Impression 3D pour Preppers : Moulage à la cire perdue avec du filament en polychlorure de vinyle

Impression 3D pour Preppers : Moulage à la cire perdue avec du filament en polychlorure de vinyle

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. J’ai également eu l’occasion de tester un filament de cuivre fabriqué par The Virtual Foundry, qui a été fritté par Sapphire3D. J’ai parlé au fabricant de ce matériau, ainsi que de ses innombrables autres filaments métalliques uniques.

L’unité Ultimaker S3 que nous avons examinée.

Si les filaments métalliques offrent des possibilités intéressantes pour la fabrication de pièces métalliques avec une imprimante 3D de bureau, il faut cependant un équipement et une expertise supplémentaires pour pouvoir fabriquer des pièces adéquates. Il existe cependant un procédé vieux de 5 000 ans qui a récemment fait l’objet d’une transformation en impression 3D que toute personne possédant une imprimante 3D peut essayer chez elle, si elle est prudente.

Je parle bien sûr de l’investment casting. Le plus ancien objet découvert fabriqué à l’aide d’un moulage à la cire perdue est une amulette vieille de 6 000 ans de la civilisation de la vallée de l’Indus, une société de l’âge du bronze située dans les régions du nord-ouest de l’Asie du Sud. La technique consiste à fabriquer un modèle à partir d’un matériau, tel que la cire, avant de créer un moule à partir de ce modèle, puis de verser le modèle fondu dans le moule pour créer une réplique en métal solide. Il est évident qu’il y a des détails plus spécifiques que ceux qui sont fournis ici et nous les aborderons un peu plus tard.

La plus ancienne pièce connue fabriquée par moulage à la cire perdue, une amulette de 6 000 ans provenant de Mehrgarh (Pakistan actuel). Image reproduite avec l’aimable autorisation de Nature Communications.

Il s’agit de l’une des plus anciennes méthodes de fabrication du métal, qui existe sous de nombreuses formes et, bien que les modèles aient été initialement fabriqués à la main en utilisant de l’argile ou de la cire, l’impression 3D a abaissé la barrière des compétences artistiques requises pour préparer ces dessins. Aujourd’hui, il est possible de prendre un modèle dans un dépôt en ligne, de générer une réplique d’un objet physique par numérisation 3D ou d’utiliser des outils de CAO pour concevoir quelque chose à couler.

En outre, il existe un certain nombre d’imprimantes et de matériels 3D qui servent précisément à cette fin. Pour les applications professionnelles, telles que les bijoux ou les couronnes dentaires, la photopolymérisation en cuve (traitement numérique de la lumière [DLP] et stéréolithographie [SLA]) ou l’impression 3D à jet d’encre (impression de cire Solidscape) sont généralement les technologies de choix, car elles permettent d’obtenir une résolution beaucoup plus élevée avec les bons matériaux. Cependant, l’extrusion de matériaux à faible coût (fabrication de filaments fondus [FFF]) et les systèmes DLP sont également capables de produire des modèles pour le moulage.

En tant qu’imprimante FFF, l’Ultimaker que j’ai examinée avait beaucoup moins d’options en termes de matériaux que les machines DLP bon marché. En général, les amateurs de moulage par bricolage ont en fait utilisé votre PLA standard ou des filaments souples pour imprimer leurs modèles initiaux. Cependant, il existe sur le marché quelques filaments conçus spécifiquement pour le moulage. Les deux plus remarquables sont MOLDLAY de Kai Parthy et PolyCast de Polymaker.

Filament d’impression 3D PolyCast pour le moulage de Polymaker. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Polymaker.

L’équipe de Polymaker a eu la gentillesse de m’envoyer un échantillon gratuit de leur matériau Polycast pour l’essayer. Ce filament est conçu pour avoir ce que l’on appelle un faible « burnout », c’est-à-dire que, une fois coulé, il ne reste qu’une quantité minimale de cendres. De cette façon, lorsque le métal liquide est versé dans le moule, il ne recevra aucun défaut provenant de débris dans la cavité du moule. Pour cette raison, il est également important de post-traiter les empreintes, de poncer les structures de support et de les polir. Cela permettra d’obtenir un objet coulé plus lisse, avec moins de défauts.

À ce stade du processus d’examen, j’avais suffisamment bouché ma deuxième buse, et je n’avais donc plus accès à des supports dissolvables. Je ne voulais pas risquer d’avoir trop de défauts des structures de support fabriquées à partir du PolyCast, j’ai donc imprimé des objets sans débordements. Ces supports étaient toujours censés être pratiques en cas d’urgence. J’ai choisi une clé et un écarteur chirurgical, les mêmes modèles que ceux que j’avais fabriqués en PLA dans un article précédent de cette série.

Un écarteur chirurgical et une clé à molette en 3D imprimés à partir de PolyCast.

Les imprimer était facile, aussi facile que l’APL. Comme le matériel était dans un sac scellé avec des déshydratants, il n’y avait pas de problème d’humidité. J’ai simplement ajouté le profil d’imprimante PolyCast à Cura et, au démarrage de l’Ultimaker, le profil a été chargé. Après le chargement du filament, l’imprimante n’avait plus aucun problème.

La partie difficile est venue quand j’ai dû faire le tirage des empreintes. Avec un bambin et un bébé à la maison, en quarantaine pendant une pandémie mortelle, il n’est pas facile ni sûr de créer sa propre station de moulage, mais c’est une chose à laquelle j’ai pensé. Je vais expliquer ci-dessous comment certaines personnes ont abordé la réalisation de leur propre casting (assez intéressant) avant d’entrer dans la manière dont je m’y suis pris (moins intéressant). Ce n’est pas un guide, car je n’ai pas réalisé le casting moi-même, mais il devrait être suffisamment informatif pour que les lecteurs puissent se faire une idée de la façon dont il est réalisé.

D’après de nombreux témoignages en ligne, il n’est pas difficile de faire son propre casting, si l’on prend les précautions nécessaires, et c’est assez faisable en situation d’urgence. En fait, comme le montre la vidéo ci-dessous, il est possible de faire une fonderie dans une arrière-cour pour moins de 20 dollars, pour créer des lingots à partir de boîtes de conserve en aluminium.

Cette vidéo montre qu’on peut même en faire un avec une boîte de soupe :

Une fois que vous avez un modèle que vous aimeriez mouler, vous devez faire un arbre. Cette structure de cire maintiendra la figure en place et se consumera avec le modèle lors du moulage. Ce processus, appelé « spruing », est généralement réalisé avec une tige de cire et des fils de cire qui sont fondus ensemble. Cependant, il est également possible d’imprimer en 3D les tiges directement avec votre modèle si vous avez des compétences en CAO (ou un logiciel automatisé).

La partie finale étant positive, l’étape suivante consiste à créer un négatif. Vous pouvez acheter des kits de coulage qui sont fournis avec tout le matériel nécessaire, mais vous pouvez aussi acheter et fabriquer une grande partie de ce qui est nécessaire pour un prix assez bas. En gros, vous avez besoin d’un récipient et d’un support pouvant résister à la chaleur du métal fondu qui sera coulé dans votre moule.

Procédé de plâtre pour le moulage à la cire perdue avec un modèle imprimé en 3D. La première image montre une pièce imprimée en 3D dans une baignoire en placoplâtre. La deuxième image montre la baignoire une fois que le plâtre de recouvrement a été coulé. Image trois, le moule retiré de la baignoire. Images reproduites avec l’aimable autorisation de l’utilisateur scottiek sur Instructables.

Pour le conteneur, j’ai vu un bricoleur utiliser une baignoire en placoplâtre et suffisamment de plâtre pour protéger la baignoire de la chaleur. Le modèle est ensuite placé dans le conteneur et immergé dans du plâtre de recouvrement, un matériau toxique qui nécessite le port de lunettes de protection, de gants, d’un appareil respiratoire de type N95 et d’un endroit bien ventilé. Certains bricoleurs ont fabriqué leur propre plâtre de revêtement en mélangeant du plâtre de bricolage avec du sable de silice fin.

Si vous utilisez un récipient plus grand, vous finirez par sortir votre moule en plâtre du récipient et effectuer les étapes suivantes. En revanche, si vous utilisez un récipient en acier suffisamment petit, il peut s’agir de votre flacon, qui finira par aller dans un four avec le plâtre et le motif imprimé en 3D.

La clé d’un bon moulage final est l’élimination des poches d’air de la boue, ce qui nécessite l’utilisation d’une chambre à vide. Un fondeur, Adam Zeloof, s’est servi d’une pompe mécanique reliée à une boîte à café avant de la verser dans le récipient que vous utilisez pour votre moule. Une autre méthode consiste à nettoyer la pièce imprimée en 3D avec de l’alcool isopropylique juste avant de l’enduire avec le plâtre de revêtement.

Ces deux techniques sont destinées à empêcher la formation de bulles lors de l’étape suivante. C’est à ce moment que vous placez votre impression 3D, avec des tiges, dans votre récipient et que vous remplissez la zone avec du plâtre de recouvrement. Le plâtre durcit ensuite pendant la nuit.

Une fois que vous avez durci le moule en plâtre autour de votre motif imprimé en 3D, vous pouvez le chauffer dans un four ou une étuve pour brûler le motif, en laissant un négatif que vous remplirez ensuite de métal fondu. Oui, cela signifie que nous sommes presque à l’étape de fabrication directe. Il faut pour cela chauffer le métal jusqu’à sa température de fusion, que ce soit dans une forge de jardin ou dans un four acheté, puis le verser dans le moule.

Adam Zeloof verse du métal fondu dans un moule en plâtre, dans un flacon en acier et au sommet de la chambre à vide de sa boîte à café. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Adam Zeloof/Hackaday.

Zeloof, mentionné ci-dessus, explique qu’il existe plusieurs techniques pour obtenir la meilleure pièce métallique, car le simple fait d’incliner le métal liquide dans le moule peut ne pas permettre d’obtenir un revêtement et un coulage uniformes. Sa méthode de choix consiste à utiliser la même chambre à vide de bricolage faite d’une pompe et d’une boîte à café.

Une fois que le métal a refroidi, le moule peut être jeté dans un seau d’eau froide. Le moule en plâtre est brisé pour révéler une réplique en métal de votre pièce imprimée en 3D, ainsi que des tiges de coulée. Enfin, vous devrez scier les tiges de coulée et polir la pièce.

C’est un processus quelque peu compliqué, surtout si vous ne l’avez jamais fait auparavant, mais si vous avez les fournitures et l’espace de travail, cela ne semble pas si difficile, une fois que vous avez pris le coup de main. Mais si vous avez le matériel et le lieu de travail, cela ne semble pas si difficile, une fois que vous avez compris. Mais encore une fois, je ne l’ai pas fait !

Ce que j’ai fait, c’est trouver l’entreprise de casting la plus proche. Comme je vis dans une région reculée du pays, j’ai dû envoyer mes pièces imprimées en 3D au studio Reinmuth Bronze, à quelques heures au nord de chez moi, pour qu’elles soient distribuées par des professionnels. Dans un scénario de SHTF, un trajet de deux heures en voiture n’est pas forcément trop mauvais pour un rôle d’urgence. Lorsque je travaillais pour une clinique médicale dans une forêt tropicale en Bolivie, ce serait assez normal pour transporter un patient vers la ville lorsque l’équipement ou l’expertise nécessaire n’est pas disponible au milieu de la jungle. Bien sûr, tout dépend du scénario.

Mes pièces finales coulées en bronze.

Le moulage de ces deux pièces en bronze a coûté 118 dollars. Elles sont arrivées en très bon état et, comme je l’ai appris, en raison de la présence de cuivre dans le bronze, elles pourraient même avoir des propriétés antibactériennes. Mais si j’étais préparateur, je voudrais certainement commencer à construire ma propre station de forge et de coulée, où je pourrais faire fondre des canettes en aluminium dans mon jardin.

L’impression 3D pour Preppers : Le moulage à façon avec du filament polycoulé est apparu pour la première fois sur 3DPrint.com | The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing.