90% de métal, avec une densité de 4,5g/cc – 4,7g/cc. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la Fonderie virtuelle.

J’ai imprimé le filamet de cuivre de la fonderie virtuelle sur l’Ultimaker S3 pour déterminer la facilité avec laquelle un utilisateur novice pourrait produire des pièces métalliques à l’aide d’une machine de bureau dans un scénario de catastrophe ou d’urgence. N’ayant aucune compétence en modélisation 3D, ma première étape a été de trouver une pièce qui serait un démonstrateur approprié pour le concept, représentant le principal obstacle à l’utilisation d’une imprimante 3D en cas d’urgence.

Sans les compétences adéquates, ma sélection de modèles appropriés était considérablement limitée. Étant donné que l’impression 3D sur métal est principalement réservée aux entreprises de production haut de gamme, il n’existe pratiquement pas de modèles spécifiquement conçus pour l’impression 3D sur métal. Au lieu de cela, des dépôts publics, comme Thingiverse, sont consacrés aux pièces en plastique.

J’avais donc deux options : choisir un modèle conçu pour l’impression 3D en plastique et le produire avec le Filamet en cuivre ou concevoir moi-même quelque chose avec un logiciel convivial. J’ai bien essayé de créer quelque chose avec TinkerCAD, l’un des programmes de modélisation en ligne les plus faciles à utiliser, mais j’ai finalement décidé d’opter pour des modèles existants.

Avec le Filamet, j’ai imprimé quelque chose que j’ai découvert à l’apogée de la mode de l’impression COVID-19 3D : un ouvre-porte mains libres multi-outils. Développé par la startup britannique Fractory, le SafeKey peut non seulement être utilisé pour faire fonctionner des portes, des armoires, des distributeurs de billets et d’autres objets partagés avec le public potentiellement contagieux sans avoir à utiliser ses mains. En même temps, il agit comme un décapsuleur et une clé. Fractory a fabriqué cet outil en CZ108, un laiton de qualité antimicrobienne contenant 64 % de cuivre, ce qui limite les possibilités de transmission de maladies.

Malheureusement, il n’y a pas de photos de la version préfrittée de ma SafeKey, mais elle s’imprime tout aussi bien que cet équipement en cuivre que la Fonderie virtuelle héberge sur son site web. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la Fonderie virtuelle.

J’ai donc contacté Fractory et j’ai reçu un fichier STEP du SafeKey que j’ai converti en STL à l’aide d’un outil en ligne. Comme le cuivre possède des propriétés antimicrobiennes inhérentes, tout comme le CZ108, j’ai imprimé en 3D le SafeKey de Copper Filamet sur l’Ultimaker.

Pour imprimer avec le filament, j’ai sélectionné le profil du matériau sur le marché de l’Ultimaker. Bien que Cura ait reconnu le filamet en cuivre, j’ai eu du mal à faire démarrer l’Ultimaker elle-même pour le profil lorsque j’ai voulu charger le filament. Cela signifie que le modèle 3D de la SafeKey a été découpé selon les bons paramètres pour le filamet de cuivre, mais que l’Ultimaker n’était pas optimisé pour le chargement du matériau dans la tête d’impression. Ce que j’ai dû faire, c’est sélectionner un matériau dont les paramètres correspondaient le mieux au Filamet et le charger de cette façon.

Avant l’impression, je me suis assuré que le lit était complètement propre des impressions plastiques précédentes et j’ai nettoyé les extrudeuses en utilisant le PLA Tough fourni par Ultimaker et en suivant les instructions sur l’écran LCD. Cela comprenait des tirages de plastique à chaud et à froid jusqu’à ce que le matériau sortant des extrémités chaudes soit lisse et cylindrique.

Une fois chargé, l’impression était extrêmement facile. Le filament adhérait parfaitement au lit. Comme je l’ai expliqué dans mon précédent billet, la deuxième extrudeuse pour les supports me posait quelques problèmes car je l’avais bouchée avec du filament d’alcool polyvinylique. Cela signifiait que j’étais limité à des structures moins complexes, ce qui ne posait aucun problème avec la SafeKey, car elle était déjà conçue pour l’usinage CNC.

Mon SafeKey imprimé en 3D, après le frittage. Fabriqué en cuivre Filamet.

La partie imprimée au premier essai. Malheureusement, elle était extrêmement délicate, et je l’ai cassée en deux en la sortant du lit. J’ai imprimé une fois de plus et, encore une fois, je n’ai eu aucun problème. Cependant, il me restait maintenant à la fritter pour en faire une pièce entièrement métallique.

Au départ, j’ai contacté un studio d’art local qui proposait d’utiliser le four pour la cuisson de poteries en terre cuite, mais, en raison de la pandémie, l’instructrice avait fermé son entreprise. À son tour, j’ai contacté un espace de production voisin auquel elle avait fait don des fours, mais ils étaient trop occupés pour prendre en charge le projet.

Une autre possibilité que j’avais était d’acheter un four. La Fonderie virtuelle, par exemple, vend des appareils qui commencent à un peu plus de 3 000 dollars. Naturellement, comme il s’agissait d’un projet ponctuel, je ne pouvais pas justifier l’investissement, mais, heureusement, la Fonderie virtuelle est associée à un fournisseur de services de frittage, Sapphire3D. La société a accepté de fritter ma pièce gratuitement parce que j’étais en train d’examiner leur matériel et qu’ils avaient déjà produit des articles similaires à la SafeKey. S’ils n’avaient pas fourni de services gratuits, le frittage avec Sapphire3D va de 50 dollars pour une pièce en cuivre de 2″ x 2″ x 2″ (50 mm x 50 mm x 50 mm) à 190 dollars pour une pièce en acier inoxydable 17-4 de 4″ x 4″ x 4″ (100 mm x 100 mm x 100 mm).

J’ai envoyé la partie imprimée à Sapphire3D, qui l’a frittée et l’a renvoyée dans un délai d’environ dix jours. J’étais extrêmement enthousiaste à l’idée de recevoir le composant final et j’étais ravi de tenir dans ma main un SafeKey en métal que j’avais imprimé quelques jours auparavant. Pour tester sa durabilité, j’ai plié l’outil et je l’ai trouvé fendu en deux, sentant ma joie se transformer en dévastation tout aussi rapidement. J’ai contacté l’équipe de Sapphire3D pour savoir ce qui n’allait pas.

Alors que mon SafeKey a craqué, le doigt de cuivre imprimé en 3D que m’a envoyé Sapphire3D est assez dense et robuste. J’ai essayé de le casser plusieurs fois et il n’a même pas plié. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Sapphire3D.

Bien que des paramètres d’impression aient été recommandés en ligne pour le Filamet en cuivre, la toute première erreur que j’ai commise a été de ne pas doubler l’épaisseur de l’outil, initialement conçu pour le métal massif CNC. David Lawson de Sapphire3D a également recommandé un léger arrondi des bords de l’appareil pour plus de solidité. Lawson a résumé ses recommandations pour moi comme suit :

« J’ai regardé votre pièce lorsque vous l’avez envoyée et j’ai pensé qu’elle pouvait avoir un meilleur résultat de frittage en fonction des paramètres de conception et d’impression. Vous pouvez renforcer une pièce fine en vous assurant que le processus d’impression remplit vraiment les vides autant que possible, non seulement en ayant un remplissage à 100 %, mais aussi en vous assurant qu’il y a un chevauchement de remplissage (avec le périmètre) supérieur à 50 %. C’était une excellente première tentative d’impression avec ces matériaux, mais j’ai remarqué de nombreuses fissures à la surface, qui entraîneront probablement des zones de défaut après le frittage ».

Bien que j’aie été déçu de l’échec de ma première pièce de Copper Filamet, j’ai été quelque peu réconforté par un ouvre-porte mains libres que Lawson a inclus lors du renvoi de ma pièce. Toute cette expérience a démontré que, même si l’impression 3D sur métal peut être proche de l’impression de bureau, même pour les utilisateurs novices, la production de pièces métalliques par bouton-poussoir est encore tout juste hors de portée.

Comme pour les plastiques de bureau, il y a une courbe d’apprentissage. Dans ce cas, j’ai été confronté à un manque de compétences en matière de conception, de four et d’expérience des matériaux et du processus de frittage. Si j’avais eu mon propre four, j’aurais pu apprendre certaines de ces astuces. Il est probable que même les petites entreprises pourraient le faire avec une relative facilité.

Dans un poste de suivi, je m’adresserai à l’équipe de la Fonderie virtuelle pour en savoir plus sur leur gamme de matériaux et sur la façon dont ceux qui ont les compétences appropriées pourraient donner un coup de main lors de situations d’urgence et de scénarios de catastrophe. L’entretien nous aide à déterminer à quels types de pièces leurs matériaux sont adaptés. Ensuite, je parlerai de mes expériences avec un matériau de moulage à cire perdue pour l’impression 3D et des pièces métalliques qui en résultent.

L’impression 3D pour Preppers : Le filament d’impression 3D pour le cuivre est apparu pour la première fois sur 3DPrint.com | La voix de l’impression 3D / la fabrication d’additifs.