Impression 3D : une conception autoréplicative pour un prototypage rapide. Innovation constante dans le développement de produits.

Le coût du matériel et le manque de logiciel de conception simple pour les utilisateurs non CAO ont freiné son adoption. Mais maintenant, l'imprimante 3D auto-répliquante open source RepRap a évolué vers un dernier modèle, l'Ormerod, qui, avec le logiciel de modélisation 3D DesignSpark Mechanical, offre aux entreprises et aux développeurs une excellente opportunité d'accélérer le processus de développement et d'encourager l'innovation, selon à Mark Cundle, directeur du marketing technique chez RS Components. L'impression tridimensionnelle (3D), ou fabrication additive comme on l'appelle aussi, révolutionne le développement de produits et, dans certains cas, la production elle-même. C'est le processus de fabrication d'un objet solide à partir d'un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO). Pour cela, on utilise le procédé de fabrication additive, qui consiste essentiellement à accumuler des couches successives de matériaux, tels que des plastiques ou des métaux, qui se superposent avec des formes différentes. La technique d'usinage plus traditionnelle utilise un processus de soustraction, dans lequel les matériaux sont enlevés un peu comme les sculpteurs cisèlent un bloc de marbre, comme Auguste Rodin lui-même aurait pu le faire à son époque.

Bien que l'impression 3D semble être une innovation révolutionnaire de l'année dernière, en grande partie et malheureusement due à l'écho dans la presse pour la fabrication d'armes, cette technique en était déjà à ses balbutiements dans les années 80. De nombreuses méthodes d'impression 3D ont été utilisées, certaines telles comme Fused Deposition Modeling (FMD), qui est actuellement le procédé le plus courant pour l'impression 3D à faible coût, la stéréolithographie (SLA), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) ou la fabrication d'objets laminés (LOM). Ces technologies sont de plus en plus utilisées pour le prototypage rapide et également dans certains processus de fabrication dans de nombreuses industries, telles que l'ingénierie, la construction, l'automobile, la défense et le développement aérospatial, les applications médicales et différents marchés de consommation comme la mode.

Une plus grande présence sur le marché

Avec le nouveau millénaire, les ventes d'imprimantes 3D ont considérablement augmenté, elles suscitent de plus en plus d'intérêt et leurs prix attractifs y contribuent aussi, les modèles de série coûtent moins de 2000 euros.

Une étude de marché récente, publiée par le cabinet de conseil Markets&Markets, prédit un taux de croissance annuel composé de 23 % pour les imprimantes 3D entre 2013 et 2020, atteignant à terme un volume de ventes de plus de 6 milliards d'euros.

L'impression 3D évolue d'une technologie spécialisée utilisée principalement par les grandes entreprises à un système orienté vers le marché de masse des consommateurs et des petites entreprises. En fait, il existe des groupes d'opinion qui soutiennent que les imprimantes 3D finiront par trouver une place dans nos maisons pour éviter les coûts associés à l'achat d'articles ménagers courants. La technologie démontre rapidement son utilité pour n'importe quelle application, et grâce à elle, nous pourrons créer des produits à petite échelle comparables à ceux fabriqués par les grandes entreprises. Joe Kraus, un pionnier des sociétés Internet, a parlé de tout cela avec justesse dans l'émission "In Business" de BBC Radio 4. Il a souligné à quel point c'est vraiment innovant pour les processus de fabrication et de production : "Le 3e siècle est réduit à des dizaines de marchés de millions des consommateurs. Au 100e siècle, ce sont des millions de marchés pour des dizaines de consommateurs." La situation est la suivante : l'impression XNUMXD, ainsi que d'autres technologies et plates-formes, telles que l'open source, est destinée à jouer un rôle important dans un avenir qui pointe clairement vers des solutions XNUMX % personnalisées, au lieu de l'ancienne approche "faire un produit". ça marche pour tout le monde."

Prototypage rapide : des heures, pas des semaines

L'impression 3D prend une place importante dans la fabrication de produits dans de nombreuses industries, en particulier dans les applications à faible volume ou hautement personnalisées. Cependant, cette technologie a ses limites pour une production à grande échelle. L'impression 3D, basée sur la superposition, semble manquer de l'intégrité structurelle nécessaire à la fabrication de composants de production. Il est donc peu probable que l'impression 3D remplace la technologie de fabrication à partir de métal liquide coulé dans l'immédiat.

Mais peut-être que le facteur déterminant, du moins pour la production de masse, est la capacité de l'impression 3D à créer rapidement des prototypes. Il révolutionne la méthodologie de développement de produits puisqu'il n'est pas nécessaire d'étudier le fonctionnement des machines pour créer des prototypes. Et cela suppose un grand avantage en termes de commercialisation, en plus d'une plus grande liberté dans les conceptions. Le processus de développement de produits a connu de grandes améliorations dans un certain nombre d'industries, notamment la fabrication automobile, l'électronique grand public et les dispositifs médicaux. La technologie d'impression 3D est utilisée pour concevoir et tester de nouveaux concepts dans le domaine des petites et grandes entreprises, servant d'alternative à l'outillage personnalisé pour le prototypage de nouveaux composants ou pièces. La méthode permet aux développeurs d'avoir un prototype en quelques heures ou quelques jours, au lieu des semaines ou des mois qui étaient auparavant nécessaires. Mais les avantages vont au-delà de la simple économie de temps et de coûts ; le développement rapide de prototypes avec l'impression 3D favorise la fabrication finale de produits plus innovants et de meilleure qualité.

Les développeurs n'ont plus à attendre les outils et les pièces des revendeurs de machines ou des ateliers de moulage par injection. Les imprimantes 3D permettent aux prototypes d'être physiquement testés, rectifiés et améliorés avant de les matérialiser en un produit final pour une production de masse.

RepRap et autoréplication

Un point clé de l'impression 3D est l'open source et l'auto-réplication : et si une imprimante 3D pouvait se dupliquer elle-même ? Adrian Bowyer, ancien professeur de génie mécanique à l'Université de Bath, au Royaume-Uni, a fondé le projet RepRap, Replicating Rapid Prototyper, en 2004.

L'idée est de mettre l'impression 3D à la disposition du grand public à un prix raisonnable ou relativement bas. En fin de compte, le projet RepRap est une initiative visant à développer une imprimante 3D abordable capable d'imprimer la plupart de ses propres composants. Les imprimantes RepRap utilisent des méthodes d'impression 3D basées sur la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) : un pistolet à colle en plastique contrôlé par ordinateur et une bobine de plastique introduite dans une chambre chauffée.

La matière plastique est appliquée avec une petite buse et la première couche est créée, qui est déposée sur une plaque de base. La plaque s'abaisse alors légèrement pour recevoir la deuxième couche, et le cycle se répète. Dans ses interventions et conférences, Bowyer explique que le projet RepRap établit une relation symbiotique entre les machines et les humains : les machines sont les fleurs qui produisent des fruits et les humains sont les insectes qui pollinisent ces fleurs qui aident les machines à se répliquer.

Bien que la machine puisse créer toutes les pièces en plastique, RepRap précise que le reste des composants nécessaires à l'obtention d'une machine "jumelle", comme le moteur électrique, les systèmes électroniques et d'autres pièces comme les tiges filetées métalliques, doivent répondre à deux locaux : ils doivent être relativement bon marché et faciles à obtenir ; et ils doivent être facilement accessibles à tous partout dans le monde.

Un objectif fondamental de RepRap est de rendre l'impression 3D accessible à tous et, par conséquent, un argument central du projet est qu'il doit être open source. Tout ce qui peut se copier est soumis aux lois de l'évolution ; et comme il s'agit d'une machine qui fabrique ses propres pièces, les fichiers de conception doivent être entièrement disponibles. Cependant, la machine n'évoluera pas par mutation aléatoire, elle sera plutôt le résultat d'un processus sélectif similaire au développement de Linux et des logiciels open source.

La communauté RepRap modifiera sans aucun doute le design pour l'améliorer, peut-être dans une version plus précise ou évolutive, et bien sûr, nombre de ces améliorations seront publiées sur Internet. Et si un utilisateur possède une ancienne machine RepRap, il peut l'utiliser pour en créer une nouvelle à partir de la conception améliorée.

Le projet a été largement accepté : les imprimantes sont disponibles à un prix abordable et la plupart sont basées sur le projet RepRap. Selon une récente enquête sur l'impression 3D (Manufacturing in Motion, Moilanen, J. & Vadén, T), le projet RepRap détenait la plus grande part de marché. De plus, pour diffuser davantage le concept, RepRapPro a vu le jour en 2011, la branche commerciale du projet RepRap.

Les premières imprimantes 3D RepRap étaient les modèles Huxley et Mendel, commercialisées à quelques centaines d'euros seulement, et commercialisées sous forme de kit de pièces, avec ou sans composants plastiques imprimés. Et voici la nouvelle génération de RepRap, le modèle Ormerod.

RepRapPro Ormerod

RS vous propose le nouveau kit d'impression 3D RepRapPro Ormerod abordable. Associée au logiciel de conception 3D gratuit DesignSpark Mechanical, l'imprimante permet aux ingénieurs concepteurs de développer des concepts et des produits sophistiqués avec une rapidité et une rentabilité étonnantes. Le modèle Ormerod est l'une des imprimantes 3D les plus polyvalentes du marché, également adaptée aux petites séries. Sa conception exceptionnelle facilite l'ajout de fonctionnalités supplémentaires et est rapide à dupliquer et à assembler.

Comme ses prédécesseurs, l'Ormerod utilise le procédé FDM, également connu sous le nom de fabrication de filaments fondus, pour créer des objets 3D à partir d'une variété de matériaux plastiques et même d'une palette complète de couleurs. Ce processus permet à l'utilisateur de créer presque toutes les formes qui peuvent être modélisées sur ordinateur, même certaines qui ne peuvent pas être reproduites à l'aide des techniques de fabrication traditionnelles. Bien que l'Ormerod soit en fait une imprimante 3D monochrome configurée pour fonctionner avec un type de plastique par objet produit, la tête de l'appareil est conçue pour supporter le dépôt tricolore. Un kit de mise à niveau devrait être publié prochainement. De plus, la carte électronique de l'Ormerod a été repensée et prend désormais en charge la connectivité par navigateur Web. De même, son assemblage est beaucoup plus simple par rapport au modèle Mendel, pour lequel il a fallu en moyenne deux jours. En revanche, l'Ormerod est prêt en deux heures, ce qui le rend accessible même aux utilisateurs les moins avancés.

Le RepRapPro Ormerod est livré avec un kit de pièces avec tous les composants nécessaires, DesignSpark Magazine Numéro 4 prêt à assembler. Le kit complet comprend : toutes les pièces imprimées ; le matériel, y compris les tiges lisses et filetées, les vis, les écrous, les rondelles, les sangles et les roulements ; carte électronique programmée et déjà soudée ; Carte et adaptateur MicroSD ; surface de montage PCB chauffée ; moteurs; injecteurs et mécanisme d'entraînement de l'extrudeuse ; 100 m de matériau de filament PLA (acide polylactique) de 17,5 mm de diamètre (environ 300 g); alimentation (pour l'UE, le Royaume-Uni, les États-Unis et l'Australie) ; et enfin, un logiciel pour le fonctionnement de la machine, y compris le micrologiciel du système électronique. Les autres spécifications Ormerod incluent une précision de 0,1 mm, une résolution de 0,0125 mm, un débit de 1,8 mm par minute et un taux de dépôt de 33 cm3 par heure.

Bref, la conception 3D et le prototypage rapide sont désormais à la portée d'un plus grand nombre d'utilisateurs et ne sont plus réservés aux experts de la CAO. Par conséquent, les portes sont ouvertes à de nouvelles innovations et à une plus grande offre de produits sur le marché en moins de temps, le tout grâce à la combinaison de la technologie d'impression 3D à faible coût du RepRapPro Ormerod, l'utilisation du logiciel gratuit et facile à utiliser DesignSpark Mechanical et la bibliothèque ModelSource pour les modèles de composants 3D. Le RepRapPro Ormerod est disponible sur le site Web de RS à l'adresse rswww.com/RepRapPro et DesignSpark Mechanical est disponible en téléchargement gratuit sur le site Web de DesignSpark à l'adresse www.designspark.com.