ORNL combine plusieurs extrudeuses pour accroître la productivité de l’impression 3D grand format

Des chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont mis au point un système d’extrusion qui combine plusieurs extrudeuses d’impression 3D en un seul flux à haut débit grâce à des buses spécialement conçues.

Conçu pour résoudre le compromis de longue date entre vitesse et précision dans la FA grand format, le système atteint le débit d’extrudeuses de plus grande taille tout en conservant la flexibilité et la précision associées aux plus petites. Il permet également d’imprimer simultanément plusieurs matériaux au sein d’un même cordon.

Les extrudeuses grand format utilisées en FA sont lourdes et nécessitent des portiques ou des robots robustes et coûteux pour fonctionner. Leur précision peut diminuer à faible débit, entraînant un écoulement irrégulier qui complique l’impression aussi bien de petits composants que de grandes pièces à géométrie effilée. Les vitesses d’impression doivent également souvent être réduites afin d’éviter les déformations et les défaillances liées à la chaleur.

Le système de l’ORNL permet aux opérateurs d’activer ou de désactiver de petites extrudeuses sans perte de qualité et d’imprimer plusieurs matériaux au cours d’un même passage, sans avoir à changer d’équipement.

« En permettant à des extrudeuses de plus petite taille d’atteindre le débit de systèmes plus grands sans le poids supplémentaire, tout en réalisant une extrusion multimatériau sans précédent au sein d’un même cordon, ce système pourrait redéfinir la FA par extrusion », a déclaré Halil Tekinalp, chercheur principal du projet à l’ORNL.

« Ces avancées contribueront à renforcer la compétitivité du secteur manufacturier américain et à élargir l’accès aux technologies de production de pointe. »

Fonctionnement

Le système repose sur des blocs de buses en bronze d’aluminium, faisant l’objet d’une demande de brevet, un matériau choisi pour sa résistance et sa conductivité thermique. À l’intérieur de chaque bloc, les flux de polymère fondu provenant de deux extrudeuses parallèles fusionnent pour n’en former qu’un seul, ce qui permet de doubler de manière constante le débit par rapport à une extrudeuse unique. Selon les chercheurs, l’ajout de flux supplémentaires pourrait permettre de tripler ou de quadrupler ce débit.

Une autre buse de type cœur-gaine produit des cordons dans lesquels un matériau en enveloppe un autre. Cette configuration permet de combiner avec précision des matériaux présentant des propriétés mécaniques différentes au sein d’un même cordon, plutôt que de les imprimer sous forme de pièces distinctes.

Applications possibles

Selon les chercheurs, la précision de l’impression multimatériau permet de fabriquer des pièces réunissant différentes propriétés au sein d’un même composant. Dans l’aérospatiale, les applications pourraient notamment comprendre des panneaux résistants aux chocs ou absorbant les ondes radar. Dans le secteur de l’énergie, elles pourraient inclure des boîtiers résistants aux flammes ainsi que des structures modulaires légères pour les supports de batteries ou les systèmes thermiques.

Dans le secteur de la défense, les applications potentielles vont des abris légers aux panneaux de protection, tandis que les applications civiles comprennent notamment les tabliers de pont renforcés, les pare-chocs automobiles et les coques de bateaux.