Des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point un nouveau imprimante 3D futuriste si grande et si rapide qu'elle peut imprimer un objet de la taille d'un humain adulte en quelques heures seulement.

Appelé HARP (impression rapide à grande surface), la nouvelle technologie permet un débit record qui peut fabriquer des produits à la demande. Au cours des 30 dernières années, la plupart des efforts dans l'impression 3D ont visé à repousser les limites des technologies héritées. Souvent, la poursuite de pièces plus grandes s'est faite au détriment de la vitesse, débit et résolution. Avec la technologie HARP, ce compromis est inutile, lui permettant de rivaliser à la fois avec la résolution et le débit des techniques de fabrication traditionnelles.

Le prototype de la technologie HARP mesure 13 pieds de haut avec un lit d'impression de 6,25 pieds carrés et peut imprimer environ un demi-mètre en une heure, un débit record pour le domaine de l'impression 3D. Cela signifie qu'il peut imprimer un seul, grandes pièces ou plusieurs petites pièces différentes à la fois.

"L'impression 3D est conceptuellement puissante mais a été limitée pratiquement, " a déclaré Chad A. Mirkin de Northwestern, qui a dirigé le développement du produit. "Si nous pouvions imprimer rapidement sans limitations sur les matériaux et la taille, nous pourrions révolutionner la fabrication. HARP est prêt à le faire."

Mirkin prédit que HARP sera disponible commercialement dans les 18 prochains mois.

Le travail sera publié le 18 octobre dans la revue Science . Mirkin est professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et directeur de l'Institut international de nanotechnologie. David Walker et James Hedrick, les deux chercheurs du laboratoire de Mirkin, co-auteur de l'article.

Garder au frais

HARP utilise un nouveau, version en instance de brevet de la stéréolithographie, un type d'impression 3D qui convertit le plastique liquide en objets solides. HARP imprime verticalement et utilise la lumière ultraviolette projetée pour durcir les résines liquides en plastique durci. Ce processus peut imprimer des pièces dures, élastique ou même en céramique. Ces pièces imprimées en continu sont mécaniquement robustes par opposition aux structures laminées communes aux autres technologies d'impression 3D. Ils peuvent être utilisés comme pièces pour voitures, avions, dentisterie, orthèses, mode et bien plus encore.

Un facteur limitant majeur pour les imprimantes 3D actuelles est la chaleur. Chaque imprimante 3D à base de résine génère beaucoup de chaleur lorsqu'elle fonctionne à des vitesses élevées, dépassant parfois 180 degrés Celsius. Non seulement cela conduit à des températures de surface dangereusement élevées, cela peut également provoquer la fissuration et la déformation des pièces imprimées. Plus c'est rapide, plus l'imprimante génère de chaleur. Et si c'est grand et rapide, la chaleur est incroyablement intense.

Ce problème a convaincu la plupart des entreprises d'impression 3D de rester petites. "Lorsque ces imprimantes fonctionnent à des vitesses élevées, une grande quantité de chaleur est générée par la polymérisation de la résine, " Walker a déclaré. "Ils n'ont aucun moyen de le dissiper."

'Téflon liquide'

La technologie Northwestern contourne ce problème avec un liquide antiadhésif qui se comporte comme du téflon liquide. HARP projette de la lumière à travers une fenêtre pour solidifier la résine au-dessus d'une plaque se déplaçant verticalement. Le téflon liquide s'écoule sur la fenêtre pour évacuer la chaleur, puis la fait circuler à travers une unité de refroidissement.

"Notre technologie génère de la chaleur comme les autres, " a déclaré Mirkin. "Mais nous avons une interface qui supprime la chaleur."

"L'interface est également antiadhésive, qui empêche la résine d'adhérer à l'imprimante elle-même, " Hedrick a ajouté. " Cela augmente la vitesse de l'imprimante par cent parce que les pièces n'ont pas besoin d'être clivées à plusieurs reprises du fond de la cuve d'impression. "

Au revoir, entrepôts

Les méthodes de fabrication actuelles peuvent être des processus lourds. Ils nécessitent souvent le remplissage de moules préconçus, qui sont chers, statique et occupent un espace de stockage précieux. A l'aide de moules, les fabricants impriment des pièces à l'avance - souvent en devinant combien ils pourraient en avoir besoin - et les stockent dans des entrepôts géants.

Bien que l'impression 3D soit en train de passer du prototypage à la fabrication, La taille et la vitesse des imprimantes 3D actuelles les ont limitées à une production en petits lots. HARP est la première imprimante capable de traiter de gros lots et de grandes pièces en plus des petites pièces.

« Quand vous pouvez imprimer rapidement et en grand, cela peut vraiment changer notre façon de penser la fabrication, " dit Mirkin. " Avec HARP, vous pouvez construire tout ce que vous voulez sans moules et sans entrepôt plein de pièces. Vous pouvez imprimer tout ce que vous pouvez imaginer à la demande."

Le plus grand de sa catégorie

Alors que d'autres technologies d'impression ont ralenti ou réduit leur résolution pour aller plus loin, HARP ne fait pas de telles concessions.

« De toute évidence, il existe de nombreux types d'imprimantes 3D – vous voyez des imprimantes qui fabriquent des bâtiments, ponts et carrosseries, et inversement vous voyez des imprimantes qui peuvent faire des petites pièces à très hautes résolutions, " a déclaré Walker. " Nous sommes ravis car il s'agit de l'imprimante la plus grande et la plus performante de sa catégorie. "

Les imprimantes à l'échelle de HARP produisent souvent des pièces qui doivent être poncées ou usinées jusqu'à leur géométrie finale. Cela ajoute un coût de main-d'œuvre important au processus de production. HARP fait partie d'une classe d'imprimantes 3D qui utilise des motifs lumineux haute résolution pour obtenir des pièces prêtes à l'emploi sans post-traitement poussé. Le résultat est une voie commercialement viable vers la fabrication de biens de consommation.