L'impression 3D multi-matériaux pourrait-elle être la prochaine étape pour la FA ?

L'impression 3D multi-matériaux est une technique de fabrication additive innovante qui permet la création d'objets avec différents matériaux et propriétés. En ajoutant plus de complexité à une pièce, l'impression 3D multi-matériaux peut grandement améliorer les performances et la fonctionnalité de la pièce. La technologie ouvre donc une toute nouvelle gamme de possibilités de conception et de production - et permet la création d'objets qui seraient autrement impossibles.

Actuellement, l'impression 3D multi-matériaux est possible avec une gamme de plastiques, de polymères et même de silicones, ce qui en fait une solution idéale pour produire des prototypes et des modèles conceptuels réalistes et polychromes. Dans ce tutoriel, nous allons approfondir les avantages de l'impression 3D multi-matériaux, les processus actuels disponibles ainsi que les cas d'utilisation et les applications les plus courants.

Quels sont les avantages de l'impression 3D multi-matériaux ?

L'un des principaux avantages de l'impression 3D multi-matériaux est que les pièces complexes avec différentes propriétés de matériaux peuvent être créées en un seul processus d'impression. Cela diffère des pièces mono-matériau, qui nécessitent un assemblage pour créer une pièce avec des propriétés de matériau différentes. L'impression 3D multi-matériaux peut donc réduire le nombre d'étapes nécessaires pour produire un objet, ce qui accélère le cycle de développement du produit.

Les concepteurs et les fabricants peuvent également grandement bénéficier de l'impression 3D multi-matériaux, car la combinaison de différentes propriétés de matériaux (telles que la translucidité et la rigidité) au sein d'une même pièce peut faire passer la validation de la conception et les tests fonctionnels au niveau supérieur.

Un autre avantage de l'utilisation de divers matériaux dans l'impression 3D est la possibilité de créer un dégradé de couleurs. En mélangeant les matériaux dans divers rapports, différentes combinaisons de couleurs et tons peuvent être obtenus sans avoir besoin de peinture ultérieure, ce qui permet de gagner du temps pendant l'étape de post-traitement.

Comment fonctionne l'impression 3D multi-matériaux ?

Avec l'impression 3D multi-matériaux, différents matériaux peuvent être utilisés dans un seul objet imprimé en 3D. Cependant, si l'impression 3D multi-matériaux est actuellement capable de traiter des matériaux comme les thermoplastiques et les polymères, la combinaison de différents métaux ou céramiques n'est pas encore possible à ce stade.

Aujourd'hui, des entreprises comme Stratasys et 3D Systems proposent des solutions d'impression 3D multi-matériaux à des fins de prototypage et de modélisation. Par exemple, le système multi-matériaux Connex de Stratasys offre les options d'impression suivantes :

• Plateau mixte :Cette option permet de produire simultanément plusieurs pièces composées de matériaux différents – et donc de propriétés différentes – au sein d'une même fabrication. L'option de plateau mixte est potentiellement une option idéale pour les entreprises qui nécessitent un prototypage à grand volume.
• Partie mixte : Les imprimantes 3D multi-matériaux peuvent également imprimer des pièces avec des propriétés variables dans des domaines spécifiques. De plus, la combinaison de matériaux au sein d'une pièce élimine le besoin d'assembler par la suite des pièces distinctes.
• Matériaux numériques : Créés en mélangeant deux ou plusieurs matériaux, les matériaux numériques sont utilisés pour créer un objet avec des propriétés et une apparence améliorées qui ne peuvent pas être obtenues si une pièce est imprimée en 3D dans un seul matériau.

Quelles technologies sont utilisées pour l'impression 3D multi-matériaux ?

Actuellement, le jet de matière est la technologie la plus couramment utilisée pour l'impression 3D multi-matériaux. Avec le jet de matériau, les têtes d'impression déposent des gouttelettes d'un matériau photosensible (ou un mélange de matériaux ou de matériaux différents à travers différentes têtes d'impression) qui durcissent sous la lumière ultraviolette (UV). La pièce est ensuite créée couche par couche à l'aide de ce processus.

Stratasys et 3D Systems sont les principaux fabricants d'imprimantes 3D multi-matériaux basées sur la technologie de jet de matière. Par exemple, le système d'impression 3D Connex™ de Stratasys fonctionne en projetant deux ou trois matières plastiques différentes pendant le processus d'impression 3D. Il en résulte que la pièce terminée possède simultanément différentes propriétés (telles que la rigidité et la flexibilité).

Quels matériaux peuvent être utilisés pour l'impression 3D multi-matériaux ?

Actuellement, les options de matériaux les plus largement disponibles pour l'impression 3D multi-matériaux sont les résines photopolymères à base d'acrylique et les composites de plastiques rigides et d'élastomères. 3D Systems, par exemple, a dévoilé l'année dernière une nouvelle imprimante 3D multi-matériaux grand format ProJet MJP 5600, qui fonctionne avec une gamme de résines plastiques et leurs combinaisons pour créer des prototypes entièrement assemblés et des géométries complexes avec de multiples propriétés de matériaux.

Bien que les propriétés mécaniques des matériaux puissent varier, les progrès des matériaux d'impression 3D signifient que des composites de qualité technique sont également disponibles.

L'une des dernières innovations en matière d'impression 3D multi-matériaux est l'impression 3D en silicone, une technologie développée par ACEO®, filiale de Wacker Chemie AG et utilisateur de longue date de RP Platform. La technologie silicone innovante d'ACEO® permet la production de pièces en silicone avec différentes couleurs, duretés et propriétés. Une application utile de ceci est la création de silicones qui ont des propriétés isolantes et conductrices, car ils peuvent être utilisés pour créer une pièce assemblée avec une conductivité électrique intégrée.

Applications de l'impression 3D multi-matériaux

Les possibilités de l'impression 3D multi-matériaux sont vraiment infinies, avec un large éventail de cas d'utilisation dans les secteurs grand public, médical et autres.

Actuellement, l'impression 3D multi-matériaux est principalement utilisée lors du développement de produits. Par exemple, la société d'équipement de natation Speedo a utilisé la technologie pour créer des articles tels que des lunettes de protection et d'autres équipements de natation dans le cadre du cycle de conception du produit. La création d'autres produits, tels que des prototypes fonctionnels de joints, de joints, de pneus et de semelles de chaussures, est également possible avec l'impression 3D multi-matériaux, la technologie étant utilisée pour tester et vérifier la conception et la fonction du produit avant de passer à la production.

Comme l'impression 3D multi-matériaux peut combiner des matériaux translucides et opaques, l'industrie médicale a adopté la technologie pour créer des modèles anatomiques réalistes à des fins éducatives, ainsi que des modèles spécifiques au patient pour la planification et la formation pré-chirurgicales. La technologie permet également de créer des pièces translucides avec des structures colorées internes, qui peuvent être utilisées pour visualiser les flux de fluides ou pour tester des dispositifs médicaux.

Les ingénieurs mécaniciens des industries automobile, aérospatiale et autres peuvent utiliser l'impression 3D multi-matériaux pour créer des prototypes fonctionnels avec l'apparence du produit final (couleurs, étiquettes, etc.). En plus de cela, l'impression 3D multi-matériaux permet de fabriquer des moules pour de courtes séries de moulage par injection et des outils sans avoir besoin d'assemblage.

Un élément intéressant de l'impression 3D multi-matériaux avancée est la possibilité de créer des pièces avec des fonctions intégrées, ce qui est particulièrement utile pour les appareils électroniques. Nano Dimension Ltd. a récemment fait une percée dans le développement d'encres d'impression 3D multi-matériaux. Les encres conductrices et diélectriques peuvent désormais être utilisées simultanément pour fabriquer des pièces, des circuits et des antennes électriquement fonctionnels.

Défis

Si l'impression 3D multi-matériaux est actuellement principalement utilisée pour le prototypage, elle a néanmoins un potentiel énorme pour la production de pièces composées de différents matériaux et possédant une combinaison de propriétés mécaniques. Des recherches en cours sont donc en cours sur la façon dont les défis existants pour l'impression 3D multi-matériaux de pièces fonctionnelles peuvent être surmontés.

La difficulté réside dans le développement d'un processus de production évolutif et reproductible pouvant fournir des pièces finales multi-matériaux de haute qualité. Ceci est particulièrement difficile pour les métaux et les céramiques, car il existe des limitations physiques claires dans la co-fusion de deux matériaux qui ont, par exemple, des températures de fusion différentes et d'autres propriétés matérielles.

Cependant, la société basée en Belgique, Aerosint, prétend avoir développé un processus unique de lit de poudre multi-matériaux pour produire des pièces d'extrémité, avec des métaux en vue. La technologie, qui fonctionne avec des polymères, contrôle la distribution de deux types de poudres différentes au niveau des voxels qui sont ensuite frittées ensemble.

Regarder vers l'avenir

Un autre domaine de recherche fascinant est la bioimpression multi-matériaux, qui pourrait avoir un impact révolutionnaire sur des domaines tels que l'ingénierie tissulaire, la médecine régénérative et la biodétection.

Cependant, aujourd'hui, l'impression 3D multi-matériaux offre d'énormes opportunités pour le développement de produits et les tests de validation, car la technologie permet la création de modèles et de prototypes imprimés en 3D réalistes avec des propriétés variables.

En fin de compte, la prochaine étape de l'impression 3D multi-matériaux sera de savoir comment réussir le passage à la production de pièces finales avec des fonctions intégrées et des propriétés mécaniques améliorées. Cet axe de développement, qui connaît déjà une forte activité en termes de recherche, va élargir le potentiel de la fabrication additive vers de nouveaux horizons.