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Oct 29, 2023

C'est impossible!

Le 26 septembre 1984, le consultant en distribution de films Ben Camack a correctement

Le 26 septembre 1984, le consultant en distribution de films Ben Camack a correctement répondu à cet indice Jeopardy à 1 000 $ : "Inventeur de la presse à imprimer associé au livre le plus précieux au monde." Malheureusement, il l'a fait exploser à la fin après avoir échoué à identifier la seule planète qui ne porte pas le nom d'une figure mythologique grecque ou romaine (la Terre), bien qu'il soit rentré chez lui avec de nouveaux bagages brillants, un ensemble laveuse/sécheuse et quelques milliers de dollars. du prix en argent imposable.

La réponse (ou la question - rappelez-vous, c'est "Jeopardy !"), bien sûr, est Johannes Gutenberg, qui a développé un processus de production de masse pour une presse à caractères mobiles au milieu des années 1400 qui a culminé avec l'impression d'environ 180 exemplaires de la Sainte Écriture de 42 lignes, alias la "Bible de Gutenberg". Et tandis que d'innombrables autres contribueraient à son travail au cours des siècles suivants, le monde serait un endroit bien différent aujourd'hui si l'artisan allemand n'avait pas lancé ce qui est maintenant connu sous le nom de révolution de l'impression, un développement qui a conduit à la Renaissance, aux communications de masse mondiales. , et, finalement, l'impression 3D.

Grâce à Jeff DeGrange et à ses collègues de Impossible Objects Inc., basé à Chicago, l'idée originale de Gutenberg connaît actuellement une autre sorte de renaissance. Le directeur commercial a expliqué que la fabrication additive à base de composites (CBAM) de l'entreprise fonctionne d'une manière étrangement similaire à celle d'une presse à imprimer moderne. "Il fonctionne à grande vitesse, comme vous le verriez dans la production de journaux, mais utilise des matériaux en fibre de carbone et en fibre de verre plutôt que du papier", a-t-il noté.

Comme avec une imprimante 2D, le processus commence par l'application sélective d'encre sur un substrat. Avec le CBAM, le premier est un "fluide aqueux pour jet d'encre thermique" qui agit comme un adhésif lors de l'étape suivante qui consiste à noyer la surface avec une poudre de Nylon 12 ou PEEK (polyéther-éther cétone) de morphologie similaire à celle utilisée en sélectif - le frittage laser (SLS), imprégnant ainsi le tissu. Un système d'aspiration élimine ensuite tout excès de poudre et la feuille se déplace vers une station d'empilage automatisée, un peu comme la préparation d'un livre pour publication.

Les similitudes s'arrêtent là, cependant. Une fois que chaque tranche de l'image 3D a été imprimée, la pile est chauffée au point de fusion du polymère et comprimée, fusionnant les couches et la liant étroitement au substrat en tissu. La dernière étape consiste à placer le bloc de matériau consolidé dans une cabine de sablage remplie de billes abrasives douces. Ceux-ci frappent la pièce, brisant les fibres non fondues jusqu'à ce que la pièce finie (ou les pièces, dans la plupart des cas) ressorte lisse et prête à l'emploi.

Le processus qui vient d'être décrit est CBAM-2, qu'Impossible Objects caractérise comme un système à faible volume. La prochaine itération, CBAM-HS, s'appuie davantage sur le concept de presse à imprimer en remplaçant les feuilles individuelles de tissu à fibres longues par des rouleaux de matériau. Cela donne aux utilisateurs une plus grande flexibilité en termes de taille et d'évolutivité des pièces et, comme l'imprimante est alimentée en continu, est nettement plus rapide que les technologies concurrentes. Impossible Objects travaille également sur des combinaisons de matériaux supplémentaires telles que le verre ou la feuille de fibre de carbone fusionnée avec des élastomères et des matériaux thermodurcissables.

Cette dernière combinaison de matériaux contribuera à consolider la position de l'entreprise dans l'industrie électronique, où elle fournit des "palettes de soudure à la vague à faible coût" imprimées en 3D et d'autres outils utilisés pour fabriquer des cartes de circuits imprimés (PCB).

"Tout ce qui contient un PCB est un domaine d'intérêt clé pour nous", a déclaré DeGrange. "Pensez simplement à tous les appareils électroniques dans nos vies. Presque tous nécessitent un appareil ou un outil quelconque, et beaucoup sont usinés CNC à partir de panneaux de fibres PEEK, un matériau assez résistant pour les outils de coupe. C'est encore un autre domaine où la fabrication additive en général, mais en particulier le procédé CBAM, s'avère être une alternative plus rentable. »

Il existe des réussites similaires concernant les composants pour drones et autres aéronefs sans équipage, car la fibre de carbone est à la fois solide et légère. Lorsqu'il est fusionné avec des polymères de qualité technique tels que le PEEK et le nylon, puis imprimé en 3D dans des structures à topologie optimisée, il devient un remplacement viable du métal dans ces utilisations exigeantes et similaires.

"Nous constatons également un vif intérêt de la part du marché des véhicules électriques", a déclaré DeGrange. "Les boîtiers de batterie en plastique thermodurcissable et en fibre de verre, par exemple, sont assez solides, légers et résistants au feu. Il existe également un potentiel d'utilisation de la fibre de carbone dans la construction de piles à combustible, mais comme pour plusieurs autres applications, nous sommes toujours en les premières étapes."

Impossible Objects vise également des produits commerciaux fabriqués sur le marché du moulage par injection de plastique. « Certes, la fabrication additive ne nécessite aucun investissement dans des moules ou des outils », a expliqué DeGrange, « mais sa vitesse de fabrication limitée a toujours été un sérieux détracteur, en particulier lorsque vous passez à des volumes de production moyens à élevés comme ceux que l'on trouve dans l'automobile et la consommation. secteurs de produits. Je prévois que CBAM-HS sera assez compétitif dans ces domaines. »

Avec plus de 35 ans dans le domaine, DeGrange sait tout sur tout ce qui est additif. Après avoir obtenu une maîtrise en ingénierie de fabrication de l'Université de Washington à St. Louis, DeGrange est devenu ingénieur principal des matériaux et des procédés chez McDonnell Douglas. C'était en 1988, et il a passé la décennie suivante à s'attaquer à une série de projets, de la fabrication et de l'assemblage de composants d'avions à la mise en œuvre de systèmes automatisés de manutention et de récupération des matériaux sur le plancher de production.

Lorsque Boeing a acquis McDonnell Douglas en 1997, DeGrange a ensuite dirigé les efforts de recherche, de technologie et de matériaux et processus de FA de l'entreprise, où il a travaillé pendant encore 10 ans. Il a également dirigé la certification et la qualification par Boeing du matériel de vol construit avec différentes technologies AM pour les programmes d'avions F/A-18 Super Hornet et 787.

En 2008, DeGrange a mis à profit ses connaissances approfondies de la FA et du secteur aérospatial pour travailler pour Stratasys en tant que vice-président afin de créer une unité commerciale verticale pour les applications de production. Bien qu'il ne le sache pas à l'époque, les sept années suivantes jetteront les bases de son rôle actuel chez Impossible Objects, poste qu'il occupe depuis qu'il a rejoint l'entreprise en 2014.

À travers tout cela, DeGrange a donné gratuitement de son temps. Il a aidé à fonder le centre de recherche sur la fabrication directe à l'université de Paderborn en Allemagne. Il a encadré des étudiants du Musée des sciences et de l'industrie de Chicago et de FIRST Robotics, une organisation qui soutient les jeunes intéressés par les STEM, et il est conseiller du conseil d'administration du College of Engineering de l'Université de l'Iowa.

DeGrange occupe également un poste similaire à l'Université du Minnesota, où il partage ses connaissances sur la FA au Earl E. Bakken Medical Device Center.

DeGrange était là aux débuts de la FA, lorsque la stéréolithographie et la modélisation par dépôt de fusion étaient les seules imprimantes de la ville. Ayant travaillé des deux côtés de la clôture additive, d'abord en tant qu'utilisateur, puis en tant que fournisseur, il a une idée précieuse de ce à quoi chacun est confronté. Lorsqu'on lui a demandé ce que les 10 prochaines années réservaient à l'industrie et à son employeur actuel, DeGrange avait beaucoup à dire.

Bien qu'il vante certainement la vitesse de construction accélérée de CBAM (avec des améliorations encore plus rapides à venir), il suggère que les fabricants d'imprimantes 3D (et leurs clients) doivent également penser à la répétabilité, la fiabilité, la disponibilité et le débit de leur équipement.

Une autre observation est que l'approche « l'ensemble du système de matériaux fermés » pourrait avoir sa place et qu'il est important que les fournisseurs adaptent leurs produits à des matières premières spécifiques, mais l'utilisateur final devrait également avoir la possibilité d'expérimenter d'autres matériaux. "Certaines entreprises d'imprimantes 3D continuent de réaliser de très belles marges sur leurs consommables, bien que je pense que cela commence à changer à mesure que la technologie poursuit sa croissance vers le haut dans la fabrication et que les clients s'attendent à une plus grande liberté d'approvisionnement en matériaux."

DeGrange a ensuite appelé l'éléphant dans la pièce : post-traitement. Comme le savent tous ceux qui ont utilisé une imprimante 3D, les pièces ne se contentent pas de sortir de ces machines finies et prêtes à l'emploi. "Qu'il s'agisse de métal, de polymères ou de composites, il y a beaucoup de travail en aval à faire avant d'arriver à un produit final", a-t-il ajouté. "Jusqu'à ce que nous automatisons ces étapes, l'adoption par les fabricants à grand volume restera minime."

Malgré ces considérations, DeGrange est optimiste quant à l'avenir d'AM. "Avec l'arrivée de la jeune génération et tous les différents outils d'optimisation de conception dont ils disposent, je pense que la FA va vraiment voir une acceptation et une croissance continues, surtout si nous pouvons résoudre les problèmes d'automatisation que je viens de mentionner. Ajoutez à cela l'impression 3D une vitesse et une précision sans cesse croissantes, ainsi que le développement de matériaux spécifiques à la FA, et nous sommes sur le point de quelque chose de vraiment révolutionnaire."