Impression 3D grand format

11 conseils pour imprimer en 3D de très grands objets à moindre coût grâce à l'

Jusqu’à présent, l’impression 3D de pièces de très grande taille s’est avérée coûteuse, lente et problématique. Les imprimantes 3D grand format, leurs logiciels, leur maintenance et leurs consommables sont tous extrêmement coûteux, et la finition peut encore être rugueuse, nécessitant beaucoup de post-traitement. Une option consiste à utiliser des petites imprimantes plus abordables pour imprimer des pièces plus petites, puis à les assembler soigneusement, mais cela prend plus de temps et les pièces risquent de ne pas s'emboîter correctement. Dans tous les cas, le processus est lent, et les pièces peuvent présenter des défaillances pendant l'impression ou, pire encore, plus tard lors de leur utilisation.

Le lancement de l'imprimante 3D Liquid Crystal (LC Titan) Photocentric, la plus grande imprimante LCD jamais construite, ouvre de nouvelles perspectives pour l'impression d'objets de très grande taille avec une haute résolution, de manière fiable et à un coût raisonnable. Cette technologie intéressera un large éventail d'entreprises souhaitant fabriquer elles-mêmes des objets de grande taille.

Ces onze conseils mettent en évidence les paramètres clés à maîtriser pour garantir la fiabilité, la résolution, la précision des pièces, la vitesse d'impression et la rentabilité lors de l'impression d'objets de très grande taille.

    Conseil n° 1 : utilisez une résine durcie par les radicaux libres, et non une résine cationique

À première vue, le recours aux radicaux libres peut sembler contre-intuitif, car tous les grands systèmes laser utilisent des résines époxy cationiques à ouverture de cycle pour le durcissement d’objets de grande taille, le retrait lié à l’ouverture de cycle étant intrinsèquement moindre par rapport à la rupture d’une double liaison. Cependant, grâce à une formulation judicieuse, il est possible d’atténuer le retrait dans les systèmes à radicaux libres, qui offrent alors des avantages remarquables par rapport aux systèmes cationiques. La polymérisation est considérablement plus rapide, ce qui, lors de la production d'objets de grande taille, fait une énorme différence dans l'utilisation de cet équipement coûteux, le rendant d'un ordre de grandeur plus productif. La polymérisation par radicaux libres produit des liaisons chimiques irréversibles et solides qui comptent parmi les plus durables dans la nature, ce qui permet aux pièces d'être fonctionnelles. La gamme de propriétés disponibles est beaucoup plus large dans la polymérisation par radicaux libres, allant des matériaux durs aux élastomères.

Imprimante 3D grand format - Liquid Crystal , la plus grande imprimante 3D à cristaux liquides

    Conseil n° 3 : Imprimez avec une lumière du jour plutôt qu'avec des UV

Lorsqu'on imprime avec la technologie LCD, on pourrait penser que la lumière UV (405 nm) permettrait une polymérisation plus rapide, car elle transfère proportionnellement plus d'énergie que la lumière visible (460 nm). Cependant, la lumière visible (souvent appelée « lumière du jour ») assure un durcissement plus homogène sur une grande surface, ce qui permet une conversion plus contrôlée des doubles liaisons. Cela permet un durcissement uniforme et simultané sur toute la zone d'impression et offre une profondeur de durcissement plus constante, indépendamment des variations d'intensité.

Le durcissement à la lumière du jour permet d'obtenir des pièces de meilleure qualité sans endommager l'écran LCD sous l'effet des rayons UV, ce qui, à terme, pourrait nuire à la qualité des pièces imprimées. Photocentric imprimé plus de 5 millions d'objets à la lumière du jour, et cette technologie s'est imposée comme le choix idéal pour les processus de fabrication numérique en série fonctionnant en continu.

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    Conseil n° 4 : Concevez la pièce de manière à compenser le retrait et à éviter toute déformation

Tous les procédés d'impression entraînent un retrait, mais ce sont les pièces de grande taille qui présentent le retrait le plus important en valeur absolue. L'essentiel est de comprendre comment ce retrait affecte les structures, puis d'empêcher celles-ci de déformer la forme finale. Un logiciel adapté orientera et soutiendra la pièce de manière à ce que la structure ne se délamine pas lors du retrait du support. Les forces doivent être réparties uniformément sur toute la matrice dense du réseau de support afin de garantir la fiabilité de l'impression.

Il est possible d'éviter la déformation en adoptant le procédé « Weave » Photocentric, un système logiciel et de conception qui permet d'imprimer de manière fiable des pièces de grande taille, et même de créer des surfaces planes et très étendues. Le procédé Weave évalue la résistance physique nécessaire que la pièce doit posséder lorsqu’elle est soumise à des forces dans différentes directions, puis la conçoit pour répondre à ces critères, tout en l’optimisant simultanément afin d’en réduire le poids. Il utilise des techniques telles que la création de structures en treillis pour les parties solides afin de réduire la masse et d’éviter le gauchissement. La structure en treillis se contractera sur elle-même pour rester isotopiquement constante. Les objets imprimés ne seront alors composés que du matériau nécessaire pour offrir la résistance requise.

    Conseil n° 5 : Imprimez à moindre coût

Pour évaluer le coût réel de fabrication de pièces de grande taille, vous devez calculer le coût total de possession (TCO) de l'ensemble du processus, et non pas uniquement le poids de la résine. Certains fabricants d'imprimantes 3D maximisent encore leurs bénéfices en proposant des contrats de maintenance onéreux, des licences logicielles dont les renouvellements sont exorbitants, des pièces de rechange coûteuses (notamment pour les imprimantes laser) et en considérant les interventions techniques comme une source de revenus.

Photocentric le coût total de possession (TCO) des pièces fabriquées sur Titan ; c'est le chiffre essentiel que le client doit connaître. Il devrait être possible de prendre une pièce type et d'obtenir son TCO en cas d'utilisation de machines concurrentes. L'impression LCD présente la plus faible consommation d'électricité parmi tous les procédés d'impression 3D et, si la résine est recyclée, génère la plus faible empreinte carbone. Titan utilise la lumière du jour plutôt que les UV, ce qui garantit la longévité de l'écran. Photocentric le matériel et les consommables et les utilise pour fabriquer des pièces ; l'entreprise comprend donc à quel point il est important de réduire le coût total de possession au minimum.

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    Conseil n° 6 : Imprimez de bas en haut plutôt que de haut en bas

Il semble intuitivement logique que, pour l'impression d'objets de très grande taille en résine, l'impression de haut en bas soit la méthode la plus efficace. Les forces gravitationnelles jouent en faveur de l'impression, car la pièce descend dans le bac où le liquide soutient la structure en cours de formation, et il n'y a pas de forces de décollement à gérer. Cependant, si l'on parvient à surmonter ces problèmes, les avantages de l'impression de bas en haut sont bien plus importants. Il n'y a pas de cuve de résine très coûteuse susceptible de devenir instable, aucun problème pour changer de type de résine, les pièces et la plate-forme s'égouttent pendant l'impression et la plate-forme se déplace facilement vers la section de lavage.

Titan utilise une impression ascendante avec des résines présentant une résistance à l'état frais élevée et un faible retrait, ainsi qu'un mécanisme de démoulage par soufflage intégré qui libère la pièce du bac avec la plate-forme, éliminant ainsi les forces de démoulage. L'énorme volume d'impression de Titan nécessiterait l'achat et le chargement d'un tiers de tonne de résine rien que pour commencer à imprimer une pièce en configuration descendante. Au lieu de cela, Titan fonctionne avec une quantité constante de 5 kg de résine dans le bac. La plate-forme et la pièce sont en grande partie sèches à la fin du processus d'impression, ce qui réduit la contamination lors du lavage et facilite leur retrait et leur placement dans le bac de lavage via l'unité de transfert spécialement conçue à cet effet.

    Conseil n° 7 : Utilisez les techniques de post-traitement adaptées et recyclez le nettoyant pour résine

Vos problèmes ne font peut-être que commencer lorsque vous contemplez votre impression parfaite accrochée sur la plate-forme, car le post-traitement d’objets de grande taille est techniquement bien plus complexe que pour les objets de taille standard. Pour réussir et réduire vos déchets, vous devez disposer d’une solution de flux de travail éprouvée, intégrant des processus de lavage et de durcissement directement sur la plate-forme. Retirer les pièces avant le traitement peut simplifier la manipulation, mais dans les systèmes à radicaux libres, cela ne permet pas de conserver l’isotropie des pièces. Pour y parvenir, vous devez effectuer la post-exposition entièrement sur la plate-forme. Il n'est pas pratique d'utiliser de grands réservoirs remplis de liquide de lavage, car il faut un volume deux fois supérieur à la hauteur de l'impression pour permettre à la plate-forme de se soulever complètement. C'est pourquoi le nettoyage est plus efficace avec des jets directionnels de nettoyant pour résine. Le durcissement des pièces de grande taille est également plus problématique que celui des petites, car il doit être effectué de manière uniforme sur toutes les surfaces pour éviter qu'une face ne rétrécisse de manière non isotrope. L'impression 3D grand format produit beaucoup de déchets de nettoyant pour résine qui doivent être collectés ; il faut donc les traiter efficacement. Ce qui est écologiquement responsable est désormais également financièrement judicieux, et le nettoyant pour résine saturé doit être récupéré.

Photocentric des unités de lavage et de polymérisation spécialement conçues à cet effet. Le système de lavage Titan est spécialement conçu pour permettre d'orienter manuellement les jets vers les zones difficiles d'accès, tandis que l'unité de polymérisation Titan fournit la chaleur et la lumière nécessaires de manière constante, grâce à la rotation de la plate-forme qui assure une polymérisation homogène. Le nettoyant pour résine Photocentricest sûr à utiliser et ininflammable, et peut également être recyclé à l'infini grâce à l'unité de récupération de résine prévue à cet effet. Cela permet un retour sur investissement rapide et permet d'obtenir un matériau pouvant être solidifié à la lumière du soleil pour être mis en décharge ou incinéré, ainsi qu'un nettoyant pour résine réutilisable.

    Conseil n° 8 : Polymérisez l'ensemble de la zone d'impression en même temps

La SLA (stéréolithographie) ou impression par résine à la lumière est la seule méthode permettant d'obtenir des impressions grand format alliant résistance fonctionnelle et haute résolution des détails. La technologie LCD est la seule méthode SLA qui offre ces avantages et le fait rapidement. En effet, les écrans LCD permettent de durcir de grandes surfaces simultanément, tandis que les autres méthodes ne durcissent que de très petites zones, voire de simples pixels, de manière séquentielle.

L'écran LCD 8K (7 660 x 4 320 pixels) du Titan permet à l'utilisateur de contrôler plus de 33 millions de pixels pouvant tous être activés simultanément. Cela permet à l'utilisateur de transformer d'énormes quantités de liquide en solide en très peu de temps, avec une capacité supérieure d'un ordre de grandeur à celle obtenue avec des lasers.

    Conseil n° 9 : Imprimez avec des paramètres optimisés

L'impression de bas en haut est sans aucun doute plus simple et plus économique que celle de haut en bas, mais elle est aussi beaucoup moins tolérante. Elle nécessite à la fois une optimisation du processus et des paramètres. Il est impératif de surmonter les forces d'adhérence et la gravité, car la pièce de grande taille est suspendue dans l'espace et, pire encore, doit se détacher du film du bac. Pour que cela fonctionne à chaque fois, sur des milliers de couches, le processus d'impression doit s'inscrire dans de larges marges opérationnelles. La latitude d'exposition doit être suffisamment large pour permettre la polymérisation, sans surexposition, compte tenu d'une variabilité raisonnable de la température. Le délai et la vitesse de levage doivent être réglés de manière à éliminer pratiquement toutes les forces et les écoulements de liquide. L'ajout de résine doit être contrôlé automatiquement afin de ne permettre le remplacement que de la résine polymérisée. Le système de décollement amélioré par levage ou abaissement du bac, avec insufflation sous le bac.

Photocentric contourné les forces exercées lors du soulèvement dans l'impression ascendante en utilisant sa technologie brevetée Blow-Peel, qui injecte de l'air sous le bac juste avant que la plate-forme ne se soulève. Cela modifie l'angle auquel la pièce se détache du film du bac, permettant ainsi un détachement plus rapide de l'impression du film avec moins de force, ce qui garantit une impression homogène. Photocentric 9 ans d'expérience dans l'impression 3D grand format, ce qui lui a permis d'optimiser les paramètres d'impression utilisés dans la Titan, offrant ainsi des performances sans compromettre la fiabilité ni la qualité.

    Conseil n° 10 : Utilisez des résines présentant une résistance à l'état frais élevée et une profondeur de pénétration suffisante

La résistance à l'état frais, c'est-à-dire la résistance de la pièce au moment de l'impression, par opposition à sa résistance finale après exposition, est le critère essentiel pour réussir l'impression 3D grand format. Les pièces de grande taille nécessitent un seuil élevé de résistance initiale pour rester en place pendant la fabrication. Si la résistance à l'état frais est trop faible, la pièce se désagrège tout simplement et se délamine le long de ses couches. Les pièces de grande taille tirent avantage d'une impression avec une plus grande profondeur de durcissement, car le temps d'impression peut être considérablement réduit en utilisant des couches plus épaisses. Lorsque l'on durcit un objet très volumineux en tranches très fines, on souhaite que cela se fasse rapidement. En conséquence, la pièce doit présenter un aspect impeccable après durcissement, c'est-à-dire sans lignes de couches disgracieuses nécessitant beaucoup de ponçage ou de polissage.

Pour permettre une impression 3D grand format fiable, Photocentric mis au point des résines dotées d’une très grande résistance à l’état frais et permettant d’obtenir des pièces esthétiques, pratiquement impossibles à distinguer des pièces moulées. Photocentric les résines Magna Hard Black (pour le prototypage) et Durable DL110HB (pour la résistance) sur la Titan. En général, l'épaisseur de couche la plus fine utilisée en impression 3D grand format est de 100 microns, mais la Titan offre une très haute résolution et permet d'obtenir des pièces d'une qualité exceptionnelle avec des couches de 250, voire 350 microns.

    Conseil n° 11 : utilisez un logiciel de création de supports et de creusage adapté

Les échecs lors de l'impression de pièces de grande taille sont bien plus coûteux que ceux sur des formats plus petits. Les conséquences d'une impression qui a duré une journée ou plus et dont on ne détecte l'échec qu'à la fin sont lourdes en termes de non-respect des délais et de réorganisation des plannings. L'utilisation du logiciel adéquat est un élément essentiel pour garantir un succès constant. Il doit creuser la pièce autant que possible afin de réduire le coût et le poids, en créant des structures en treillis lorsque cela est possible pour la rendre encore plus légère, plus résistante et moins sujette au retrait. Il doit prévoir des trous d'aération pour éviter le bombement et, bien sûr, créer un réseau de structures de support permettant de construire des parties non soutenues et de conserver l'isotropie lors du démoulage. Le soutien manuel d'une grande pièce peut prendre beaucoup de temps, mais une fonctionnalité de soutien automatique doit être capable de comprendre comment les surfaces s'articulent les unes par rapport aux autres. Elle doit pouvoir produire des pointes de soutien fines pour éviter un post-traitement excessif, tout en disposant d'un réseau solide et interconnecté de branches qui, en même temps, ne gaspille pas beaucoup de résine.

À l'occasion du lancement de Titan, Photocentric mis au point une version améliorée de son logiciel d'impression 3D Studio, qui permet de créer automatiquement des supports optimaux pour les pièces de grande taille, avec des pointes de support très fines et un réseau de supports solide et interconnecté. Ce logiciel offre également la possibilité d'importer n'importe quelle structure en treillis prédéfinie, en plus de sa bibliothèque intégrée.