L'évolution de la technologie d'impression 3D de HP :du polymère au métal AM 

HP avance à toute vitesse dans sa stratégie d'impression 3D. Depuis sa première incursion dans la fabrication additive (AM) en 2016, la société a lancé plusieurs systèmes d'impression 3D polymères et, plus récemment, a introduit la technologie Metal Jet.

Pour suivre les progrès de l'impression 3D HP, nous explorons ci-dessous l'évolution de sa technologie et ce que cela signifie pour l'avenir de l'industrie de l'impression 3D.

Plonger son orteil dans l'impression 3D 

L'impression 3D présente de nombreuses barrières à l'entrée, du point de vue économique, technologique et de la main-d'œuvre.

Par exemple, de nombreuses imprimantes 3D industrielles sont encore à la traîne des équipements traditionnels en termes de vitesse et d'efficacité. Ensuite, il y a aussi une courbe d'apprentissage abrupte pour maîtriser la FA. Mais le plus grand obstacle à l'adoption réside peut-être dans les investissements substantiels nécessaires pour mettre la FA en production.

HP a commencé son parcours AM pour démocratiser l'impression 3D en offrant aux entreprises des vitesses de fabrication radicalement plus rapides, des pièces fonctionnelles de haute qualité et une économie révolutionnaire.

Ce parcours a conduit au lancement de Multi Jet Fusion en 2016. 

HP Multi Jet Fusion (MJF) est une technologie de fusion sur lit de poudre (PBF), ce qui signifie qu'elle utilise de la poudre de plastique pour créer des pièces. Le processus MJF commence par étaler une fine couche de poudre sur le lit de l'imprimante.

Un agent de fusion, conçu pour absorber l'énergie infrarouge, est projeté sur le lit en traçant les contours de la pièce.

Cette étape est suivie par l'application de la lumière infrarouge qui chauffe les zones avec l'agent de fusion, la fonte et la poudre de fusion dans ces zones. Couche par couche, le processus est répété, construisant lentement la pièce.

Avec sa technologie MJF, HP a introduit une nouvelle référence dans l'impression 3D polymère PBF. D'une part, les machines MJF atteignent des propriétés mécaniques plus cohérentes, une vitesse de processus plus rapide et une précision plus élevée que des processus similaires comme le frittage sélectif au laser (SLS).

Lorsque l'on compare le coût des pièces MJF et SLS, la Xométrie, un marché de fabrication en ligne, a constaté que la production d'une pièce à l'aide de MJF coûte 30 % moins cher à imprimer que son homologue SLS. Et cette différence augmente à mesure que le volume des pièces augmente, en raison de la capacité de l'imprimante HP MJF à imprimer plusieurs pièces simultanément.

En route vers l'impression 3D polymère industrialisée 

Révolutionnaire à bien des égards, la technologie MJF de HP était dès le départ orientée vers le prototypage fonctionnel et la production en série.

Le premier système Jet Fusion (JF) 3D 4200 de la société, lancé fin 2016, a acquis la réputation d'être l'une des meilleures machines de production à faible volume de sa catégorie de systèmes PBF.

Composé de l'imprimante, de la station de refroidissement et de deux unités de fabrication, le système JF 4200 vise à rationaliser au maximum les étapes d'impression et de post-traitement.

Les unités de fabrication interchangeables sont particulièrement utiles, car elles permettent un processus d'impression en continu, en pouvant être déplacées directement de l'imprimante à la station de post-traitement pour le refroidissement et le nettoyage dès que l'impression est terminée.

Grâce à l'accent mis sur la production et la qualité, le système a été bien reçu sur le marché. Par exemple, le rapport Digital Manufacturing Trends Q2/2018 de 3D Hubs, la plate-forme mondiale de fabrication en tant que service, a classé la HP Jet Fusion 3D 4200 numéro 2, selon son évaluation de la qualité de l'imprimante, et la machine a pris la première place dans en termes de nombre de pièces produites cette année-là.

En termes d'applications, les capacités du système JF 4200 sont très variées. Il peut être utilisé pour tout, des prototypes fonctionnels aux outils, en passant par la production à court terme de pièces d'utilisation finale.

Un exemple notable de ce qui est possible avec le système JF 4200 est l'annonce l'année dernière d'un partenariat entre HP et SmileDirectClub, un fabricant de dispositifs de redressement des dents transparents, appelés aligneurs transparents.

Grâce à ce partenariat, SmileDirectClub a installé 49 systèmes d'impression 3D HP Jet Fusion pour produire plus de 50 000 moules uniques par jour. Ces moules sont ensuite utilisés pour couler des gouttières transparentes.

Avec sa technologie, l'impression 3D HP a aidé SmileDirectClub à accélérer sa croissance et à répondre à la demande croissante des clients.

Entrer dans l'arène de l'impression 3D en couleur 

Après la sortie du système JF 4200, la prochaine grande annonce est arrivée sur le marché en 2018, avec le lancement de la série d'imprimantes 3D couleur, Jet Fusion 300 / 500.

Précis , l'impression 3D couleur abordable est l'objectif final de nombreux fabricants, dont beaucoup passent d'innombrables heures à teindre leurs impressions 3D après ils ont quitté le lit d'impression. Une meilleure solution - mais qui a été coûteuse et exclusive à une gamme sélectionnée de systèmes AM - consiste simplement à imprimer des objets en 3D en couleur.

La nouvelle série, développée par HP, complète sa gamme existante de imprimantes 3D industrielles qui n'impriment actuellement qu'en gris et offrent une option abordable pour les développeurs de produits de petite ou moyenne taille.

En apportant l'impression 3D en couleur à la table, la nouvelle gamme est également une concurrence claire pour machines existantes de Stratasys et 3D Systems.

Le prochain niveau :la fabrication additive en volume

En 2018, HP aurait franchi le cap des 10 millions de pièces produites avec sa technologie. Mais l'entreprise ne voulait pas s'arrêter là-dessus. HP voulait aller plus loin et débloquer le nouveau niveau de fabrication en volume dans l'impression 3D.

L'utilisation de l'impression 3D dans la production en série a été l'une des tendances clés qui façonnent l'industrie au cours des dernières années. À mesure que les entreprises trouvent de plus en plus d'applications pour la technologie en production, elles exigent des solutions capables de prendre en charge des volumes de production croissants.

Alors que de nombreux acteurs sur le marché ont développé des solutions orientées vers un débit accru, aucun n'a sans doute été aussi rapide que HP.

2019 a marqué une autre année importante pour HP, avec le lancement de la nouvelle série 5200 axée sur la production de ses imprimantes 3D MJF.

Alors que la série 500/300 d'imprimantes 3D cible le prototypage fonctionnel et que la série 4200 est destinée à la production de petits volumes, la dernière série a marqué un nouveau chapitre dans l'histoire de l'impression 3D chez HP - volume fabrication, avec précision et répétabilité, comparable au moulage par injection.

Parmi les caractéristiques les plus notables de la série 5200 se trouve la puissance améliorée des lampes à l'intérieur des imprimantes 3D 5200. Cela permet au nouveau système de fusionner la poudre en un seul passage, par opposition à un mode à deux passages dans les systèmes précédents. En conséquence, le système a une amélioration de 40 pour cent de la productivité et ouvre des possibilités pour l'impression 3D de matériaux à haute température.

Plusieurs entreprises utilisent déjà les systèmes HP Jet Fusion 5200 pour des applications de production. Un exemple est le fabricant d'éoliennes, Vestas, qui utilise la technologie et le matériau TPU pour produire des composants de protection pour ses pales d'éoliennes.

De plus, le fabricant canadien de casques, Kupol, travaille également avec le système pour imprimer en 3D des casques plus sûrs et plus confortables. HP lui-même tire parti de sa technologie pour produire des composants pour ses autres machines d'impression.

De toute évidence, les nouveaux systèmes élargissent considérablement les opérations de FA de HP et permettent à ses clients d'exploiter véritablement la fabrication numérique.

Feuille de route des matériaux d'impression 3D de HP 

La feuille de route d'impression 3D de HP a progressivement conduit l'entreprise du prototypage et de la production à faible volume à la fabrication additive en série.

Bien que le matériel joue un rôle important dans ce progrès, ce serait difficile, sinon impossible, de tirer le meilleur parti de MJF sans le développement continu de nouveaux matériaux.

Lorsque MJF a été introduit pour la première fois en 2016, la technologie était limitée à un seul matériau :le polyamide 12 (PA12), également connu sous le nom de nylon. Progressivement, HP a élargi son portefeuille de matériaux pour inclure une gamme plus large de thermoplastiques.

Par exemple, la série 4200 peut aujourd'hui imprimer dans différents types de nylon, y compris les billes de verre PA 11 et PA 12, un nylon chargé à 40 % de billes de verre, ainsi qu'un TPU souple et souple Matériel.

Alors que la plupart de ces matériaux sont disponibles dans la dernière série 5200, un matériau, le polypropylène (PP), a récemment été lancé spécifiquement pour les imprimantes 3D les plus récentes.

Développé en partenariat avec BASF, le PP est un thermoplastique polyvalent, durable et résistant aux produits chimiques, qui possède les mêmes propriétés que les PP couramment utilisés dans le moulage par injection, notamment la résistance chimique, une faible absorption d'humidité et une longue durée de vie. durée de vie.

Grâce à ces propriétés, le PP est particulièrement adapté aux clients des secteurs automobile, grand public, industriel et médical.

Haute réutilisation des matériaux HP 

Une chose particulièrement intéressante à propos des matériaux HP est leur grande réutilisabilité.

Dans le polymère PBF, la poudre qui entoure la pièce imprimée est le même matériau que celui utilisé pour imprimer une pièce, et elle a tendance à être chère. Bien sûr, cela ne poserait pas de problème si la poudre pouvait être réutilisée à 100 %, ce qui est actuellement impossible.

L'une des raisons est que, dans les procédés PBF, les polymères sont exposés à une chaleur élevée pendant longtemps. périodes, subissant ainsi des modifications chimiques qui rendent leurs caractéristiques de frittage beaucoup moins prévisibles. Actuellement, le seul moyen de surmonter ce problème consiste à mélanger de la poudre « utilisée mais non fusionnée » avec de la poudre vierge, afin d'être réutilisée.

Dans le processus SLS, seulement environ 30 à 50 % de la poudre peut être recyclé, tandis qu'avec MJF jusqu'à 80 pour cent de la poudre peut être réutilisé. Ce niveau élevé de réutilisabilité de la poudre est obtenu grâce à l'innovation des matériaux.

Par exemple, HP 3D High Reusability PA 122 a été conçu pour éviter la croissance moléculaire lorsque le matériau est exposé à la température avec le temps. Ces matériaux sont connus comme des matériaux moyennement à faiblement réactifs, et ils peuvent être réutilisés jusqu'à 80 % sans dégrader le matériau et, par conséquent, sans affecter la qualité des pièces.

HP prévoit de continuer à élargir la palette de matériaux encore plus loin, offrant une famille plus large de thermoplastiques, y compris ceux avec des propriétés ignifuges, des élastomères, des polyamides, des plastiques de base et des matériaux haute performance.

La plate-forme ouverte HP Multi Jet Fusion, qui invite les entreprises chimiques à collaborer au développement de matériaux pour accélérer l'innovation des matériaux, sera cruciale pour ces progrès.

La nouvelle frontière :l'impression 3D métal

Dans sa présence relativement courte sur le marché de l'impression 3D polymère, HP s'est imposé comme un disrupteur agile et ambitieux. Aujourd'hui, l'entreprise se dirige vers la prochaine frontière :l'impression 3D métal.

Lancé en 2018, la prochaine extension de ses offres d'additifs est un système d'impression 3D Metal Jet, alimenté par la technologie de jet de liant.

Dans le jet de liant métallique, un liant liquide est appliqué sélectivement pour joindre les particules de poudre, couche par couche.

Le processus commence par l'étalement d'une fine couche de poudre, les têtes d'impression déposant stratégiquement des gouttelettes de liant sur le lit de poudre. La plaque d'impression s'abaisse alors et une autre couche de poudre est étalée.

Cependant, l'avantage unique que HP a présenté à cette technologie réside dans sa technologie innovante de tête d'impression et d'encre.

Bien que la technologie de projection de liant soit intrinsèquement rapide, HP a appliqué sa connaissance de la technologie des têtes d'impression pour la rendre encore plus rapide. Le système Metal Jet est équipé de 6 têtes d'impression de 5 280 buses chacune. La présence de plusieurs rangées de buses améliore la productivité et la fiabilité de l'imprimante.

En outre, en tirant parti de son expertise dans la technologie des encres, HP a développé un liant innovant pour rendre le processus de frittage plus rapide et moins cher.

« Avec le moulage par injection de métal, vous avez généralement plus de 10 % en poids de liant qui doit être brûlé. Dans notre cas, nous avons moins de 1%, ce qui est un ordre de grandeur inférieur, ce qui le rend plus rapide, moins coûteux et beaucoup plus simple à fritter », déclare Tim Weber, Global Head of Metals de HP, s'exprimant dans une interview avec AMFG. .

Ces avancées, combinées, donnent naissance à une imprimante 3D en métal, dont on dit qu'elle permet d'obtenir des économies et une efficacité comparables aux technologies de production conventionnelles.

HP ne vend pas encore la machine, cependant. Au lieu de cela, la société a lancé un service de production de pièces, cherchant à rendre l'imprimante 3D disponible dans le commerce en 2021. 

Compte tenu des affirmations de HP à propos de Metal Jet, cette technologie pourrait devenir la clé pour débloquer un environnement durable proposition de valeur pour l'impression 3D métal dans la production à grand volume.

Une industrie qui pourrait particulièrement bénéficier de cette technologie est l'automobile. Volkswagen collabore avec HP sur sa technologie d'impression 3D métal depuis deux ans maintenant, cherchant à intégrer des pièces structurelles imprimées Metal Jet, telles que des boutons de changement de vitesse et des supports de rétroviseur, dans la prochaine génération de ses véhicules.

Conduire la fabrication numérique 

HP n'est peut-être pas le plus ancien acteur de l'industrie de l'impression 3D, mais il s'avère être l'acteur déterminé à devenir le leader du marché.

La preuve en est non seulement la feuille de route ambitieuse de HP pour l'impression 3D, mais aussi sa confiance totale dans sa technologie. Cette confiance, par exemple, permet à HP d'utiliser l'impression 3D dans le cadre de sa chaîne d'approvisionnement, en produisant des pièces pour ses imprimantes 3D.

L'entreprise parie sur l'impression 3D comme technologie de fabrication numérique depuis il a d'abord testé les eaux de cette industrie. Aujourd'hui, HP renforce son élan dans l'impression 3D, et il sera passionnant de voir où cela mènera à la fois l'entreprise et l'industrie.