Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Révolution de l'impression 3D: la réalité complexe

3D Thursday est une fonctionnalité sur l'usinage CNC, l'impression 3D, la numérisation 3D et la conception 3D qui apparaît dans MAKE tous les jeudis.

Cet assemblage miniature de haute précision a commencé avec un modèle de CAO et pas beaucoup plus. Pour le faire à la maison, il en coûte environ 10 $ - sans imprimante 3D.

Au cours des deux dernières années, le concept de l'impression 3D à faible coût a capturé les cœurs et les esprits de millions de geeks. L’attrait d’une révolution industrielle à venir s’infiltre aussi dans le grand public: prenez L'économiste, qui a publié environ deux douzaines d’articles sur cette technologie au cours de la dernière année seulement. Quelque chose doit être dans l'air!

Le charme de l'impression 3D est facile à comprendre, d'autant plus qu'il coïncide avec la renaissance du mouvement du bricolage sur Internet. Mais tout ce buzz positif a aussi un inconvénient intéressant: il est facile de passer sous silence le fait que les obstacles les plus importants à la fabrication à domicile sont très profonds et qu’ils ne seront probablement pas affectés par la nouvelle génération d’outils.

Après tout, des outils de fabrication abordables et adaptés aux amateurs qui convertissent les polygones en objets physiques sont disponibles depuis plus de 10 ans. Prenons l'exemple des usines de commande numérique par ordinateur: conviviales pour la maison ou le bureau et coûtant presque autant qu'une imprimante 3D, elles ont révolutionné la vie de nombreux bijoutiers et dentistes; ils ont également ébranlé plusieurs autres industries de niche. Mais, mis à part une petite communauté d’amateurs, ces moulins autonomes et bien rangés n’ont pas introduit la fabrication à la demande dans nos garages ou salons.

Roland MDX-15 - un moulin à commande numérique fermé de la taille d'un ordinateur de bureau très prisé des bijoutiers Ce modèle a fait ses débuts sur le marché il y a environ 12 ans.

Les moulins à commande numérique et les imprimantes 3D sont différents à bien des égards, mais ils ont également beaucoup en commun; et si l’on examine les parallèles, il est raisonnable de penser que les perspectives de la fabrication à domicile ont relativement peu à voir avec le choix d’un outil particulier.

Conception pour la fabricabilité

Tout le monde peut télécharger un moteur de rendu 3D à code source libre tel que POV-Ray ou Blender et apprendre rapidement à dessiner une sphère ou un cube en 3D. Mais après le départ de l’enthousiasme initial, nous devons faire face au blues: la plupart d’entre nous n’ont pas l’habileté ni la persévérance de faire le prochain Avatar dans peu de temps.

Il en va de même pour le design industriel - pour deux raisons:

  • La CAO est vraiment difficile. Acquérir des compétences dans une application de CAO est encore plus difficile que de maîtriser un outil 3D polyvalent. Il faut des centaines d’heures de pratique pour arriver à un point où vous pouvez utiliser un périphérique de saisie bidimensionnel (et un écran également bidimensionnel) pour dessiner avec précision des formes organiques complexes ou des ensembles mécaniques complexes.
  • Le design industriel est bien plus complexe que l'œil. La plupart d’entre nous, même s’ils disposaient d’une hypothétique imprimante 3D fabriquant des pièces parfaites avec le métal de notre choix, ne pourraient toujours pas produire un coupe-ongles ou une canette de soda en état de marche. Les concepteurs industriels passent des années à étudier la conception, les utilisations potentielles et les compromis pratiques allant des engrenages cylindriques à des centaines de types différents de liaisons, charnières, articulations ou cames. Heck, il y a au moins quatre décisions de conception sophistiquées qui ont été prises pour fabriquer le couvercle d'une boîte de Tic Tac.
  • Le génie mécanique est une vraie science. Les plastiques et les métaux sont des matériaux assez imparfaits et capricieux; ils ne sont pas faciles à transformer en pièces durables, pratiques et esthétiques à la fois. Les feuilles plates de ces matériaux sont presque toujours décevantes et faciles à plier. Même des articles aussi triviaux que des étuis pour téléphones et des briques Lego utilisent des nervures, des goussets et des bossages soigneusement placés pour empêcher les pièces de se déformer ou de tomber en morceaux. Les principes d'ingénierie de base prennent du temps à maîtriser et à appliquer correctement dans votre travail.
  • Les processus de fabrication ne sont pas parfaits - et ne le seront pas bientôt. La conception de la pièce est grandement compliquée par la nécessité de prendre en compte les tolérances de fabrication, le retrait de la matière, la taille minimale de la fonctionnalité, la nécessité de prendre en charge la pièce tout au long du processus, etc. Très peu de conceptions avancées peuvent être rapidement esquissées et largement diffusées sans tenir compte de ces facteurs et en les adaptant à la fois au procédé de fabrication général et à la copie spécifique de la machine utilisée pour fabriquer la pièce.

Une plate-forme de base très fine mais de grande rigidité utilisée dans le projet décrit précédemment. Notez l'utilisation de nervures de renforcement.

La haute visibilité de l’impression 3D signifie que la grande majorité des acheteurs d’extrudeuses ABS peu coûteuses au grand moment n’ignorent pas à quel point il est difficile de passer des idées aux pièces viables. Cela pourrait nuire à long terme à la communauté.

Bien entendu, la disponibilité universelle des compétences en conception n’est pas une nécessité: il est peut-être possible de choisir un modèle dans lequel les experts sélectionnés publient leurs dessins gratuitement et où des millions d’autres utilisateurs cliquent simplement sur «Imprimer». Mais cela nous amène à un autre problème…

Vers des pièces d'ingénierie

Un châssis complet pour Omnibot mkII, composé d’un plastique de haute résistance, d’un caoutchouc de silicone et d’un assortiment de pièces métalliques.

Les méthodes existantes de prototypage additif, conviviales pour les amateurs, tendent à produire des pièces à partir d’un choix très étroit de matériaux, qui présentent toutes des caractéristiques mécaniques assez médiocres; il n'y a aucun signe que cela changera dans les années à venir. Avec les usines à commande numérique, la situation est bien meilleure - mais certains des matériaux essentiels restent difficiles ou coûteux à traiter (par exemple, la plupart des caoutchoucs ne s’usinent pas très bien).

En général, les imprimantes 3D sont un outil qui nous permet de réaliser presque n'importe quoi directement; Cette course aux armements commerciaux illustre bien cette manière de penser, qui consiste à proposer des machines FDM imprimant en couleur. Mais cette quête peut être erronée: en réalité, l'impression 3D et l'usinage CNC ont tendance à être plus utiles pour produire des motifs d'outillage, c'est-à-dire des formes qui contribuent à un autre processus de fabrication plus spécialisé, effectué ultérieurement.

Dans le monde industriel, les modèles usinés par commande numérique sont utilisés pour le thermoformage, l'estampage des métaux, le moulage par injection et plusieurs types de coulée. Tous ne peuvent pas être essayés à la maison à moindre coût et en toute sécurité - mais certains sont étonnamment faciles à utiliser. Par exemple, la coulée en résine allie une facilité d'utilisation extrême à une fidélité extrême et une vaste gamme de propriétés pouvant être obtenues pour les pièces finales. Sans équipement sophistiqué, vous pouvez fabriquer des gommes visqueuses dans la couleur de votre choix et, cinq minutes plus tard, utiliser un matériau composite renforcé de fibres de carbone ou de verre.

Un moule relativement simple en une partie pour le moulage en résine.

Bien entendu, ces processus de fabrication peuvent être maîtrisés par tout amateur déterminé. Néanmoins, ils ajoutent un autre niveau de complexité qui peut être inattendu et insurmontable pour beaucoup; l'obsession de la fabrication directe n'aide guère.

Où en sommes nous vraiment?

Je suis enthousiasmé par l’impression 3D, mais aussi inquiet par notre façon de penser à l’avenir de la fabrication à domicile. Pour les amateurs motivés, l’imprimante n’est qu’un outil supplémentaire qui leur permet de donner vie à leurs dessins. Il partage nombre de ses problèmes avec les approches qui existaient auparavant - et ajoute ses propres défis sérieux au mélange. Le mieux que nous puissions faire est peut-être d’apprendre de l’industrie manufacturière plutôt que de proclamer sa mort prématurée.

En fait, le souci de réinventer le processus de fabrication peut nous amener à rechercher la mauvaise solution: les extrudeuses ABS, désormais populaires, risquent de ne pas être en mesure d’atteindre une précision raisonnable et de produire des résultats cohérents et prévisibles, simplement en raison des limitations du matériau: sa consistance extrêmement visqueuse et son point de fusion mal défini rendent difficile le contrôle de son dépôt. Les gradients de température élevés créés au cours du processus ne fonctionnent pas non plus en faveur de la technologie.

Par conséquent, nous n’accordons probablement pas assez d’attention à certaines des solutions de rechange qui semblent pouvoir être mises en œuvre. Par exemple, les imprimantes à dépôt de cire (toujours incroyablement chères) de Solidscape atteignent des niveaux de détail incroyables simplement en travaillant avec une substance plus appropriée et en combinant des étapes additives et soustractives. Mais les processus soustractifs ne sont pas sexy et le résultat de ces imprimantes est un matériau fragile qui ne fonctionne que comme un moule de coulée. Sans appel populaire, les chances de baisse des prix sont plutôt minces.

La stéréolithographie est un autre choix intéressant qui donne des résultats prometteurs: les imprimantes haute précision existantes à 30 000 dollars semblent se lancer dans des appareils à faible coût, tels que le prochain Form 1. Mais le principe de fonctionnement désordonné et peu productif limite également leur attrait en termes de bruit. .

Un jour, une solution miracle peut se matérialiser; Si tel est le cas, cela ne ressemblera probablement à aucune des technologies existantes que nous expérimentons. Jusque-là, il est utile de se concentrer sur le processus, et non sur l'outil le plus en vogue de cette semaine.

Un assortiment de pièces moulées en résine, usinées CNC.


Si vous êtes impliqué dans un projet particulièrement révolutionnaire ou génial et que vous souhaitez écrire à ce sujet pour 3D Thursday, ou si vous avez un produit connexe que vous souhaitez nous voir commenter ou commenter, veuillez contacter Eric Weinhoffer à l'adresse [email protected] Merci d'avoir lu!

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