Technologies d'impression 3D pour produits antistatiques

Décharge électrostatique est un phénomène courant dans la nature . Elle peut être provoquée par un court-circuit électrique (court-circuit), un claquage diélectrique, ou lorsqu'un contact se produit entre deux objets chargés électriquement (électricité statique), entraînant un passage soudain et bref du courant électrique. L'ESD est généralement générée de deux manières. L'un d'eux est la tribocharge, qui se produit lorsque deux matériaux sont joints puis séparés, ce qui entraîne une différence de potentiel électrique . L'autre raison pour laquelle les événements ESD se produisent est l'induction électrostatique. Il se produit lorsqu'un objet chargé électriquement se trouve à proximité d'un objet conducteur qui n'est pas en contact avec le sol.

Vidéo 1. Risques de décharge électrostatique en aviation. Source :Sciences de l'aviation.

Tout le monde a vécu un événement ESD à un moment donné de sa vie. Il existe de nombreux exemples d'ESD dans la vie quotidienne, notamment la foudre, l'électricité statique des cheveux causée par des vêtements en nylon/laine, un peigne en plastique ou une lame, la mousse de polystyrène collée à la peau, la poussière qui s'accumule sur l'écran du téléviseur quelques secondes après son nettoyage, le fameux " étincelle" ou "coup de pied" lorsque vous touchez une poignée de porte ou une autre personne.

Risques associés aux décharges électrostatiques

Les événements ESD sont pour la plupart inoffensifs, bien que gênants, pour les humains . L'électricité statique peut aussi être un phénomène très utile. Les technologies basées sur l'électricité statique sont utilisées dans les photocopieurs, les précipitateurs électrostatiques dans les purificateurs d'air, la peinture par pulvérisation électrostatique ou les feuilles/boules de séchage. Cependant, dans certains contextes, l'ESD peut être très dangereuse et avoir des conséquences désastreuses, en particulier dans les industries manufacturières ou à haut risque.

Image 1. Les graves conséquences d'un événement ESD sur une carte mère. Source :FAQ Techno.

L'ESD est très menaçante pour les appareils électroniques sensibles , en particulier les circuits intégrés et les micropuces. Ils peuvent être endommagés de manière permanente (dommages catastrophiques ou latents) lorsqu'un courant haute tension les traverse. Cela peut se produire de trois manières :

1. HBM (Human Body Model) - le corps humain transfère une charge électrostatique à un appareil.

2. MM (Machine Model)  :un objet conducteur chargé, tel qu'un outil ou un appareil métallique, transfère une charge électrostatique frais.

3. CDM (Charged Device Model) - se produit lorsqu'une charge électrostatique est transférée à travers un emballage ou une surface de travail.

Les décharges électrostatiques sont également extrêmement dangereux dans des environnements avec des atmosphères potentiellement explosives , tels que les espaces contenant du gaz, des vapeurs de carburant, de la poussière de charbon ou même de la poussière de farine.

Prévention ESD

Prévention ESD est de la plus haute importance sur les sols de fabrication, les centres d'expédition ou dans les espaces présentant des atmosphères inflammables et explosives.

Image 2. Un espace de travail protégé contre les décharges électrostatiques. Source : Technologie de travail de sécurité.

Il existe de nombreux matériaux antistatiques, substances et dispositifs élaborés et fabriqués spécialement dans le but de protéger les personnes et les dispositifs contre les conséquences des décharges électrostatiques. Les solutions de protection ESD incluent :

• Agents chimiques.

• Mise à la terre électrique.

• Vêtements ESD, bracelets antistatiques, gabarits et fixations ESD.

• Sacs antistatiques pour le stockage et l'expédition de l'électronique.

• Barres ionisantes sur les lignes de production.

• Mobilier de bureau ESD.

• Salle blanche conçue pour empêcher la poussière, les organismes en suspension dans l'air ou les particules vaporisées de pénétrer à l'intérieur et pour empêcher les virus et les substances nocives ou des radiations en sortant.

• Systèmes antistatiques des machines utilisant l'électron ou la photoémission pour réduire les décharges électrostatiques.

Une sécurité ESD appropriée peut non seulement protéger les dysfonctionnements de l'appareil, mais également réduire les pertes financières liées aux pannes et même sauver des vies.

Sécurité ESD dans l'impression 3D

Les méthodes de production soustractives, telles que le moulage par injection et l'usinage CNC, existent depuis longtemps et sont idéales pour la production à grande échelle d'outils standardisés. Mais lorsqu'il s'agit de produire de petites quantités d'outils, de gabarits ou de montages hautement personnalisés, la fabrication additive est la meilleure option . La conception et la fabrication de moules prennent beaucoup de temps et il n'est pas rentable de produire de petites quantités d'outils et de montages personnalisés. De plus, les plastiques avancés utilisés dans l'usinage CNC sont très coûteux et se dégradent souvent pendant le processus d'usinage. L'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des outils, des gabarits et des accessoires spécialisés personnalisés en interne et à la demande est un pas en avant pour de nombreuses entreprises car elle présente de nombreux avantages. Si le matériau approprié est utilisé, une version imprimée en 3D d'un outil ou d'un accessoire traditionnel peut être plus solide, plus résistante à la corrosion, plus légère et beaucoup moins chère et plus rapide à fabriquer en interne plutôt que par des sous-traitants externes via le moulage par injection ou l'usinage CNC. Tout cela accorde aux fabricants une plus grande flexibilité et la possibilité de personnaliser les processus de travail en fonction des besoins de l'entreprise. L'impression 3D prend moins de temps, est plus abordable et élimine le gaspillage de matériaux puisque seul ce qui est nécessaire sera imprimé.

Vidéo 2. Un cas de réussite - Mercury Systems lance l'impression 3D d'outils et d'accessoires protégés contre les décharges électrostatiques. Source :Essentium.

La sécurité ESD ne fait pas exception , depuis l'impression 3D - la discipline qui s'adapte rapidement - dispose déjà d'une solution éprouvée et fiable pour la fabrication d'outils, de gabarits et de fixations antistatiques. Les matériaux sûrs ESD dans l'impression 3D peuvent se présenter sous de nombreuses formes. Il existe des filaments antistatiques, des pastilles, des résines et des poudres.

Filaments

Filaments sûrs ESD utiliser diverses technologies pour obtenir les propriétés antistatiques , les plus courants étant le noir de carbone ou le graphite charges . La quantité de charge de carbone dans le polymère détermine le niveau de résistivité de surface (mesurée en Ohms) - électriquement conductrice, dissipative ou isolante. Une autre façon de rendre un matériau antistatique consiste à ajouter revêtements antistatiques ou , comme c'est le cas d'Essentium , une couche de surface de nanopolymères conducteurs pour réduire le risque de dégradation des performances couramment observé avec les charges ou les revêtements ESD.

Image 3. Un boîtier de disque dur (à gauche) et un conductivimètre imprimés en 3D avec le filament à base de PET Zortrax-Z ESD V2. Source :Zortrax.

Presque tous les polymères couramment utilisés dans l'impression 3D ont une option de sécurité ESD. Il existe des plastiques standard antistatiques (ABS, PLA) et des plastiques techniques (PA, PET, PCTG), ainsi que des plastiques antistatiques destinés à des applications avancées (PEKK, TPU).

Image 4 :Boîtiers électroniques sécurisés imprimés avec ESD PLA de 3DXTech (à gauche) et ESD ABS de Nanovia (à droite). Source :Filament2Print.

Il existe des filaments antistatiques conçus pour des secteurs spécifiques, comme l'Essentium TPU 58D-AS de la famille des filaments avancés flexibles.

Image 5. Étiquettes imprimées en 3D avec TPU 58D-AS. Source :Essentium.

Outre les applications dans l'industrie aérospatiale, ce filament peut être utilisé pour imprimer en 3D des couvercles de panneaux résistants à l'abrasion, des boîtes de stockage antistatiques ou des capuchons antipoussière antistatiques. La poussière et d'autres particules ont tendance à accumuler de l'électricité statique et à provoquer une défaillance du système dans de nombreuses usines d'électronique.

Nanovia ABS ESD 3DXSTAT ESD PLA Essentium TPU 58D-AS Zortrax Z-ESD V2

Résines et poudres

Il existe également des options sans filament pour l'impression 3D Sûr ESD objets , comme les résines pour l'impression 3D SLA , et poudres pour l'impression 3D SLS . Ils ont tous d'excellentes propriétés, en fonction du plastique et des applications prévues - allant de l'industrie automobile et de l'instrumentation scientifique et technique à l'électronique grand public.

Image 6. Boîtiers imprimés en 3D avec PA11 ESD par Sinterit. Source :Sinterit.

Les résines et les poudres antistatiques sont idéales pour l'impression 3D d'outils, de gabarits et de fixations antistatiques pour la production, l'assemblage et le test de composants électroniques, ainsi que pour la production de composants destinés à être utilisés dans des atmosphères explosives. Certains matériaux protégés contre les décharges électrostatiques ont même propriétés anti-poussière . Comme mentionné précédemment, la poussière et d'autres particules ont tendance à accumuler de l'électricité statique et à augmenter le risque d'événements ESD . Étant donné que la plupart des plastiques attirent la poussière et la saleté, l'utilisation d'une option antistatique est beaucoup plus sûre dans les environnements sensibles aux décharges électrostatiques.

Image 7. Outils et fixations imprimés avec la résine ESD anti-poussière Formlabs. Source :Formlabs.

Un de ces matériaux est la résine Formlabs ESD , qui peut être utilisé pour imprimer en 3D des outils et des accessoires pour les conditions de fabrication les plus exigeantes.

Résine Formlabs IBT Poudre Sinterit PA11 ESD Brucelles ESD précises Nettoyant antistatique pour imprimante 3D Novus 1

Accessoires ESD

La sécurité ESD dans le monde de l'impression 3D ne se limite pas seulement aux filaments d'impression, aux résines et aux poudres . Il existe également divers produits de nettoyage et accessoires garantissant la sécurité ESD pendant le processus d'impression ou la maintenance de l'imprimante 3D. Les pincettes de précision Lawang ESD sont utiles lorsqu'il s'agit de retirer des pièces de la plaque de construction, de nettoyer le matériau de la buse, de retirer des supports ou d'entretenir l'imprimante. Pour minimiser le risque d'un événement ESD qui pourrait endommager l'électronique de l'imprimante 3D, il est recommandé d'utiliser les pincettes de précision antistatiques.

Image 8. Brucelles de précision antistatiques Lawang. Source :Filament2Print.

Une autre précaution à prendre au moment de l'impression 3D est de s'assurer que la surface d'impression est sans poussière, particules et électricité statique . Une façon de s'en assurer est d'utiliser un nettoyant quelconque, par exemple le Novus 1 nettoyant acrylique pour bacs à résine. Il nettoie les plastiques sans les rayer et empêche la formation de buée, repousse la poussière et élimine la charge statique. C'est crucial pour des impressions SLA réussies car la saleté dans le réservoir de résine peut dévier le laser et entraîner des impressions ratées.

Image 9. Novus 1 nettoyant acrylique pour réservoirs de résine, élimine la poussière, la saleté et la charge statique. Source :Formlabs.

L'industrie de l'impression 3D est à la hauteur pour satisfaire les besoins des industries les plus exigeantes qui ont besoin d'outils, de matériaux et de technologie s qui peuvent assurer non seulement des performances supérieures, mais aussi la polyvalence des utilisations et la sécurité. Matériaux aux propriétés antistatiques peut être trouvé dans l'impression FDM (filaments et pastilles antistatiques), impression SLA (résines ESd), et SLS (poudres anti-ESD). La sécurité des surfaces d'impression est également couverte grâce aux outils de maintenance et aux accessoires de nettoyage des imprimantes 3D sécurisés ESD.