Université Northwestern: des chercheurs produisent une imprimante 3D à grande échelle

Université Northwestern: des chercheurs produisent une imprimante 3D à grande échelle

La technologie d'impression 3D est souvent considérée du point de vue du «plus grand est le mieux», d'autant plus que les chercheurs et les fabricants continuent à se surpasser dans la fabrication numérique dans des proportions énormes. À présent, une équipe de la Northwestern University a créé une imprimante 3D «futuriste» à grande échelle, capable d’imprimer un prototype ou une pièce de la taille d’un humain adulte, en seulement deux heures.

En utilisant l’impression rapide haute zone (HARP), l’équipe de recherche a réalisé d’énormes progrès technologiques avec un débit jamais atteint auparavant dans la fabrication à la demande. Et, bien qu'historiquement, les utilisateurs de l'impression 3D voulaient tout, il y avait généralement de nombreux compromis à faire avec cet idéal, notamment le fait de passer à côté de certains avantages d'une telle technologie en raison de la force d'un domaine et de la perte considérable d'un autre, souvent au risque de diminuer. performances ou de qualité ou causant des restrictions.

Les chercheurs affirment que de tels compromis ne sont pas nécessaires avec la technologie HARP, qui propose une imprimante de 13 pieds de hauteur avec un lit d'impression de 2,5 pieds carrés. Le prototype – qui devrait être sur le marché dans environ 18 mois – est actuellement en mesure d’imprimer un demi-mètre de documents (qu’il s’agisse de pièces uniques, volumineuses ou différentes en même temps) en une heure, un record pour l’équipe de recherche.

Chad Merkin (Photo: Nord-Ouest)

«L'impression 3D est puissante sur le plan conceptuel, mais limitée dans la pratique», a déclaré Chad A. Mirkin, chef du développement de produits pour Northwestern. «Si nous pouvions imprimer rapidement sans limitations de matériaux et de dimensions, nous pourrions révolutionner la fabrication. HARP est sur le point de le faire. "

Ce projet a évolué lorsque les chimistes Joseph DeSimone et Mirkin, amis de longue date, ont commencé à travailler ensemble dans le domaine de l'impression 3D en 2015. DeSimone et ses collègues de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ont écrit sur la production d'interface liquide continue (CLIP). Et bien qu’elle ait été révolutionnaire, il est indéniable que la technologie CLIP pose encore des problèmes de production, notamment lors de la polymérisation, causant des déformations et des fissures, souvent dues à la taille. Les développeurs de Mirkin, qui travaillent au sein de leur nouvelle société Azul 3D, ont résolu ces problèmes en faisant circuler le liquide de refroidissement sous la résine, puis en l'envoyant dans une unité conçue pour le refroidissement, «en tirant littéralement» la chaleur des pièces imprimées. Cela a permis aux chercheurs d'imprimer des objets d'une section transversale d'un mètre carré et d'une hauteur de plus de 4 mètres.

À l'aide de la mosaïque, les chercheurs utilisent la lumière positionnée à partir de quatre projecteurs côte à côte au cours du nouveau processus SLA.

(A) Une pièce d’acrylate de polyuréthane dure, usinable (vitesse d’impression, 120 µm / s; résolution optique, 100 µm) avec un trou percé dans le sens inverse de l’impression. Les techniques d'impression couche par couche non continues traditionnelles se délaminent et se fracturent généralement lorsqu'elles sont percées dans cette orientation. (B) Un réseau imprimé en céramique de carbure de silicium post-traité (vitesse d'impression du précurseur de polymère vert, 120 μm / s; résolution optique, 100 μm) résiste à une torche au propane (~ 2000 ° C). (C et D) Structure en caoutchouc de butadiène imprimé (vitesse d'impression, 30 µm / s; résolution optique, 100 µm) à l'état relâché (C) et sous tension (D). (E) Le caoutchouc polybutadiène (vitesse d'impression, 30 µm / s; résolution optique, 100 µm) revient au réseau développé après compression. (F) Un réseau d'acrylate de polyuréthane dur d'environ 1,2 m, imprimé en moins de 3 heures (vitesse d'impression verticale, 120 μm / s; résolution optique, 250 μm). Barres d'échelle, 1 cm. (Image: 'Impression 3D rapide, à gros volumes et à contrôle thermique à l'aide d'une interface liquide mobile')

«Avec notre technologie, le carrelage est théoriquement illimité», déclare Mirkin.

Convertissant les plastiques liquides en parties solides, HARP imprime verticalement et durcit sous une lumière UV. Les pièces peuvent être utilisées dans les applications de l'industrie automobile, de l'aérospatiale, de la dentisterie et de différents domaines de la médecine. Des informations plus détaillées sur leurs travaux viennent également d'être publiées dans la récente publication intitulée «Impression 3D rapide, à grand volume et à contrôle thermique, utilisant une interface liquide pour liquides».

La plupart des imprimantes 3D génèrent une quantité de chaleur évidente, ce qui peut être prohibitif dans une conception à plus grande échelle. Dans ce cas, la lumière est projetée à travers une fenêtre, ce qui permet d’évacuer la chaleur et la circulation dans l’unité de refroidissement.

Le système HARP imprime verticalement (Image: Northwestern Now)

«Notre technologie génère de la chaleur comme les autres», a déclaré Mirkin. "Mais nous avons une interface qui supprime la chaleur."

«Lorsque vous pouvez imprimer rapidement et de manière volumineuse, cela peut vraiment changer notre façon de penser en matière de fabrication», a également ajouté Mirkin. «Avec HARP, vous pouvez construire ce que vous voulez sans moules et sans entrepôt rempli de pièces. Vous pouvez imprimer tout ce que vous pouvez imaginer à la demande. ”

L'impression 3D varie d'un extrême à l'autre, ce qui est l'une des facettes de cette technologie qui la rend si excitante. Il se peut qu'un jour, vous lisiez sur l'impression 3D à petite échelle ou que vous expérimentiez des nanocomposites, et le lendemain, que vous fabriquiez des pièces de fabrication à grande échelle.

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(A) Interface d'impression stationnaire. (B) Interface mobile. (C) Interface mobile avec refroidissement actif. Le temps écoulé entre les panneaux (de gauche à droite) est d’environ 500 s; barres d'échelle, 25 mm. La correspondance de données thermique et thermique correspond aux films S1 à S3. (Image: 'Impression 3D rapide, à gros volumes et à contrôle thermique à l'aide d'une interface liquide mobile')

[Source / Images: Science; Northwestern Now; 'Impression 3D rapide, à grand volume et à contrôle thermique, utilisant une interface liquide mobile']

L'après Northwestern University: des chercheurs produisent une imprimante 3D à grande échelle