La nouvelle imprimante 3D imprime 10 fois plus vite que les modèles existants

Gauche: imprimante FastFFF avec zone de travail de 185 × 125 × 200 mm, cadre de support en forme de H, câbles à fibres optiques pour connecter la tête d'impression et l'électronique de commande sont visibles. À droite: photos prises lors de l'impression d'une tasse en spirale en plastique ABS au moment de l'impression, après 120 secondes et 360 secondes

Les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé une nouvelle conception de tête d'impression pour l'impression 3D en utilisant la méthode FDM / FFF, c'est-à-dire la modélisation des dépôts fondus. Au lieu de la roue traditionnelle, ils ont utilisé la méthode «hélicoïdale» pour alimenter un fil texturé. Cela a augmenté la zone de contact avec le fil, en raison de laquelle la vitesse de chauffage, la force d'extrusion et la vitesse d'impression ont considérablement augmenté.

FDM / FFF est la méthode d'impression la plus courante utilisée dans les imprimantes 3D de bureau à faible coût. L'accélération d'impression décuplée vous permet d'imprimer de petites pièces en plastique non pas en une heure, mais en quelques minutes (voir l'illustration ci-dessus). Le prototype assemblé a montré une vitesse de 127 cm³ / h, ce qui est environ 7 fois plus rapide que les imprimantes FDM disponibles dans le commerce. La vitesse d'extrusion maximale (282 cm³ / h) est environ 14 fois supérieure à la leur. Dans les imprimantes 3D conventionnelles modernes, la vitesse ne dépasse généralement pas 20 cm³ / h, elle est vraiment lente.

La technologie d'impression 3D existante utilisant la méthode FDM / FFF a un certain nombre de restrictions intégrées sur la vitesse d'impression maximale - ce sont des restrictions sur la vitesse de déplacement de la tête d'impression sur le cadre de support, la force d'extrusion et la longueur de la chambre la plus mince. Les ingénieurs du MIT ont pu surmonter ces limites avec une extrudeuse spécialement conçue, un diluant à filament chauffé au laser et un cadre de support en H avec deux servomoteurs. Cela a permis d'augmenter respectivement la force d'extrusion, la vitesse de chauffe du filament et la vitesse de déplacement de la tête d'impression.


Dépendance de la vitesse d'impression par la méthode de dépôt couche par couche sur la résolution d'impression dans divers modèles d'imprimantes, avec des restrictions sur la vitesse de déplacement de la tête d'impression sur le cadre de support, la force d'extrusion et la longueur de la chambre la plus mince. L'aire totale sous les trois courbes restrictives correspond à la vitesse théoriquement possible du système. Les icônes montrent les performances de quatre imprimantes 3D disponibles dans le commerce. Le côté droit montre la pénétration de la température à travers un matériau conducteur de chaleur qui n'a pas le temps de chauffer à des vitesses d'alimentation élevées

Les mécanismes d'extrusion et de chauffage sont placés dans une tête d'impression compacte, qui reçoit des filaments en plastique texturé et chauffe rapidement le matériau avant l'impression.


À gauche: photo d'une tête d'impression avec un chargeur et un radiateur laser de la pièce de travail (extrémité chaude). À droite: modèle en coupe de la section de production. Ici, il est montré comment le laser interagit avec le filament, en passant à travers une chambre en quartz recouverte de l'intérieur d'une feuille d'or réfléchissante. Après la chambre de chauffe laser, le fil entre dans la chambre de chauffe de contact

La vitesse d'impression dépend de la vitesse de déplacement de la tête d'impression et, à son tour, dépend de la résolution d'impression. Ainsi, la vitesse maximale et la résolution maximale sont inaccessibles en même temps, vous devez donc trouver un compromis acceptable, en sacrifiant l'une de ces deux caractéristiques.

Les développeurs de FastFFF estiment que l'impression 3D à grande vitesse ouvre des opportunités pour de nouvelles façons d'utiliser cette technologie et pour de nouveaux modèles commerciaux lorsque les pièces compactes sont fabriquées en quelques minutes, pas une heure. L'accélération cardinale donne à penser que le champ d'utilisation de l'impression 3D va s'élargir. «Si je peux prototyper une pièce, peut-être un support ou un équipement, en cinq à dix minutes, et non en une heure, ou pendant la majeure partie de la pause déjeuner au lieu du lendemain, alors je peux rapidement développer, créer et tester des produits», explique Anastasius John Hart (Anastasios John Hart), professeur agrégé et directeur du Laboratoire de fabrication et de productivité et du groupe de mécanosynthèse. - Si je suis réparateur et que je traduis une imprimante 3D rapide dans une voiture, je peux imprimer des pièces personnalisées pour réparation dès que je trouve la cause de la panne. Pas besoin d'aller à l'entrepôt et de chercher ce détail. " Le professeur a mentionné la possibilité d'utiliser l'impression 3D à grande vitesse dans les ambulances d'urgence et dans les zones éloignées de la civilisation.


Il existe toujours une option pour adapter la technologie décrite pour l'impression avec du thermoplastique à des températures élevées et des matériaux composites nécessitant des forces d'extrusion élevées.

Les ingénieurs ont démontré les capacités de la nouvelle imprimante 3D en imprimant des pièces de formes variées (sur la photo ci-dessous). L'impression de chacun d'eux a pris plusieurs minutes.



L'article scientifique a été publié sur le site de préimpression arXiv.org le 2 juillet 2017 (arXiv: 1709.05918v1), et a également été publié le 14 octobre 2017 dans Additive Manufacturing (doi: 10.1016 / j.addma.2017.10.016).