Quand ne pas utiliser l'impression 3D pour les pièces d'utilisation finale - Partie 3

Ce segment reprend là où nous nous sommes arrêtés dans cette série de vidéos en expliquant que tous les processus de fabrication ne sont pas des candidats idéaux pour être remplacés directement par l'impression 3D. Nous voulons démontrer que le processus d'impression 3D peut encore jouer un rôle important dans la mise sur le marché de ces produits.

Dans les vidéos précédentes, j'ai conçu et imprimé en 3D plusieurs itérations d'une aile arrière thermoformée pour un buggy de course 4x4 radiocommandé à l'aide de SOLIDWORKS et d'imprimantes FDM Stratasys. À la fin de la deuxième vidéo, j'ai converti la conception de l'aile en un outil de thermoformage double. Dans cette vidéo, j'imprimerai en 3D la conception de l'outil et j'utiliserai le processus traditionnel de thermoformage de feuilles de polycarbonate pour fabriquer nos pièces d'utilisation finale. Enfin, nous emmènerons quelques échantillons sur la piste de course pour voir comment ils se comportent.

Ce voyage vers les pièces d'utilisation finale commence dans la capitale de la Virginie occidentale - Charleston. La Virginie-Occidentale abrite une série étonnante de centres de technologie de fabrication avancée connus sous le nom de Robert C. Byrd Institute (RCBI). Ce centre est un client de TriMech et a été plus que généreux en m'aidant à produire les deux parties de ce projet.

Impression 3D de l'outillage

RCBI dispose de 3 sites. Chacun abrite une liste impressionnante de procédés de fabrication. Toute cette puissance est utilisée pour assurer la fabrication en sous-traitance, l'innovation et la formation de la main-d'œuvre pour les entreprises de la région. Le site de Charleston Sud dispose de capacités telles que le jet d'eau, le fraisage, le tournage, le balayage 3D et la fabrication additive (notamment FDM, PolyJet en couleur et métaux). J'essaie de rendre visite à nos amis de RCBI chaque fois que je suis dans la région pour parler boutique, mais cette fois-ci, j'avais une demande spécifique pour eux : j'avais besoin d'utiliser leur Stratasys F900.

La Stratasys (Fortus) F900 est une imprimante FDM grand format capable d'imprimer des plastiques de haute performance tels que le polycarbonate, les nylons et l'Ultem. Pour cette application d'outillage, l'ULTEM 9085 convenait parfaitement à la production de l'outil de thermoformage de ce projet.

Bien que la taille d'impression de la Fortus 900 ait pu être surdimensionnée pour cet outil relativement petit, sa capacité à produire avec précision des pièces utilisant des matériaux à très haute température la rendait idéale. Comme nous souhaitons faire passer un vide à travers notre outil, nous avons choisi d'imprimer la pièce en utilisant les paramètres standard de GrabCAD Print "Sparse - Double Dense" pour réaliser un outil présentant une certaine porosité. La capacité de l'ULTEM 9085 à résister à de fortes pressions de compression à des températures élevées serait utile à notre outil pour l'empêcher de se déformer pendant le thermoformage.

Pièce de forme imprimée en 3D

Ne pas imprimer en 3D notre pièce d'utilisation finale

En remontant la route jusqu'au site RCBI de Huntington, j'ai eu accès à un autre ensemble d'outils. On y trouve une large gamme d'outils d'usinage, dont beaucoup sont utilisés pour la formation de la main-d'œuvre, ainsi que le moulage par injection, la découpe au laser, l'impression 3D de polymères supplémentaires (notamment Stratasys FDM) et le thermoformage. C'est ce dernier point qui nous intéresse dans cette visite.

Le thermoformage, parfois appelé formage sous vide, repose sur le concept simple de chauffer une fine feuille de plastique jusqu'à ce qu'elle devienne extrêmement souple, puis d'utiliser la pression du vide pour tirer la feuille de plastique ramollie autour d'un objet afin qu'elle prenne la forme de cet objet une fois la feuille refroidie. Dans le cas présent, cet objet est l'outil Ultem 9085 que nous avons produit à Charleston (dont la forme permet de produire deux ailes RC à la fois).

Notre première tâche a été de serrer une feuille de polycarbonate de 0,030" dans le cadre coulissant de la machine pour la réchauffer. Une fois que la feuille est ramollie et commence à s'affaisser dans le cadre, celui-ci est sorti de dessous les éléments chauffants et placé au-dessus de l'outil de thermoformage Ultem. L'outil est alors simultanément poussé vers le haut dans la feuille de polycarbonate ramollie tandis qu'un système de vide se met en marche et aspire tout l'air autour de l'outil. Ce vide attire le polycarbonate autour de l'outil et capte les moindres détails.

Procédé de thermoformage

Nous avons tiré une dizaine de feuilles de polycarbonate sur l'outil. Bien que je n'aie pas apporté de thermomètre infrarouge pour surveiller la température de l'outil, celui-ci est devenu intouchable après une poignée de tirages. Comme prévu, l'outil en Ultem 9085 n'a montré aucun signe d'usure ou de déformation grâce à l'excellente performance à haute température du matériau. Pendant que tout était chaud et opérationnel, nous avons effectué deux tractions avec des feuilles d'acrylique-polychlorure de vinyle (IPK) de 3 mm avec un tissage en fausse fibre de carbone. L'IPK est un matériau extrêmement résistant, couramment utilisé dans les étuis d'armes des militaires et des forces de l'ordre. Il est intéressant de constater que, bien que ce matériau soit beaucoup plus épais que le polycarbonate, il s'insère mieux dans l'outil et conserve plus de détails dans les coins serrés.

Pièce en Kydex

Test de pièces d'utilisation finale

Une fois rentré de RCBI, je me suis mis à découper les ailes en polycarbonate et à les adapter au buggy. Comme prévu, elles s'adaptent parfaitement sans problème de dégagement (contrairement à ma première itération que vous pouvez voir dans la partie 2). Avec la nouvelle aile si jolie, je devais m'assurer que le reste de la voiture soit à la hauteur, donc j'ai peint une paire de carrosseries pour l'occasion - une dans une livrée TriMech et une pour montrer un peu d'amour à mes amis de RCBI pour toute leur aide.

Modèle achevé

Une fois tout terminé, il était temps de voir le résultat final en action. Je me suis rendu sur ma piste de RC locale, Adrenaline RC à Winchester, VA, où ils ont été assez gentils pour nous laisser faire quelques tours après les heures de travail quand nous pouvions avoir l'endroit pour nous. Au final, les ailes ont bien fonctionné et, comme prévu, ont résisté à plusieurs chutes à grande vitesse. De manière inattendue, un pilote local a utilisé l'une des ailes pour une course de club et a fini par remporter la première place avec elle le week-end suivant !

Outil et modèle de formage imprimé en 3D

Ainsi, bien que l'impression 3D soit un outil extraordinaire qui s'attaque à de plus en plus de problèmes chaque jour, nous voulions souligner qu'il existe encore de nombreuses applications pour lesquelles elle n'est pas (encore) la meilleure solution. Nous nous sommes concentrés sur un élément thermoformé sur une voiture RC comme exemple, mais il existe de nombreuses autres applications qui présentent le même scénario d'un processus de fabrication traditionnel à faible coût qui peut produire des pièces avec des caractéristiques de performance supérieures qui sont difficiles à battre. Tout n'est pas perdu, cependant, pour l'impression 3D dans ces cas. Comme nous l'avons illustré, il existe de nombreux domaines dans lesquels l'impression 3D peut encore être exploitée. Il s'agit notamment du prototypage, des aides à la fabrication et de l'outillage. Bien qu'il ne s'agisse pas de pièces d'utilisation finale, l'utilisation de l'impression 3D réduit considérablement le temps et le coût nécessaires pour obtenir des pièces d'utilisation finale.

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