COVID-19 a mis l'impression 3D sous les projecteurs

Au début de la réponse à la pandémie de COVID-19, l'impression 3D était une vedette, faisant les gros titres à gauche et à droite. Apparemment, tout le monde imprimait quelque chose pour son hôpital local.

Des mois plus tard, le nombre d'histoires vantant les façons dont l'impression 3D peut être utilisée pour imprimer des équipements de protection individuelle (EPI) et des pièces pour ventilateurs a diminué. Pourtant, le rôle de la technologie dans la lutte contre le virus a continué d'évoluer.

Lorsque COVID-19 a frappé, les États-Unis, ainsi que le reste du monde, ont été pris au dépourvu. Alors que la demande d'EPI a explosé, les stocks d'écrans faciaux, de ventilateurs et de masques se sont épuisés.

Face à ces circonstances désastreuses, les particuliers et les entreprises se sont creusés la tête pour trouver des moyens d'atténuer la situation. Pour ceux qui étaient équipés d'imprimantes 3D, la décision était simple :les mettre au travail pour fabriquer des pièces.

En quelques jours, les amateurs, les ateliers de travail, les fabricants sous contrat et les entreprises ont mis leur équipement de fabrication additive au travail pour imprimer des EPI. Une myriade de fichiers CAO tournés dans le monde entier à la vitesse de la lumière, des répartiteurs de ventilateurs aux concepts de masques de remplacement en passant par les écrans faciaux. Les conceptions étaient souvent optimisées pour le processus d'impression, ce qui réduisait le temps et les efforts avant et après le processus.

Les conceptions sont devenues des produits tangibles presque instantanément grâce à l'impression 3D. La technique est une illustration de la transition vers l'Industrie 4.0, car les machines nécessitent peu ou pas de temps de configuration. Chargez simplement la machine avec le bon matériau, téléchargez un fichier de CAO ou de coupe bien conçu, entrez les paramètres, appuyez sur Imprimer, et vous avez des pièces en quelques minutes ou quelques heures.

Pourtant, il y avait quelques lacunes associées à l'utilisation de l'impression 3D pour atténuer la pénurie d'EPI. De nombreux hôpitaux ont dû jeter des pièces imprimées données car elles ne répondaient pas aux spécifications nécessaires. Certains procédés d'impression 3D, par exemple, n'étaient pas capables d'imprimer des pièces hermétiques, rendant certaines parties du masque inutilisables.

En réponse, le National Institute for Additive Manufacturing Innovation, les National Institutes of Health, la Food and Drug Administration et le Department of Veterans Affairs ont conclu une collaboration pour vérifier et approuver rapidement des conceptions viables. L'effort a aidé à normaliser les efforts d'impression. Néanmoins, de nombreux fabricants ignoraient probablement l'existence de ce centre d'échange de conceptions.

Un autre inconvénient de la réponse immédiate de l'impression 3D à COVID-19 était l'accent mis sur les composants plutôt que sur l'assemblage de produits entiers. Par exemple, des conceptions de bandeaux imprimés pour écrans faciaux ont été approuvées, mais des composants complémentaires tels que des écrans faciaux transparents et des bandes élastiques ont été achetés via des canaux traditionnels. Bien que l'impression de tels matériaux soit possible avec des imprimantes 3D, ils sont généralement coûteux et ne sont facilement traités que par des machines industrielles sélectionnées. Cela a rendu la production à grande échelle de ces articles impraticable. Avec le temps, même ces applications limitées ont finalement été mises en boîte, au fur et à mesure que des solutions plus rentables sont devenues disponibles.

L'impact de l'impression 3D sur la réponse au COVID-19 était-il donc un feu de paille ? À peine. En fait, il est devenu un intrant en coulisses vers des technologies de production plus rentables.

Comme le souligne la réponse PPE, les imprimantes 3D sont douées pour itérer rapidement sur les concepts de conception et obtenir des produits tangibles et fonctionnels. La vitesse initiale et le faible coût de démarrage rendent l'impression 3D idéale pour le prototypage fonctionnel. Une fois la conception verrouillée, cependant, d'autres technologies finissent généralement par être de meilleures options. Alors que le coût des premières unités imprimées en 3D est inférieur à celui d'un outil de moulage par injection, une fois cet outil construit, le temps et le coût variable par unité autonome sont très faibles, ce qui lui permet de dépasser les imprimantes 3D s'il est élevé. des quantités sont nécessaires. En fin de compte, l'impact de l'impression 3D sur la lutte contre le COVID-19 est à l'appui des processus hérités.

La technologie y parvient notamment grâce à l'outillage, la création d'instruments personnalisés pour faciliter le processus de fabrication. Les applications d'outillage varient considérablement, du maintien d'une pièce en place à la garantie du placement correct d'un élément esthétique. Généralement, les outils peuvent être fabriqués à l'aide d'imprimantes de bureau d'extrusion de matériaux conviviales. Bien qu'il existe une variété d'applications d'outillage imprimé, l'une des applications les plus utiles dans la réponse COVID-19 a été la création d'inserts imprimés en 3D pour l'outillage de moulage par injection. Plus particulièrement, cela se fait dans des contextes commerciaux avec des imprimantes 3D à fusion sur lit de poudre. De tels systèmes sont capables d'imprimer des inserts métalliques très complexes qui peuvent être utilisés dans des moules d'injection. Ils sont conçus avec des canaux de refroidissement conformes intégrés, qui permettent l'écoulement d'un liquide de refroidissement - généralement de l'eau - pour refroidir le métal chaud en comprimant activement les pièces moulées. Historiquement, ceux-ci ont été percés en lignes droites. Mais avec des outils imprimés, les canaux peuvent se tordre et tourner d'une manière que les canaux traditionnels ne peuvent pas. En conséquence, les moules à injection utilisant ces inserts refroidissent plus rapidement, ce qui permet d'obtenir des temps de cycle plus rapides et une production de pièces plus élevée.

COVID-19 a braqué les projecteurs sur l'impression 3D. Capable d'itérer rapidement sur de nouvelles conceptions et pièces de fabrication pour remédier à la pénurie d'EPI, la technique s'est avérée être un élément précieux et très flexible des efforts de réponse précoce. Au fur et à mesure que les conceptions préférées étaient approuvées et verrouillées, l'impression 3D a progressivement évolué pour prendre en charge des processus de fabrication plus traditionnels avec des outils imprimés. À l'époque comme aujourd'hui, il a joué un rôle précieux dans la fabrication d'EPI et la réponse au COVID-19.

Cullen Hilkene est fondateur et PDG de 3Diligent.