Quels sont les avantages d’une imprimante 3D industrielle avec modules interchangeables ?

Repousser les limites. C’est bien là l’objectif des technologies d’impression 3D qui sont de plus en plus adoptées pour des applications industrielles exigeantes et variées. Quel que soit le secteur d’activité, les industriels visent toujours plus de flexibilité et de réactivité. Une autre attente majeure porte sur l’offre de matières, qui s’est largement étendue dernièrement et intègre davantage de matériaux techniques et hautes performances, permettant de passer d’une application à une autre sans être restreint.

En réponse aux évolutions des pratiques, les fabricants de machines se tournent quant à eux vers la modularité pour proposer une seule et même machine qui s’adapte à différentes applications, et de fait à différents matériaux en un temps record. Par cette approche, l’utilisateur choisi une imprimante 3D avec une configuration « de base », à laquelle il ajoute des modules en fonction de ses besoins et de ses applications. Ce fonctionnement comporte des similitudes avec les machines industrielles dont les commandes numériques peuvent être complétées par des outils spécifiques pour remplir certaines tâches.

Afin d’illustrer dans cet article les possibilités offertes par la modularité des équipements d’impression 3D, Neofab, spécialiste des solutions 3D industrielles, nous a éclairé sur le fonctionnement de la technologie développée par 3DGence.

La conception modulaire : un développement basé sur 3 modules et des profils d’impression

Les solutions 3DGence reposent sur des imprimante 3D double extrusion conçues pour des applications standards et hautes températures, en raison de leurs modules d’impression interchangeables.

Les trois modules

Les modules d’impression développés pour les imprimantes 3DGence F421, F420 et F350 sont des accessoires interchangeables équipés de deux têtes d’impression. Le nom de chaque module comporte une valeur numérique indiquant la température maximale d’extrusion :

Par exemple, le module M280 fonctionnera avec des matériaux qui s’extrudent à 280 degrés maximum, tels que l’ABS, ASA, PLA ou PA6. Le module M500 de son côté permettra d’atteindre une température d’extrusion maximale de 500 degrés et ainsi d’utiliser du PEEK ou du PEKK avec l’imprimante 3D F421.

Ainsi, chaque module est adapté à un groupe de matériaux spécifiques afin d’optimiser le processus d’impression. En effet, les caractéristiques spécifiques de chaque matière doivent être prises en compte lors de leur utilisation, en particulier leurs paramètres thermiques (température de transition vitreuse ou de ramollissement), afin d’adapter la température d’extrusion, sans quoi la résistance et durabilité des pièces finales peuvent être compromises. Tandis que le PEEK exige une tête d’impression chauffée entre 360°C et 400°C pour débuter l’extrusion, si nous imprimons du PLA (matériau basse température) à des températures trop élevées, cela peut conduire à sa dégradation et à une perte de propriétés mécaniques. Le système modulaire résout cette problématique en permettant de varier la température d’extrusion afin d’imprimer des thermoplastiques traditionnels, transparents, durables, résistants en température, etc.

Les matériaux hautes performances nécessitent une température d’extrusion et de chambre plus élevées. La chambre d’impression chauffée jusqu’à 180° permet ainsi de stabiliser le procédé et d’obtenir une plus grande qualité d’impression et des résistances mécaniques élevées.

Les profils d’impression

Afin d’offrir un large éventail de possibilités, 3DGence a minutieusement développé plusieurs profils d’impression afin d'optimiser la répétabilité. En fonction des modules, les matériaux qualifiés sont les suivants :

• M280 : ABS, ASA, PLA, PA6, HIPS, et l’ESM10*. Ces matériaux sont accessibles d’un point de vue économique et permettent déjà d’accéder à un large éventail d’applications.
• M360 : PC, PC CF (chargé en fibres de carbone), ULTEM, PEKK CF et ESM10. Ces matériaux ouvrent la voie à des applications exigeantes.
• M500 : PEEK, PEKK-A, Victrex AM200, AERO AS9100. Ces profils matières ont été développés pour atteindre des performances d’autant plus élevées.

*L'ESM10 est un matériau de support soluble innovant. Développé par 3DGence, il supporte les températures de chambre d'impression élevées, sans fondre ou brûler. Des pièces d'un grand niveau de précision peuvent ainsi être imprimées sans contrainte puisque le support sera facilement dissous dans un bac avec de l'eau à 70°C et un solvant.

Quels sont les avantages de cette conception modulaire ?

Polyvalence

L’un des premiers atouts d’une imprimante 3D à modules interchangeables est sans aucun doute sa polyvalence. En offrant un accès à des matériaux allant du PLA jusqu’à l’ULTEM par le simple changement du module d’impression, elle permet de répondre à une multitude d’applications sans changer de machine. C’est une solution moins onéreuse qu’un investissement dans plusieurs machines.

Prenons pour exemple le secteur aéronautique qui comporte des exigences uniques en matière de gestion de la qualité, avec la certification AS9100 très souvent requise (certification de l’aviation, de l’espace et de la défense) : la technologie permettra à la fois d’imprimer des gabarits, de réaliser des prototypes avec des matières standards, mais également de réaliser des produits certifiés AS9100 en choisissant le module adapté.

Gain de temps

En moins de 30 minutes, le module peut être changé de façon simplifiée, incluant l’étape de montage, de chargement du matériau et la calibration. De plus, le module ne nécessite pas un nettoyage à chaque changement, mais seulement un nettoyage régulier conformément aux prérequis d'utilisation, soit toutes les 500 heures. 

Excellente répétabilité

L’association du développement des modules et des profils d’impression pour permettre d’imprimer des matériaux techniques permet d’assurer d’excellents résultats à chaque impression. Cette fiabilité est notamment requise du fait des évolutions des usages de la fabrication additive, qui tendent de plus en plus vers de la production de pièces finales.

Une machine évolutive 

Les profils des modules sont sans cesse analysés de façon à améliorer la répétabilité et la fiabilité des impressions. Le développement se fait donc toujours sur des imprimantes 3D sorties il y a plusieurs années, afin de les faire évoluer continuellement au fil des sorties de nouveaux matériaux.

Gestion des modules facilitée

Dotée de modules intelligents et d’une carte électronique intégrée, la machine affiche via un écran les différentes actions qui ont été effectuées et le temps restant avant la prochaine maintenance de chaque module. La traçabilité de chaque module est aussi assurée par un numéro de série. D’autre part, dans le cas d’un parc machines comportant plusieurs imprimantes 3DGence (F350, F420, F421), il est possible d’interchanger les modules entre celles-ci, pour d’autant plus de flexibilité.