Les objets réalisés avec l'impression 3D peuvent être plus légers, plus forte, et plus complexes que celles produites par des méthodes de fabrication traditionnelles. Mais plusieurs défis techniques doivent être surmontés avant que l'impression 3D ne transforme la production de la plupart des appareils.

Les imprimantes disponibles dans le commerce n'offrent généralement qu'une vitesse élevée, haute précision, ou des matériaux de haute qualité. Ils proposent rarement les trois, limitant leur utilité comme outil de fabrication. Aujourd'hui, L'impression 3D est principalement utilisée pour le prototypage et la production à faible volume de pièces spécialisées.

Maintenant Inkbit, une startup du MIT, s'efforce d'apporter tous les avantages de l'impression 3D à une multitude de produits qui n'ont jamais été imprimés auparavant, et son objectif est de le faire à des volumes qui perturberaient radicalement les processus de production dans diverses industries.

L'entreprise y parvient en associant son imprimante 3D à jet d'encre multimatériaux à des systèmes de vision industrielle et d'apprentissage automatique. Le système de vision scanne de manière exhaustive chaque couche de l'objet au fur et à mesure de son impression pour corriger les erreurs en temps réel, tandis que le système d'apprentissage automatique utilise ces informations pour prédire le comportement de déformation des matériaux et fabriquer des produits finaux plus précis.

"L'entreprise est née de l'idée de doter une imprimante 3D d'yeux et de cerveaux, " déclare le co-fondateur et PDG d'Inkbit, Davide Marini Ph.D. '03.

Cette idée ouvre une gamme d'applications pour la machine d'Inkbit. L'entreprise affirme qu'elle peut imprimer des matériaux plus flexibles avec beaucoup plus de précision que les autres imprimantes. Si un objet, y compris une puce informatique ou un autre composant électronique, est placé sur la zone d'impression, la machine peut imprimer avec précision les matériaux qui l'entourent. Et quand un objet est terminé, la machine conserve une réplique numérique qui peut être utilisée pour l'assurance qualité.

Inkbit est encore une entreprise en phase de démarrage. Elle dispose actuellement d'une imprimante opérationnelle de qualité de production. Mais il commencera à vendre des produits imprimés plus tard cette année, à commencer par un pilote avec Johnson et Johnson, avant de vendre ses imprimantes l'année prochaine. Si Inkbit peut tirer parti de l'intérêt actuel des entreprises qui vendent des dispositifs médicaux, les produits de consommation, et composants automobiles, ses machines joueront un rôle de production de premier plan dans une multitude de marchés de plusieurs milliards de dollars au cours des prochaines années, des aligneurs dentaires aux outils industriels et aux masques d'apnée du sommeil.

"Tout le monde sait que les avantages de l'impression 3D sont énormes, " dit Marini. " Mais la plupart des gens rencontrent des problèmes pour l'adopter. La technologie n'est tout simplement pas encore là. Notre machine est la première à pouvoir apprendre les propriétés d'un matériau et prédire son comportement. Je crois que ce sera transformateur, car il permettra à chacun de passer très rapidement d'une idée à un produit utilisable. Cela ouvre des opportunités d'affaires pour tout le monde."

Une imprimante avec du potentiel

Certains des matériaux les plus difficiles à imprimer aujourd'hui sont également les plus couramment utilisés dans les processus de fabrication actuels. Cela inclut les matériaux caoutchouteux tels que le silicone, et des matériaux à haute température tels que l'époxy, qui sont souvent utilisés pour isoler l'électronique et dans une variété de consommateurs, santé, et produits industriels.

Ces matériaux sont généralement difficiles à imprimer, conduisant à une distribution inégale et à des échecs de processus d'impression comme le colmatage. Ils ont également tendance à rétrécir ou à s'arrondir sur les bords avec le temps. Co-fondateurs d'Inkbit Wojciech Matusik, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, et Kiril Vidimče SM '14 travaillent sur ces problèmes depuis des années dans le groupe de fabrications informatiques de Matusik au sein du laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL).

En 2015, les cofondateurs faisaient partie d'un groupe de chercheurs qui ont créé un imprimante 3D précise qui pourrait imprimer un record de 10 matériaux à la fois en tirant parti de la vision industrielle. L'exploit a attiré l'attention de nombreuses grandes entreprises intéressées par la transition de la production vers l'impression 3D, et l'année suivante, les quatre ingénieurs ont reçu le soutien du Centre de Deshpande pour commercialiser leur idée de joindre la vision industrielle à l'impression 3D.

Au MIT, Le groupe de recherche de Matusik a utilisé un simple scanner 3D pour suivre les progrès de sa machine. Pour la première imprimante d'Inkbit, les fondateurs voulaient améliorer considérablement "les yeux" de leur machine. Ils ont décidé d'utiliser un scanner de tomographie par cohérence optique (OCT), qui utilise de longues longueurs d'onde de lumière pour voir à travers la surface des matériaux et numériser des couches de matériaux à une résolution égale à la fraction de la largeur d'un cheveu humain.

Parce que les scanners OCT ne sont traditionnellement utilisés que par les ophtalmologistes pour examiner sous la surface des yeux des patients, les seuls disponibles étaient beaucoup trop lents pour numériser chaque couche d'une pièce imprimée en 3D. " comme le décrit Marini, et a construit un scanner OCT personnalisé qui, selon lui, est 100 fois plus rapide que n'importe quoi d'autre sur le marché aujourd'hui.

Lorsqu'un calque est imprimé et numérisé, les systèmes de vision artificielle et d'apprentissage automatique de la société corrigent automatiquement toutes les erreurs en temps réel et compensent de manière proactive le comportement de déformation et de retrait d'un matériau inconstant. Ces processus élargissent encore la gamme de matériaux avec lesquels l'entreprise est capable d'imprimer en supprimant les rouleaux et les grattoirs utilisés par d'autres imprimantes pour assurer la précision, qui ont tendance à se coincer lorsqu'ils sont utilisés avec des matériaux difficiles à imprimer.

Le système est conçu pour permettre aux utilisateurs de prototyper et de fabriquer de nouveaux objets sur la même machine. L'imprimante industrielle actuelle d'Inkbit possède 16 têtes d'impression pour créer des pièces multimatériaux et un bloc d'impression assez grand pour produire des centaines de milliers de produits de la taille d'un poing chaque année (ou un plus petit nombre de produits plus gros). La conception à jet d'encre sans contact de la machine signifie qu'augmenter la taille des itérations ultérieures sera aussi simple que d'agrandir le bloc d'impression.

"Avant, les gens pouvaient faire des prototypes avec des imprimantes multimatériaux, mais ils ne pouvaient pas vraiment fabriquer les pièces finales, " Matusik dit, notant que le post-traitement des pièces d'Inkbit peut être entièrement automatisé. "C'est quelque chose qui n'est pas possible avec d'autres méthodes de fabrication."

Les nouvelles capacités de la machine d'Inkbit signifient que certains des matériaux avec lesquels les fondeurs souhaitent imprimer ne sont pas disponibles, la société a donc créé certaines de ses propres chimies pour pousser les performances de leurs produits à la limite. Un système propriétaire permettant de mélanger deux matériaux juste avant l'impression sera disponible sur les imprimantes livrées par Inkbit l'année prochaine. Le système de mélange chimique en deux parties permettra à l'entreprise d'imprimer une plus large gamme de matériaux de qualité technique.

Johnson et Johnson, un partenaire stratégique d'Inkbit, est en train d'acquérir l'une des premières imprimantes. Le MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) a également contribué à exposer Inkbit à des sociétés de premier plan telles qu'Amgen, Asics, Systèmes BAE, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, et d'autres.

Aujourd'hui, les fondateurs passent une grande partie de leur temps à former des équipes de conception de produits qui n'avaient jamais été en mesure d'imprimer leurs produits en 3D auparavant, et encore moins d'incorporer des composants électroniques dans des pièces imprimées en 3D.

Il faudra peut-être un certain temps avant que les concepteurs et les inventeurs profitent pleinement des possibilités ouvertes par l'intégration, impression 3D multimatériaux. Mais pour l'instant, Inkbit travaille pour s'assurer que, quand ce futur viendra, les personnes les plus imaginatives auront une machine avec laquelle travailler.

"Certaines de ces choses sont si en avance sur leur temps, " dit Matusik. " Je pense que ce sera vraiment fascinant de voir comment les gens vont l'utiliser pour les produits finaux. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.