Introduction :Pour le prototypage et la production en faible volume (environ 10 à 1 000 pièces) de petits objets, les moules d'injection imprimés en 3D constituent une solution économique qui permet de gagner du temps. Ils offrent également des méthodes de fabrication plus souples, permettant aux ingénieurs et aux concepteurs de tester la conception des moules et d'y apporter facilement des modifications. Cet article se penche sur le processus d'utilisation d'une imprimante 3D pour le moulage par injection de petits objets.

Comprendre l'impression 3D

Qu'est-ce que l'impression 3D ?

Impression 3D est une forme de prototypage rapide. Elle consiste à décomposer un modèle numérique tridimensionnel créé par un ordinateur en couches de tranches planes. Ces couches sont ensuite imprimées à l'aide de matériaux en poudre, liquides ou filamenteux tels que les plastiques, les métaux, les céramiques ou le sable. La technologie consiste à empiler ces matériaux composites couche par couche sur la base de modèles de tranches, ce qui permet de créer un objet complet.

Le plastique fondu est ensuite comprimé et déplacé vers l'avant sous la pression du piston ou de la vis, avant d'être injecté à grande vitesse dans un moule fermé par la buse située à l'extrémité avant du cylindre. Une fois que le plastique a refroidi et pris forme au cours d'une période spécifique, le moule est ouvert pour révéler le produit final.

Configurer l'imprimante 3D

Imprimante FDM3D

Les imprimantes FDM (Fused Deposition Modeling) représentent le type d'imprimantes 3D le plus répandu sur le marché actuel. Près de 60% des fabricants d'imprimantes 3D proposent principalement des modèles FDM. Les imprimantes FDM permettent un prototypage rapide grâce au dépôt de matériaux fusionnés, les principaux matériaux étant l'ABS et le PLA. L'un de leurs principaux avantages est leur rentabilité.

Cependant, les imprimantes FDM présentent des inconvénients tels qu'une précision moindre, des vitesses d'impression plus lentes et des finitions de surface rugueuses sur les produits imprimés. Bien qu'elle ait connu des fluctuations ces dernières années, la technologie d'impression 3D basée sur la technologie FDM a dépassé la phase de croissance initiale.

Les imprimantes 3D de bureau se sont éloignées du matériel open-source et de la rudesse personnelle pour adopter des avancées significatives en matière de capacités commerciales et intelligentes. En outre, les équipements de qualité professionnelle mettent désormais l'accent sur la conception centrée sur l'homme et la convivialité, s'alignant ainsi plus étroitement sur les scénarios d'application pratique.

Imprimante SLA3D

Par rapport aux imprimantes FDM, les imprimantes 3D SLA offrent une précision d'impression supérieure, ce qui permet d'obtenir des modèles aux contours plus fins. Cependant, les coûts élevés du matériel se traduisent par un prix global élevé pour la machine. En outre, la complexité du logiciel de découpage et des procédures d'exploitation représente un défi pour de nombreux utilisateurs. Ces facteurs limitent à la fois l'offre et la demande.

La tendance actuelle au développement favorise les imprimantes 3D de bureau à photopolymérisation, sous l'impulsion des équipements d'impression 3D de bureau FDM. Toutefois, des problèmes tels que la lenteur des vitesses d'impression, les volumes d'impression limités et la manipulation complexe des matériaux en résine photosensible liquide ont conduit à un rejet généralisé de cette technologie.

Imprimante SLS3D

Les imprimantes 3D SLS sont principalement utilisées dans la production industrielle et militaire. Les progrès de la technologie d'impression 3D SLS sont constamment stimulés par la demande de matériaux divers pour la création de pièces fonctionnelles. Le principal matériau utilisé dans ces imprimantes 3D est la poudre, qui est consolidée par frittage sélectif par laser.

Imprimante DLP3D

La technologie d'impression 3D DLP est plus rapide que la technologie SLA comparable, car chaque couche est durcie sous forme de feuille. La technologie DLP utilise principalement la projection DLP pour concentrer toute la surface du laser sur la surface de l'objet à imprimer. Impression 3D matériel.

Les imprimantes 3D DLP ont de bonnes performances en matière d'impression haute définition. Elles sont généralement dotées d'un petit écran tactile couleur, équipé de plusieurs langues, d'une interface d'affichage claire et d'un câble USB, d'une connexion Wi-Fi, d'une connexion à un réseau câblé, etc. Elles sont faciles à gérer.

Concevoir des moules pour des objets minuscules

En quoi consiste principalement le processus de conception des moules ?

a. Accepter la lettre de mission.

b. Analyser les dessins : Analyser les exigences techniques du produit, les principales dimensions de contrôle et les exigences en matière de tolérance.

c. Confirmer au préalable le plan du moule : Confirmer la structure du moule, les spécifications du moule et le nombre de cavités.

d. Effectuer une analyse du coût des moules et fournir un devis.

e. Déterminer la structure principale du moule.

f. Créez le diagramme du moule.

g. Examiner, délivrer et archiver les dessins des moules.

h. Élaborer des procédures de traitement des moules.

i. Préparer des documents de processus (dessins de processus, cartes de processus) pour chaque étape.

j. Examiner, publier et archiver les documents relatifs aux processus.

Sélection des matériaux pour le moulage par injection à l'aide d'une imprimante 3D

Le matériau d'impression 3D SLA en résine photosensible de prototypage rapide durcissant à la lumière et de couleur blanc laiteux présente une texture agréable et une résistance adéquate, bien qu'elle soit relativement faible. Les pièces petites et fines peuvent être sujettes à des fractures fragiles, mais elles sont faciles à polir, conviennent à la galvanoplastie et offrent de nombreuses options de peinture et de coloration.

La résine photosensible comprend deux composants clés : un photo-initiateur et une résine (composée d'un prépolymère, d'un diluant et d'une petite quantité d'additifs). Le dosage du photo-initiateur et du diluant influence considérablement la vitesse de durcissement et la qualité de la résine. Des proportions optimales de photo-initiateur et de diluant permettent non seulement d'augmenter la vitesse de durcissement, mais aussi d'améliorer la qualité du durcissement. Il est donc primordial de choisir un fabricant réputé spécialisé dans les matériaux d'impression 3D à base de résine photosensible mature et stable.

En ce qui concerne les performances des matériaux d'impression 3D à base de résine photosensible, il existe des options importées qui se targuent d'une grande solidité, d'une grande transparence, d'une résistance aux températures élevées, ainsi que de propriétés d'humidité et d'imperméabilité.

En outre, les matériaux d'impression 3D en céramique composite tels que l'alumine (AI2O3), la zircone (ZRO2), l'hydroxyapatite (HAP) et le phosphate tricalcique offrent un éclat semblable à celui de la porcelaine. Ces matériaux, composés de poudre céramique à haute résolution et de résine photosensible, offrent d'autres choix aux amateurs d'impression 3D.

FDM Modélisation par dépôt fusionné Thermoplastique Matériaux d'impression 3D

En comparaison, les marques de la couche d'impression de surface sont relativement plus visibles et rugueuses. Néanmoins, les propriétés du matériau, telles que sa solidité, sa flexibilité, sa grande résistance aux chocs, sa forte résistance aux solvants et sa durabilité stable, le rendent parfait pour des essais fonctionnels précis, des moules et des produits finaux. Les matériaux d'impression 3D utilisés dans cette technologie comprennent des matériaux de qualité industrielle et des consommables pour les imprimantes 3D de bureau.

SLS Poudre de frittage sélectif par laser Matériaux d'impression 3D

Série PA Nylon Impression 3D Matériaux : résistance à l'usure, résistance et rigidité élevées, bonne résistance chimique, excellent comportement stable à long terme, haute sélectivité et résolution des détails, biocompatibilité, conforme à la norme EN ISO 10993-1 et à l'USP, conforme à la directive européenne sur les plastiques approuvée pour une utilisation en contact avec les aliments. Les applications typiques de ce matériau sont des pièces en plastique entièrement fonctionnelles de la plus haute qualité. Cependant, la surface est relativement rugueuse.

Yansir propose le matériau en fibre de verre nylon PA3200GF pour les moules d'emboutissage ou toute autre application exigeant une rigidité spécifique, une température de déflexion thermique élevée et une faible usure. En outre, nous fournissons des matériaux en nylon chargés d'aluminium couramment utilisés dans les pièces à l'aspect métallique et soumises à une charge thermique. Pour le frittage laser LS au niveau du bureau, nous proposons également la poudre de nylon PA12 comme alternative.

DLP Projection d'images numériques Matériaux d'impression 3D

Grâce au contrôle indépendant des pixels, la stratification par projection de masques permet d'obtenir une méthode de traitement tridimensionnelle à la fois de haute qualité et très précise. La précision de l'impression est exceptionnelle et permet d'obtenir une surface délicate qui ne nécessite pas de polissage.

Toutefois, il est important d'enlever, de réparer et de polir les points d'appui locaux si nécessaire. Divers matériaux physiques peuvent être sélectionnés dans différents secteurs, une application courante étant l'impression 3D de poupées d'animation en cire rouge.

De nombreuses imprimantes DLP de bureau sont actuellement disponibles, offrant la flexibilité de mélanger les matériaux d'impression 3D en couleur comme on le souhaite. Néanmoins, la précision d'impression de ces appareils reste inférieure à celle des imprimantes industrielles.

Guide de l'impression 3D étape par étape

Les concepteurs utilisent des logiciels de modélisation informatique pour créer des modèles numériques tridimensionnels de produits, qui sont ensuite automatiquement analysés pour le processus d'impression sur la base du modèle. Une fois l'analyse terminée, il suffit à l'utilisateur d'appuyer sur le bouton "imprimer" pour que l'imprimante 3D produise l'objet. Si le principe de l'impression 3D est similaire à celui de l'impression traditionnelle, les matières premières utilisées sont différentes.

L'impression traditionnelle utilise de l'encre, tandis que l'impression 3D nécessite des matériaux tels que des plastiques, des métaux, etc. qui peuvent être liquéfiés, en poudre ou sous forme de filaments. Des matériaux tels que la céramique ou le sable peuvent également être utilisés dans les processus d'impression 3D, ce qui permet de recombiner ces matériaux après l'impression pour qu'ils possèdent des propriétés physiques et chimiques optimales.

Conception en 3D

Le processus de conception de l'impression 3D commence par l'utilisation d'un logiciel de modélisation informatique pour créer un modèle, puis par la division du modèle en sections segmentées couche par couche, ou tranches, qui servent de guide à l'imprimante pendant le processus d'impression. Les logiciels de conception 3D constituent la principale source de données pour l'impression 3D, car ils génèrent les modèles nécessaires au processus d'impression.

Les logiciels de conception 3D domestiques les plus courants sont CAD, ZW3D et CAx, entre autres. Bien qu'il existe de nombreux logiciels spécialisés pour l'impression 3D, le développement de solutions plus conviviales, plus simples et plus pratiques spécialement conçues pour l'impression 3D se poursuit.

Slicin

L'impression 3D, comme la technologie de moulage au laser, utilise le traitement par couches et le moulage superposé pour compléter l'impression 3D solide. Le processus d'impression de chaque couche est divisé en deux étapes. Tout d'abord, l'imprimante lit les informations relatives à la section transversale dans le fichier et applique une couche de colle spéciale sur la zone désignée. Les gouttelettes de colle sont minuscules et difficiles à étaler.

Ensuite, une couche uniforme de poudre est pulvérisée. Au contact de la colle, la poudre se solidifie rapidement et adhère, laissant les zones non collées libres. En alternant une couche de colle et une couche de poudre, le modèle physique est "imprimé". Après l'impression, la poudre détachée peut être éliminée sans effort par balayage, et la poudre restante est recyclable.

Impression complète

La résolution des imprimantes 3D est généralement adéquate pour la plupart des applications, bien qu'elle puisse être moins précise sur les surfaces courbes, ce qui se traduit par des bords irréguliers sur l'image finale. Pour obtenir une meilleure résolution, une stratégie consiste à imprimer d'abord des objets légèrement plus grands à l'aide d'imprimantes 3D existantes. En polissant légèrement la surface, il est possible d'obtenir un objet "haute résolution" avec une finition lisse.

Dépannage des problèmes courants

Il y a un trou dans la couche supérieure

Pour économiser les matériaux, la plupart des tirages présentent des bords solides enfermés dans une structure de grille creuse. Par exemple, avec un taux de remplissage de 30%, seuls 30% de l'impression sont constitués d'un matériau solide, le reste étant de l'air. Bien que l'intérieur soit creux, l'objectif est de maintenir l'illusion d'un extérieur solide. C'est pourquoi les logiciels de découpe proposent un paramètre permettant de déterminer l'épaisseur des couches supérieure et inférieure. Plusieurs causes potentielles sont à l'origine de ce problème, ainsi que les solutions correspondantes :

a. Problème : Épaisseur insuffisante de la couche supérieure (nombre insuffisant de couches).

Solution : Augmenter l'épaisseur de la couche supérieure (ou augmenter le nombre de couches) dans le logiciel de découpage.

b. Problème : Faible taux de remplissage.

Solution : Amplifier le taux de remplissage via le logiciel de découpage.

c. Problème : Volume d'extrusion insuffisant.

Solution : Augmenter le volume d'extrusion à l'aide du logiciel de tranchage

Séparation des couches et problèmes d'incision

Le principe fondamental des imprimantes 3D FDM consiste à fabriquer des objets en imprimant une couche à la fois et en les empilant séquentiellement pour créer l'objet final. La solidité de l'objet produit dépend fortement de l'adhérence entre chaque couche. Une adhérence insuffisante peut entraîner une séparation des couches et des imperfections.

Voici quelques causes potentielles de ce problème ainsi que des suggestions de solutions :

Cause : Hauteur excessive de la couche (épaisseur de la couche)

Solution : Les buses que l'on trouve généralement sur la plupart des imprimantes 3D ont un diamètre compris entre 0,3 et 0,5 mm. Il est recommandé de régler la hauteur de la couche à moins de 20% du diamètre de la buse. En respectant cette consigne, chaque nouvelle couche est appliquée sur la précédente avec une légère pression, ce qui facilite une fusion solide entre les couches.

Cause du problème : La température d'impression est trop basse.

Proposition de solution : Par rapport à une température d'impression plus basse, une température d'impression plus élevée peut assurer une meilleure adhérence des consommables. Si vous êtes sûr que la hauteur de la couche ne pose pas de problème, envisagez d'ajuster la température d'impression. Je vous recommande de l'augmenter de 10 degrés et d'observer l'effet d'impression jusqu'à ce que vous atteigniez la température optimale.

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Problème de morsure de fil

Le mordançage du filament se produit lorsque la roue d'écrasement du filament dans l'extrudeuse serre le filament mais ne parvient pas à le faire avancer. Ce problème se manifeste par l'immobilisation du filament alors que la roue de compression continue de tourner, ce qui entraîne l'accumulation de débris plastiques près de l'extrudeuse. Voici les causes potentielles de ce problème ainsi que les solutions recommandées :

Cause du problème : La température d'impression est trop basse.

Solutions proposées : Essayez d'augmenter la température d'impression de 5 à 10 degrés.

Cause du problème : La vitesse d'impression est trop rapide.

Solution : Si la situation ne s'améliore pas après avoir augmenté la température d'impression, réduisez la vitesse d'impression de 50%.

c.Cause du problème : La buse est bouchée. Propositions de solutions : Si les deux solutions précédentes ne permettent pas de résoudre le problème, il est fort probable que la buse soit bouchée.

Conseils pour renforcer les petits objets moulés par les imprimantes 3D

Réduire le refroidissement

Le refroidissement joue un rôle crucial dans la Impression 3D car il a un impact direct sur l'adhérence des couches une fois qu'elles ont durci. Un refroidissement rapide peut nuire à l'adhérence, les couches successives ayant du mal à se lier correctement. Il est important de noter que l'efficacité du refroidissement dépend du type de matériau utilisé. Par exemple, le PLA donne des résultats optimaux lorsqu'il est associé à un ventilateur de refroidissement robuste. Il est donc conseillé d'ajuster la vitesse de refroidissement en fonction du matériau utilisé.

Utiliser des modes de remplissage puissants

Pour améliorer encore vos résultats d'impression 3D, pensez à sélectionner le motif de remplissage approprié. Les motifs de remplissage complètent la densité de remplissage en servant de structure de support interne pour vos impressions 3D. Ces motifs améliorent non seulement la rigidité de la pièce, mais contribuent également à prévenir les déformations des parois. Pour obtenir une impression 3D solide, optez pour un motif de remplissage dense compris entre 30 et 50%.

Études de cas et exemples

Les progrès récents de la technologie d'impression 3D ont révolutionné l'industrie audio, permettant aux fabricants d'utiliser l'impression numérique pour produire des dispositifs auditifs personnalisés pour l'audiologie, la protection contre le bruit et les produits auditifs grand public à un coût remarquablement bas. Au fil des ans, les fabricants de matériel d'impression 3D ont dévoilé des matériaux biocompatibles qui ne présentent aucun danger pour la peau, ce qui permet aux utilisateurs de produire en interne des modèles d'oreilles et des bouchons d'oreille.

Les écouteurs sur mesure offrent une expérience d'écoute distinctive et personnalisée, grâce à des conceptions qui s'adaptent parfaitement aux oreilles de l'utilisateur. Cette adaptation personnalisée garantit que les écouteurs restent bien en place, évitant ainsi tout risque de glissement. En outre, il améliore le confort et l'isolation sonore pour une expérience audio inégalée.

Grâce à l'intégration de la technologie d'impression, de la numérisation mobile et de l'apprentissage automatique, les obstacles associés à la fabrication personnalisée peuvent être résolus efficacement. Cette avancée permet aux clients de produire sans effort une itération personnalisée du casque, réduisant considérablement le temps de production de quatre à deux jours. En outre, elle ouvre la voie à des services de livraison accélérée le jour même, révolutionnant ainsi l'expérience client.

La technologie de l'impression 3D ayant rapidement progressé ces dernières années, une multitude de cas d'utilisation à fort impact ont commencé à faire surface, les organes imprimés en 3D en étant un exemple notable.

La possibilité de fabriquer facilement de nouveaux organes est depuis longtemps un objectif convoité par les scientifiques spécialisés dans la médecine régénérative. Bien qu'elle n'en soit qu'à ses débuts, l'utilisation de flux de travail en 3D pour générer des organoïdes adaptés à la transplantation donne déjà des résultats prometteurs.

Sam Pashneh-Tala, de l'université de Sheffield, est à la tête de cette recherche pionnière. Dans le cadre de ses recherches, le Dr Pashneh-Tala utilise la technologie d'impression 3D par stéréolithographie (SLA) à l'échelle du bureau pour fabriquer des vaisseaux sanguins issus de l'ingénierie tissulaire et présentant diverses géométries.

Cette avancée pourrait ouvrir la voie au développement de greffons vasculaires spécifiques aux patients, à l'amélioration des procédures chirurgicales et à la mise à disposition d'une plateforme d'essai unique pour de nouveaux dispositifs médicaux vasculaires afin de lutter efficacement contre les maladies cardiovasculaires - la pathologie qui affiche actuellement le taux de mortalité le plus élevé au monde.

Le paysage de la fabrication a été considérablement influencé par les progrès de l'impression 3D, dépassant les possibilités théoriques. En tant que Impression 3D Les méthodologies ont progressé rapidement ces dernières années, pénétrant divers secteurs, les capacités de transformation de cette technologie sont devenues évidentes.

Des domaines de la science et de la santé à ceux des produits de consommation, de la construction et de la fabrication, les individus sont de plus en plus confrontés à des produits finis fabriqués grâce à l'impression 3D. La trajectoire de l'impression 3D indique un élargissement de son impact, permettant une personnalisation plus économique des pièces, la rationalisation des délais d'exécution et des coûts opérationnels, et l'amélioration des fonctionnalités en favorisant un lien plus étroit entre les consommateurs et le processus de fabrication des produits.

Conclusion

Par essence, les imprimantes 3D peuvent donner vie à des géométries complexes et à des cavités internes qu'il serait impossible de créer avec d'autres méthodes, ce qui permet d'obtenir des formes élaborées, des détails fins et des surfaces polies.

De plus, l'impression 3D permet un haut niveau d'automatisation du processus de moulage. Cette technologie offre une approche polyvalente et rentable pour la production à petite échelle. En exploitant la précision et l'adaptabilité de l'impression 3D, les fabricants peuvent rapidement tester et améliorer la conception de leurs moules, ce qui permet d'accroître la qualité des produits et de réduire les délais de mise sur le marché.

À l'avenir, les champs d'application de la technologie d'impression 3D devraient encore s'étendre, avec une gamme plus diversifiée de matériaux d'impression et des fonctionnalités améliorées dans l'équipement d'impression. Ces progrès devraient avoir un impact profond sur les méthodes de production traditionnelles et sur la vie humaine, annonçant une nouvelle ère de révolution manufacturière.