Actuellement, la technologie de l'impression 3D est largement utilisée dans la fabrication automobile, l'aérospatiale et la défense, les biens de consommation, les appareils électriques et électroniques, les applications biomédicales, les bijoux culturels et créatifs, l'ingénierie de la construction et l'éducation, parmi beaucoup d'autres domaines. Selon l'autorité mondiale en matière de recherche sur l'industrie de l'impression 3D, le "Wohlers Report 2020" (qui sépare les applications aérospatiales et de défense dans son [...]
Actuellement, la technologie de l'impression 3D est largement utilisée dans la fabrication automobile, l'aérospatiale et la défense, les biens de consommation, les appareils électriques et électroniques, les applications biomédicales, les bijoux culturels et créatifs, l'ingénierie de la construction et l'éducation, parmi de nombreux autres domaines.
Selon l'autorité mondiale en matière de recherche sur l'industrie de l'impression 3D, le "Wohlers Report 2020" (qui sépare les applications aérospatiales et de défense dans ses statistiques), la fabrication automobile est le plus grand domaine d'application de la technologie de l'impression 3D, représentant 16,4% de l'utilisation. L'électronique grand public et l'aérospatiale suivent de près, avec respectivement 15,4% et 14,7%, comme le montre la figure 1-16.
L'étude indique également qu'avant 2020, l'impression 3D était principalement utilisée pour la fabrication de modèles, représentant 24,6% d'applications, principalement pour la validation de la conception et les tests fonctionnels au cours de divers processus de développement de produits, ce qui en fait le plus grand marché pour l'impression 3D depuis sa création.
Toutefois, à partir de 2020, la fabrication directe de produits finis à l'aide de la technologie d'impression 3D a augmenté pour atteindre 30,9%, comme le montre la figure 1-17, devenant ainsi la plus grande utilisation de la technologie d'impression 3D. Cela démontre une évolution significative de l'impression 3D, qui passe du prototypage rapide à la fabrication directe de produits finis.
Selon l'économiste Carlota Perez, chaque révolution industrielle axée sur la technologie dure environ 60 ans, les 30 premières années correspondant à la phase d'invention de la technologie fondamentale et les 30 dernières à la phase d'application accélérée de la technologie. Depuis la création de 3D Systems, la première entreprise à produire du matériel d'impression 3D aux États-Unis en 1986, l'année 2021 marque le début des 30 dernières années.
Par conséquent, l'application de la technologie d'impression 3D devrait s'accélérer, libérant une plus grande valeur d'application et transformant profondément les industries connexes. Cette section présente les applications typiques de la technologie d'impression 3D dans les domaines de la biomédecine, de l'aérospatiale et de la production industrielle, puis examine les limites et les risques des applications futures de l'impression 3D.
Selon les scénarios d'application, les utilisations actuelles de l'impression 3D en biomédecine comprennent principalement des modèles de planification préopératoire, des guides chirurgicaux, des implants et des outils médicaux auxiliaires. En outre, la bio-impression pour la médecine régénérative et les organes ressemblant à des tissus représente la frontière de la recherche en ingénierie biomédicale et constitue la principale orientation pour le développement et l'application futurs de l'impression 3D dans la biomédecine.
Les modèles de planification préopératoire consistent à convertir les données d'imagerie tomodensitométrique d'un patient en un modèle tridimensionnel à l'aide d'une technologie de reconstruction, puis à matérialiser le modèle à l'aide de l'impression 3D. Ces modèles permettent une visualisation tridimensionnelle de la pathologie, répondant ainsi aux défis de la compréhension et de l'évaluation des images sectionnelles bidimensionnelles.
Ils fournissent aux médecins des informations intuitives et précises sur la localisation de la maladie, la structure anatomique spatiale, la forme et le volume, ce qui facilite la formulation de plans chirurgicaux complexes, les répétitions préopératoires et l'évaluation des résultats postopératoires, améliorant ainsi considérablement la précision et la sécurité des interventions chirurgicales.
Les dernières technologies d'impression 3D permettent désormais de produire des matériaux qui combinent des textures douces et dures, facilitant ainsi les incisions chirurgicales et améliorant l'expérience tactile des chirurgiens. Cela profite également à la formation et à l'amélioration des compétences des jeunes professionnels de la santé.
Résumé des antécédents du patient : une femme de 40 ans a souffert de maux de tête persistants pendant plus de deux mois, accompagnés de troubles de la vision. L'examen a révélé la présence d'une tumeur cérébrale entourée d'artères intracrâniennes, ce qui a suggéré une intervention chirurgicale, bien qu'à haut risque.
L'hôpital a fusionné les images CT et IRM du patient, comme le montre la figure 1-18, et a effectué une reconstruction tridimensionnelle pour rétablir avec précision la situation intracrânienne du patient, y compris le crâne, les artères, les veines et la tumeur, comme le montre la figure 1-19. L'imprimante 3D WJP de Zhuhai Cenat New Technologies Co. a ensuite permis d'imprimer en 3D et en couleur le modèle crânien reconstruit, comme le montre la figure 1-20.
Grâce à ce modèle 3D, les médecins ont pu observer clairement la distribution des vaisseaux sanguins autour de la tumeur, ce qui a éclairé leurs décisions peropératoires. En identifiant les vaisseaux sanguins enveloppés par la tumeur, les chirurgiens ont pu exciser la tumeur avec précision tout en protégeant les structures vasculaires essentielles.
Après une intervention chirurgicale de 11 heures, le méningiome de la région de la selle du cerveau du patient a été retiré par segments, les artères cérébrales antérieures bilatérales, les artères moyennes et les artères carotides internes environnantes restant intactes. L'opération a été un immense succès.
Résumé de l'histoire du patient : une tumeur maligne du foie et une cirrhose ont été diagnostiquées chez une femme de 56 ans. Un foie humain normal mesure environ 1 500 cm³, mais le foie de la patiente ne mesurait que 765 cm³ et présentait de graves déficiences fonctionnelles. L'hôpital a déterminé qu'une greffe de foie était le seul traitement efficace et, après comparaison, son fils de 21 ans s'est avéré être un donneur approprié.
Il était crucial d'exciser avec précision les parties du foie du donneur et du receveur et d'anastomoser avec précision les vaisseaux sanguins et les canaux biliaires, ce qui nécessitait une grande expertise chirurgicale. L'hôpital a procédé à une reconstruction tridimensionnelle à partir des données du scanner préopératoire des foies de la patiente et de son fils, comme le montrent les figures 1-21(a) et 1-22(a), respectivement.
Les foies reconstruits ont ensuite été imprimés à l'échelle 1:1 à l'aide de l'imprimante 3D WJP de Zhuhai Cenat New Technologies Co., Ltd, comme le montrent les figures 1-21(b) et 1-22(b), ce qui a permis d'évaluer avec précision l'étendue de la lésion et la relation spatiale tridimensionnelle avec les organes et tissus adjacents, et de planifier l'approche chirurgicale et l'emplacement des incisions.
L'opération a été couronnée de succès et la vie de la mère a été prolongée grâce au foie de son fils.
Les guides chirurgicaux, conçus numériquement et fabriqués à l'aide de l'impression 3D, sont des outils essentiels pour transférer les plans préopératoires à l'exécution peropératoire. Ils permettent d'éviter les traumatismes des vaisseaux sanguins et des nerfs importants, de réduire les pertes de sang et d'améliorer la sécurité chirurgicale.
Les matériaux couramment utilisés pour l'impression de ces produits comprennent le nylon à haute teneur en polymère et les résines résilientes à haute résistance (par exemple, les guides d'ostéotomie qui doivent résister au sciage pendant l'opération), les résines transparentes suffisamment résistantes (par exemple, les guides d'implants dentaires) et les résines standard ou les matériaux PLA pour les guides qui ne nécessitent pas une résistance élevée (par exemple, les guides de ponction neurologique sacrée et les guides de ponction d'hémorragie cérébrale).
La technologie de l'impression 3D permet de produire des implants parfaitement adaptés aux besoins individuels et qui peuvent être implantés avec succès dans le corps. Ces implants peuvent être fabriqués avec des micropores de taille contrôlable, ce qui peut réduire le module d'Young de l'implant. matériau métalliqueLes implants traditionnels offrent des avantages inégalés, car ils réduisent les contraintes et favorisent l'intégration osseuse.
Le matériau couramment utilisé pour ces implants imprimés en 3D est le suivant titane comme le montrent les figures 1-23 et 1-24. Pour les implants qui ne nécessitent pas une charge et une friction excessives, tels que les dispositifs de fusion intervertébrale, les os du crâne et les petites articulations comme l'articulation mandibulaire, les chercheurs explorent l'utilisation de nouveaux matériaux comme le PEEK (figure 1-25) et l'alliage d'aluminium (figure 1-24). alliages de magnésium.
Résumé de l'histoire du patient : en 2014, un sarcome d'Ewing a été diagnostiqué chez un garçon de 12 ans, la lésion cancéreuse étant située dans la vertèbre atlas, comme le montre la figure 1-26. Le traitement international standard consiste à soutenir le vide laissé par l'atlas cancéreux excisé à l'aide d'une cage en treillis de titane, fixée par des trous dans le treillis combinés à une plaque et des vis en titane à l'avant, afin de réaliser une fusion vertébrale et de reconstruire la stabilité cervicale.
Cependant, la force d'appui et la zone de contact du treillis en titane sont limitées, et sa résistance à la rotation et aux diverses forces de flexion est faible. La présence d'un "stress shielding" entraîne souvent un affaissement des vertèbres adjacentes à la cage en treillis après l'opération, ce qui rend difficile le maintien de la hauteur intervertébrale. De plus, l'épaisseur de la plaque de titane peut entraîner des difficultés de déglutition pour le patient.
En postopératoire, le patient devra se faire insérer des broches dans la tête et l'omoplate, avec une attelle installée au-dessus et au-dessous pour immobiliser la tête. Au repos, la tête ne peut pas toucher le lit, une condition qui doit être maintenue pendant 3 à 4 mois, et parfois même jusqu'à 6 mois, ce qui cause de grandes douleurs au patient.
Le patient a été traité par le professeur Liu Zhongjun du département d'orthopédie du troisième hôpital de l'université de Pékin (PUTH) et, après deux interventions chirurgicales par les voies cervicales postérieure et antérieure, il a été équipé de la première vertèbre atlas personnalisée imprimée en 3D au monde, comme le montre la figure 1-27. Cette opération réussie a permis de surmonter les inconvénients des méthodes de traitement traditionnelles et de sauver la vie du patient.
Les outils médicaux auxiliaires traditionnels sont souvent obtenus par moulage en plâtre et moulage thermoplastique à basse température. Cependant, en raison de l'absorption d'eau et des caractéristiques de retrait du plâtre, une déformation du modèle peut se produire, affectant la précision de l'outil, et le processus de production est trop dépendant de l'expérience personnelle du technicien.
Les aides à la rééducation personnalisées et légères, fabriquées à l'aide de la technologie d'impression 3D sur la base des informations relatives à la surface du corps obtenues par balayage optique en 3D et combinées aux données de tomodensitométrie et d'IRM du patient ainsi qu'à une conception précise assistée par ordinateur, sont plus conformes aux principes de l'ergonomie. Elles peuvent répondre aux besoins individuels des patients et i
améliorer la récupération postopératoire ou les effets des orthèses de rééducation non chirurgicale, comme le montre la figure 1-28, qui présente divers types d'outils médicaux auxiliaires imprimés en 3D. Le développement futur des outils médicaux auxiliaires personnalisés imprimés en 3D comprend de nouveaux types de prothèses, d'aides à la compensation des fonctions auditives et vocales, et de nouveaux systèmes de maintien en vie des personnes handicapées, tels que les robots exosquelettes.
Les matériaux couramment utilisés pour l'impression de ces produits comprennent les matériaux en nylon à haute teneur en polymère (tels que diverses orthèses dotées d'une excellente résistance et résilience), les matériaux TPU (tels que divers types de compensateurs biomécaniques pour le pied) et les matériaux PLA ou en résine à haute résistance (tels que certains supports de fixation pour la rééducation qui ne nécessitent pas de force excessive).
Résumé des antécédents du patient : en 2018, une scoliose rachidienne a été diagnostiquée chez une patiente de 14 ans, avec un angle de Cobb de 13° sur la radiographie du rachis en pied, et elle n'a pas reçu de traitement approprié. Un suivi en janvier 2020 a montré une augmentation de l'angle de Cobb à 27°. La patiente a demandé un traitement au centre d'impression 3D du neuvième hôpital populaire de Shanghai, affilié à la faculté de médecine de l'université Jiao Tong de Shanghai.
Elle a été équipée d'une orthèse de scoliose imprimée en 3D et, six mois plus tard, la colonne vertébrale de la patiente avait été complètement corrigée. La progression de la scoliose de la patiente est illustrée à la figure 1-29.
Le centre d'impression 3D, en fonction de l'état spécifique du patient, a capturé les données de surface tridimensionnelles du corps du patient à l'aide d'un scanner corporel 3D (figure 1-30) et les a combinées avec les données radiographiques pour la conception assistée par ordinateur, créant ainsi un modèle d'orthèse de scoliose entièrement personnalisé. Ce modèle a ensuite été matérialisé en orthèse de scoliose par impression 3D, comme le montre la figure 1-31.
Grâce à sa conception entièrement personnalisée et à sa structure creuse, l'orthèse de scoliose est respirante et légère, ce qui permet au patient de la porter confortablement plus de 20 heures par jour.
Au niveau international, la recherche et l'exploration de la technologie de fabrication par impression 3D à faible coût, à cycle court et à haute performance pour les composants métalliques difficiles à usiner, volumineux et complexes de l'aérospatiale se poursuivent. Des entreprises telles que Boeing, Lockheed Martin et Northrop Grumman, ainsi que des institutions telles que le laboratoire national de Los Alamos aux États-Unis, ont investi plus de vingt ans dans la recherche et le développement.
En Chine, les équipes dirigées par l'académicien Wang Huaming de l'université Beihang et le professeur Huang Weidong de l'université polytechnique du Nord-Ouest ont également mené des décennies de R&D continue, obtenant des résultats de recherche innovants.
Par exemple, l'équipe de l'académicien Wang a été la première au monde à percer les technologies clés du processus de formage au laser, de l'équipement et de l'application de grands composants porteurs en alliage de titane pour l'aéronautique, en s'attaquant au problème du formage de "grands composants" et en produisant les composants porteurs principaux en alliage de titane les plus grands et les plus complexes de l'équipement aéronautique chinois, avec des propriétés mécaniques globales atteignant ou dépassant celles des pièces forgées.
La technologie de l'impression 3D, en tant que nouvelle technique de fabrication, présente des avantages distincts dans le domaine de l'aérospatiale, avec des bénéfices évidents en termes de services, qui se reflètent principalement dans les aspects suivants :
Pour les équipements d'armement aérospatiaux, la réduction du poids est un thème de recherche éternel, car elle permet non seulement d'accroître l'agilité des équipements en vol, mais aussi d'augmenter la capacité de la charge utile, d'économiser du carburant et de réduire les coûts de vol.
La recherche d'une légèreté et d'une fiabilité extrêmes dans les équipements aérospatiaux et militaires rend la fabrication de grandes structures intégrales complexes et de composants structurels complexes de précision particulièrement difficile, devenant ainsi l'un des goulets d'étranglement dans le développement d'équipements aérospatiaux et militaires avancés.
Par exemple, les nouveaux avions, engins spatiaux et moteurs utilisent de plus en plus des composants structurels intégrés, ce qui entraîne une augmentation continue de la taille et de la complexité des composants individuels. En outre, l'utilisation de matériaux alliés tels que les alliages de titane, les alliages à haute température et les aciers à très haute résistance, qui sont très difficiles à traiter par les méthodes traditionnelles de transformation à chaud et d'usinage mécanique, est en nette augmentation.
L'application de la technologie 3D peut optimiser les structures de composants complexes, permettant une conception légère tout en garantissant les performances, ce qui permet de réduire le poids. L'optimisation de la structure des pièces peut également conduire à une distribution plus rationnelle des contraintes, réduisant le risque de fissures de fatigue et augmentant ainsi la durée de vie.
En même temps, il est possible de contrôler la température grâce à des structures de canaux d'écoulement internes raisonnablement complexes, ce qui permet d'obtenir une combinaison optimale de la conception structurelle et de l'utilisation des matériaux.
Dans le domaine de la fabrication aérospatiale, de nombreux composants produits à l'aide de méthodes de fabrication traditionnelles présentent de faibles taux d'utilisation des matériaux, ne dépassant généralement pas 10%, et parfois seulement 2% à 5%. Le gaspillage important de matériaux signifie que les processus d'usinage mécanique sont complexes et que les cycles de production sont longs.
Pour les pièces difficiles à usiner, le cycle d'usinage peut être considérablement allongé, ce qui prolonge sensiblement le cycle de fabrication et augmente donc les coûts de fabrication. La technologie de l'impression 3D de métaux, en tant que technique proche de la forme nette, permet une utilisation élevée des matériaux et les coûts de fabrication ne sont pas affectés par la complexité interne des pièces.
Si l'on prend l'exemple de la fabrication du rotor à pales intégrées en alliage de titane pour la soufflante de l'avion JSF, la fabrication "soustractive" traditionnelle commencerait par une ébauche forgée de 1500 kg et, après un fraisage traditionnel, la pièce finale pèserait 100 kg, ce qui donnerait un taux d'utilisation des matériaux de seulement 6,67%, avec un cycle de fabrication très long, comme l'illustre la figure 1-32. Toutefois, si l'on utilise la technologie de l'impression 3D, on peut réaliser des économies de matière allant jusqu'à 80%.
L'un des avantages les plus remarquables de la technologie d'impression 3D est qu'elle permet de fabriquer directement des pièces physiques à partir des modèles 3D conçus par le personnel de R&D, sans avoir recours à l'usinage ou à des moules, ce qui raccourcit considérablement le processus de fabrication de composants structurels de grande taille et à haute performance.
Par exemple, pour la fabrication du cadre du pare-brise principal du gros avion chinois C919, comme le montre la figure 1-33, l'équipe du professeur Wang Huaming de l'université de Beihang a utilisé une technologie d'impression 3D en métal développée indépendamment. Entre la réception des données du modèle 3D de la pièce et la livraison de la pièce finie pour l'installation, il n'a fallu que 40 jours et 1,2 million de yuans.
En revanche, commander la pièce à l'étranger prendrait au moins deux ans et le coût du moule s'élèverait à 13 millions de yuans. De même, pour le longeron central de l'aile du C919, qui mesure plus de 3 mètres de long comme le montre la figure 1-34, les méthodes de fabrication traditionnelles nécessiteraient une presse à super-tonnage pour le forger, ce qui prendrait beaucoup de temps, nécessiterait beaucoup de main-d'œuvre et entraînerait un gaspillage de matières premières.
En outre, à l'époque, il n'existait pas en Chine d'équipement capable de produire des composants structurels de cette taille. Si la pièce devait être commandée à l'étranger, le délai entre la commande et l'installation prendrait plus de deux ans, ce qui entraverait gravement les progrès de la recherche et du développement de l'avion et affecterait le taux de production national de l'avion gros porteur.
L'équipe du professeur Huang Weidong de l'université polytechnique du Nord-Ouest a utilisé un équipement et une technologie d'impression 3D de métaux développés indépendamment pour fabriquer la pièce en un mois environ. Après avoir passé les tests de performance de la COMAC, la pièce a été appliquée avec succès au premier prototype du gros avion chinois C919.
Dans les années 1980 et 1990, en utilisant les méthodes de fabrication traditionnelles, il fallait au moins 10 à 20 ans pour développer une nouvelle génération d'avions de combat, comme le chasseur J-10, dont la mise au point a duré près de 10 ans. Grâce à l'application de la technologie de l'impression 3D, la Chine a introduit le chasseur J-15 basé sur un porte-avions en seulement trois ans, entrant ainsi directement dans la matrice des chasseurs de troisième génération basés sur un porte-avions.
Il ne fait aucun doute que la technologie de l'impression 3D crée une "vitesse chinoise" dans le développement de l'armée de l'air.
La réparation et la maintenance des composants endommagés des équipements aérospatiaux ont toujours été un problème important. L'utilisation de la technologie d'impression 3D LENS (Laser Engineered Net Shaping) pour la réparation des pièces introduit une nouvelle méthode de maintenance pour les équipements aérospatiaux. Par exemple, dans le cas des pales de turbines intégrées à haute performance, si une pale est endommagée, l'ensemble du rotor de la turbine risque d'être mis au rebut, ce qui représente une perte économique directe de plusieurs millions d'euros.
Actuellement, grâce à la caractéristique d'impression couche par couche de LENS, la lame endommagée peut être considérée comme un substrat spécial. En réalisant revêtement au laser sur la zone localement endommagée, la pièce peut retrouver son aspect d'origine, tout en satisfaisant, voire en dépassant, les exigences de performance du matériau d'origine.
De plus, en raison de la contrôlabilité du processus d'impression 3D, les impacts négatifs de la réparation sont très limités. Pour les forces de défense, cela signifie que des solutions efficaces peuvent être fournies sur place sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un entrepôt de pièces détachées, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la réparation des pièces et réduit les coûts de maintenance.
À l'avenir, la technologie d'impression 3D pourrait être déployée en première ligne sur le champ de bataille, permettant l'impression directe de pièces sur le champ de bataille et éliminant les étapes intermédiaires de fabrication, de distribution et de stockage.
Actuellement, la marine américaine a lancé le projet "Print the Fleet", qui consiste à élaborer une série de procédures pour l'impression, la qualification et la livraison des pièces, et à évaluer diverses technologies et matériaux d'impression 3D à usage militaire afin d'atteindre l'objectif de fabrication de pièces d'avion sur des navires de guerre en mer.
À l'avenir, la technologie d'impression 3D pourrait également être déployée dans les stations spatiales afin de permettre l'impression directe de pièces en 3D dans l'espace. En août 2014, la NASA a transporté une imprimante 3D capable de fonctionner dans un environnement sous vide vers la Station spatiale internationale, où les astronautes ont imprimé non seulement des pièces d'essai, mais aussi des composants structurels fonctionnels.
La Chine a également mené sa première expérience d'impression 3D en orbite en mai 2020 et a été la première au monde à réaliser l'impression 3D dans l'espace de matériaux composites continus renforcés par des fibres de carbone, comme le montre la figure 1-35.
Voici trois exemples d'applications de l'impression 3D dans le domaine aérospatial en Chine.
Le 15 mai 2021, à 7h18, l'atterrisseur et l'orbiteur "Tianwen-1" se sont séparés, réussissant un atterrissage en douceur à la surface de Mars, comme le montre la figure 1-36. Par la suite, le rover martien "Zhurong" a envoyé avec succès des signaux télémétriques. Le moteur à poussée variable 7500N utilisé pour l'atterrissage sur Mars était la version 2.0 du moteur utilisé pour les atterrissages lunaires.
Le moteur à poussée variable 7500N amélioré "Tianwen-1" version 2.0 avait les mêmes performances et la même poussée que le moteur 7500N du précédent projet lunaire Chang'e, mais son poids et son volume étaient trois fois moindres, avec une structure plus optimisée et plus compacte, comme le montre la figure 1-37.
Pour ce faire, le cadre de la bride d'accostage du moteur a été imprimé en 3D en une seule pièce pour la première fois, évitant ainsi les déformations causées par l'enlèvement d'une grande quantité de matériau excédentaire à partir de barres solides ou de pièces forgées, et réduisant également le poids de manière efficace.
Le 8 mai 2020, à 13h49, la capsule de retour du véhicule spatial habité chinois de nouvelle génération, développé par l'Institut de recherche en technologie spatiale de la China Aerospace Science and Technology Corporation, a atterri avec succès dans la zone désignée sur le site d'atterrissage de Dongfeng.
La réussite de la mission de vol du véhicule d'essai a permis de créer un prototype de vaisseau spatial habité chinois de nouvelle génération et de réaliser des percées significatives dans un ensemble de nouvelles technologies dans des domaines tels que la structure de la cabine, les matériaux et les systèmes de contrôle.
L'une des principales avancées technologiques a été la conception et le formage en 3D d'un cadre intégré en alliage de titane d'un diamètre de 4 m, qui a permis d'atteindre des objectifs tels que la réduction du poids, le raccourcissement du cycle et la réduction des coûts. Le retour réussi du véhicule spatial habité de nouvelle génération a également marqué le test réussi de la technologie d'impression 3D intégrale pour les composants structurels clés surdimensionnés.
La figure 1-38 montre la situation d'atterrissage de la capsule de retour du véhicule spatial habité de nouvelle génération et son cadre intégré surdimensionné en alliage de titane obtenu par impression 3D.
Le 21 mai 2018, le satellite relais Chang'e-4 "Queqiao" a été lancé avec succès au Centre de lancement de satellites de Xichang. Son orbite de travail dans l'espace lointain aidera l'humanité à dévoiler davantage les mystères de la face cachée de la lune. Les capacités de lancement étant limitées, l'indice de poids de "Queqiao" était extrêmement strict. Le support de la roue de réaction oblique, l'un des composants les plus lourds du satellite, a été conçu pour réduire le poids.
L'optimisation de la topologie a été réalisée à l'aide du logiciel Inspire d'Altair, ce qui a permis de modifier la philosophie de conception, qui consistait à "concevoir l'objet". structure du produit d'abord, puis vérifier les performances du produit" à "déterminer d'abord les performances du produit, puis obtenir la structure finale du produit par l'optimisation de la topologie", ce qui permet d'obtenir une conception légère.
En outre, l'impression 3D d'alliages d'aluminium a permis de réaliser une fabrication intégrale, ce qui a permis d'obtenir une fabrication légère. La figure 1-39 montre le produit imprimé du support de la roue de réaction oblique pour le satellite relais "Queqiao" et son assemblage sur le satellite.
Au départ, la technologie de l'impression 3D dans la production industrielle était principalement utilisée pour le prototypage pendant le développement des produits, la vérification de la conception, de la structure et des essais d'assemblage. Par exemple, avant la production en série d'un nouveau produit, il est nécessaire d'évaluer le produit afin d'identifier rapidement tout problème de conception.
Elle peut simuler les conditions de fonctionnement réelles du produit pour l'assemblage, les contrôles d'interférence, les essais fonctionnels et les inspections de fabricabilité et d'assemblage. En outre, elle peut être utilisée pour la fabrication de moules, la technologie d'impression 3D permettant de créer des moules maîtres pour les pièces coulées sous vide et à la cire perdue, les moules d'injection, etc.
Ceux-ci sont ensuite combinés à des processus de fabrication traditionnels pour produire des moules destinés à la production de masse. Après plus de 30 ans de développement, la technologie de l'impression 3D est désormais largement utilisée dans le domaine industriel pour la fabrication directe de pièces finales, y compris l'impression directe de certains moules. Elle permet également d'imprimer des moules d'injection à refroidissement conforme, qui présentent des avantages significatifs par rapport aux moules d'injection traditionnels.
Le développement et la validation traditionnels des produits font généralement appel à l'usinage CNC, qui présente des limites dans le traitement de produits complexes avec des structures creuses, évidées, de haute précision, à parois minces ou irrégulières. Même si la CNC peut traiter certaines de ces structures, son coût est très élevé, ce qui la rend plus adaptée aux pièces structurellement simples, épaisses et lourdes.
L'impression 3D offre des avantages tels que la rapidité de traitement, le moulage en une seule fois et un coût qui n'est pas affecté par la complexité du produit. Elle est désormais largement utilisée dans diverses industries pour la validation de la conception, la vérification de l'assemblage et l'essai de petits lots pendant le développement du produit. Les matériaux d'impression 3D couramment utilisés pour le développement et la validation des produits comprennent les résines photopolymères et les matériaux en nylon à haute teneur en polymère.
Les matériaux à base de résine photopolymère produisent des pièces aux surfaces lisses mais moins résistantes, tandis que les matériaux à base de nylon à haute teneur en polymère conviennent aux produits nécessitant une résistance et une ténacité plus élevées. La figure 1-40 présente des images de quelques cas de développement et de validation de produits imprimés en 3D.
Avec les méthodes d'usinage traditionnelles, les moules en plastique utilisent généralement des canaux de refroidissement droits, qui sont inefficaces pour refroidir les pièces à parois minces ou à cavité profonde, comme le montre la figure 1-41(a). La technologie d'impression 3D de métaux permet d'imprimer directement des moules dotés de canaux de refroidissement conformes, comme le montre la figure 1-41(b), ce qui garantit l'absence d'angles morts dans le refroidissement des moules.
Les moules d'injection à refroidissement conforme présentent les avantages suivants :
① Ils peuvent améliorer efficacement l'efficacité du refroidissement, réduire le temps de refroidissement et augmenter l'efficacité de la production par injection, en améliorant généralement de 20% à 40%.
② Ils améliorent l'uniformité du refroidissement, réduisent le gauchissement et la déformation des produits et stabilisent leurs dimensions, améliorant ainsi la qualité des produits.
Un panneau générique en plastique d'un client a été fabriqué à l'aide d'un noyau de refroidissement conforme imprimé en 3D en métal. Le temps de cycle du moule a été réduit de 55 à 43 secondes, et la production est passée de 1 300 pièces par jour à 1 670 pièces par jour, améliorant ainsi l'efficacité de la production de 28%. Le revenu journalier de la pièce était initialement de 39 000 yuans, il est passé à 50 100 yuans après l'utilisation de l'impression 3D.
Après déduction des coûts des matériaux d'injection, de l'amortissement et de l'électricité, le bénéfice journalier a augmenté de 2 100 yuans. Un ensemble de moules de ce type (fonctionnant 180 jours par an) peut générer un bénéfice supplémentaire de 2 100 x 180 = 378 000 yuans. Avec dix jeux, le bénéfice peut augmenter de 3,78 millions de yuans, ce qui représente une très bonne rentabilité, comme le montre le tableau 1-1.
Tableau 1-1 : Comparaison de la production avant et après l'utilisation de l'impression 3D de métaux pour la fabrication de noyaux de refroidissement conformes
| Élément de comparaison | Traditionnel | Impression 3D | Note |
| Cycle de production (secondes) | 55 | 43 | |
| Production (pièces/jour) | 1300 | 1670 | Sur la base de 20 heures de production par jour |
| Prix unitaire (yuan) | 30 | 30 | |
| Recettes (yuan/jour) | 39,000 | 50,100 | Augmentation des bénéfices de 2 100 yuans par jour |
La pale du ventilateur d'un climatiseur split d'un client, comme le montre la figure 1-42(a), avait à l'origine un noyau en cuivre au béryllium dans la partie centrale de son moule, comme le montre la figure 1-42(b). Le cuivre au béryllium a une conduction thermique rapide et de bons effets de refroidissement, mais il n'est pas résistant à l'usure et sa durée de vie est inférieure d'un quart à celle des pièces en acier. Il doit être remplacé après environ 30 000 pièces, ce qui augmente la charge de travail pour l'entretien des moules.
Par la suite, un noyau d'acier de moule imprimé en 3D a été adopté, comme le montre la figure 1-42(c), qui, grâce à la conception d'un passage d'eau de refroidissement conforme et raisonnable, peut produire plus de 120 000 pièces et améliore également l'efficacité de la production de moulage par injection. Le moule compte au total 66 jeux ; après un an, tous ont été remplacés par des noyaux d'acier de moule imprimés en 3D, ce qui a permis de réaliser une économie totale de plus de 300 000 yuans, comme le montre le tableau 1-2.
Tableau 1-2 : Tableau de comparaison des coûts d'utilisation des pièces moulées en cuivre au béryllium et des pièces imprimées en 3D.
| Type | Durée de vie | Prix unitaire (yuan) | Production annuelle de pales de ventilateur (10 000 pièces) | Nombre de remplacements | Coût de l'essieu (yuan) | Coût du machiniste (yuan) | Coût du réglage (yuan) | Coût cumulé (yuan) |
| Pièces en cuivre au béryllium | 30 000 pièces | 400 | 2,200 | 768 | 768 x 400 = 307,200 | 768 x 200 = 153,600 | 768 x 150 = 115,200 | 576,000 |
| Pièces imprimées en 3D | 120 000 pièces | 480 | 2,200 | 192 | 192 x 480 = 92,160 | 192 x 200 = 38,400 | 192 x 150 = 28,800 | 159,360 |
Le moulage à la cire perdue, également connu sous le nom de moulage de précision, utilise souvent de la cire pour créer les modèles jetables, c'est pourquoi il est communément appelé "moulage à la cire perdue". Les modèles en cire pour le moulage à la cire perdue sont souvent fabriqués à l'aide de l'impression 3D.
L'investissement production de moulages Le processus de fabrication d'un bijou se déroule selon les différentes étapes illustrées à la figure 1-43 : (a) le modèle de conception 3D du produit ; (b) le modèle en cire est imprimé à l'aide d'une imprimante 3D à cire ; (c) le support en cire est dissous ; (d) le modèle en cire fini est obtenu ; (e) un arbre en cire est créé ; (f) l'arbre en cire est placé dans un moule en métal ; (g) du gypse est coulé pour former le moule en gypse et le vide est appliqué ; (h) le moule en plâtre est cuit à haute température pour brûler la cire et obtenir un moule négatif en plâtre ; (i) le métal est fondu ; (j) le métal est coulé dans le moule en plâtre et le plâtre est dissous dans l'eau ; (k) le produit semi-fini est lavé dans de l'acide chlorhydrique et séché ; (l) l'arbre à bijoux en métal est démembré ; (m) le meulage et le polissage sont effectués ; (n) le produit de bijouterie final est obtenu.
(a) Modèle de conception en 3D du produit
(b) Motif en cire imprimé par l'imprimante 3D à cire (la partie blanche est le matériau de support)
(c) Dissolution des supports de cire
(d) Obtention du modèle de cire fini
(e) Création d'un arbre à cire
(f) Mise en place de l'arbre en cire dans le moule métallique
(g) Couler du plâtre pour former un moule en plâtre et appliquer le vide
(h) Cuisson à haute température dans un four pour brûler la cire et obtenir un moule négatif en plâtre
(i) Fusion des métaux
(j) Coulée de métal dans un moule en plâtre et dissolution du plâtre avec de l'eau
(k) Lavage du produit semi-fini à l'acide chlorhydrique et séchage
(l) Démontage d'un arbre à bijoux en métal
(m) Meulage et polissage
(n) Obtention du produit final de bijouterie
Le moulage au sable consiste à créer des moules et des noyaux à partir de sable de fonderie (généralement du sable de silice) et d'un liant pour produire des pièces métalliques coulées. Ce procédé traditionnel nécessite généralement la création manuelle ou semi-manuelle de modèles en bois pour les moules et les noyaux en sable.
Toutefois, grâce à la technologie de l'impression 3D, les moules et les noyaux en sable peuvent être imprimés directement à partir des données de conception, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la création des moules, raccourcit les cycles de production, réduit les coûts de fabrication et offre une plus grande précision par rapport au moulage en sable traditionnel. Elle permet également de couler des pièces aux parois fines et aux structures internes complexes.
Un carter d'embrayage à parois minces a été produit par moulage en sable, avec des dimensions de 465 mm × 390 mm × 175 mm et un poids de 7,6 kg, divisé en deux parties, l'une supérieure et l'autre inférieure. La société allemande Voxeljet a utilisé du sable GS09 de haute qualité pour imprimer en 3D le moule en sable aux parois extrêmement fines, comme le montre la figure 1-44(a). La pièce a ensuite été coulée avec un alliage G-AlSi8Cu3, comme le montrent les figures 1-44(b) et (c).
L'ensemble du processus de fabrication a pris moins de 5 jours et le carter d'embrayage produit avait les mêmes performances que les pièces produites ultérieurement en série après avoir passé les tests, ce qui a permis au client de bénéficier d'un avantage significatif en termes de temps et de coûts.
Le collecteur d'admission, situé entre le corps du papillon et les soupapes d'admission du moteur, est appelé collecteur parce que l'air se divise après avoir pénétré par le papillon. Le collecteur doit distribuer le mélange air-carburant ou l'air pur aussi uniformément que possible à chaque cylindre, ce qui signifie que les longueurs des passages de gaz à l'intérieur du collecteur doivent être aussi égales que possible.
Pour réduire la résistance à l'écoulement des gaz et augmenter l'admission, les parois internes du collecteur d'admission doivent être lisses. Les collecteurs d'admission des voitures de course présentent de nombreuses zones d'interférence, ce qui pose des problèmes pour le moulage en sable et l'usinage ultérieur. Pour répondre aux exigences précises de complexité, Voxeljet a divisé le modèle du collecteur d'admission en quatre parties pour l'impression 3D des moules en sable, évitant ainsi les problèmes de déformation lors de l'assemblage.
Les dimensions du collecteur étaient de 854 mm × 606 mm × 212 mm, le moule en sable pesait au total environ 208 kg, comme le montre la figure 1-45(a), et le temps d'impression était de 15 heures. Le temps d'impression était de 15 heures. alliage d'aluminium moulé Le collecteur d'admission pesait environ 40,8 kg, comme le montre la figure 1-45(b).
Le moulage en silicone est un processus qui utilise une pièce prototype pour créer un moule en silicone sous vide, dans lequel de la résine liquide est versée pour reproduire la pièce originale. Ces répliques ont des performances proches de celles des produits moulés par injection et peuvent être personnalisées en termes de couleur pour répondre aux exigences du client.
Les matériaux sont coulés sous vide ou à basse pression, la coulée sous vide étant principalement utilisée pour la production de pièces de petite et moyenne taille, telles que les boîtiers d'appareils électroniques grand public, tandis que la coulée à basse pression est principalement utilisée pour les pièces de grande taille, telles que les pare-chocs de voitures.
Traditionnellement, les pièces prototypes pour les moules en silicone étaient créées par usinage CNC, alors que les prototypes imprimés en 3D pour les moules en silicone sont généralement fabriqués rapidement à l'aide de matériaux en résine photopolymère par le biais du processus SLA. Chaque moule en silicone peut produire environ 10 à 20 pièces, avec une précision de ±0,2 mm/100 mm, une épaisseur de moulage minimale de 0,5 mm, optimale de 1,5 à 5 mm, et une taille de moulage maximale d'environ 2 mètres.
Le processus se déroule comme suit :
① Création de prototypes : Un prototype est produit à partir des données 3D du produit grâce à l'impression 3D.
② Création du moule en silicone : Une fois le prototype réalisé, un cadre de moule est construit, le prototype est fixé en place, et des "carottes" et des trous d'aération sont créés. La carotte est l'entrée du matériau, également connue sous le nom de "porte". La taille et la forme de la carotte doivent être déterminées en fonction des propriétés d'écoulement du matériau et de la taille de la pièce.
Le silicone liquide, dégazé sous vide, est versé dans le moule pour recouvrir complètement le produit. Le moule est ensuite cuit pour accélérer le durcissement du silicone et, après 8 heures, le moule en silicone est ouvert pour créer deux moitiés, le prototype est retiré et la création du moule en silicone est terminée.
③ Coulée sous vide : Après avoir fermé le moule en silicone, il est placé dans une machine de coulée sous vide, où l'air est évacué ou un environnement à basse pression est créé, puis le matériau est injecté.
Après remplissage, le matériau est durci pendant 30 à 60 minutes à une température constante de 60 à 70°C, puis démoulé. Si nécessaire, un second durcissement est effectué pendant 2 à 3 heures à 70-80°C. Une fois le matériau durci, le moule est retiré, ouvert et le produit reproduit est obtenu. Ce cycle est répété pour produire de petits lots de répliques.
La technologie du moulage en silicone est plus rapide, moins coûteuse et présente des cycles de production plus courts que la technologie du moulage par injection, ce qui réduit considérablement les dépenses de développement et les délais de recherche et développement.
Il est couramment utilisé dans le développement et la conception de pièces automobiles, pour produire de petites séries de pièces en plastique destinées à des tests de performance et à des essais sur route, comme les boîtiers de climatiseurs, les pare-chocs, les conduits d'air, les évents encapsulés, les collecteurs d'admission, les consoles centrales et les tableaux de bord. La figure 1-46 montre deux exemples de moules en silicone et de pièces reproduites à partir de prototypes imprimés en 3D.
La technologie de l'impression 3D est de plus en plus utilisée pour la fabrication directe de pièces ou de produits finis dans divers domaines tels que l'aérospatial, le militaire, le médical, l'automobile, l'électroménager et l'électronique grand public. Dans le secteur de la fabrication automobile, les chercheurs et les entreprises expérimentent continuellement la fabrication directe de pièces et même de véhicules entiers à l'aide de l'impression 3D.
Par exemple, Ford Motor Company exploite près de 100 imprimantes 3D différentes dans plus de 30 usines à travers le monde et investit dans cette technologie depuis des décennies. Ford utilise l'impression 3D non seulement pour le développement et la vérification, mais aussi pour la production de pièces et d'outils finaux.
D'autres géants de l'automobile comme Mercedes, BMW, Audi, Volkswagen, Toyota, Cadillac, Tesla, Ferrari, Lamborghini et Porsche utilisent aussi largement l'impression 3D dans le développement et la fabrication de leurs véhicules.
L'allègement est une tendance mondiale de l'industrie automobile, et la recherche de véhicules plus légers deviendra de plus en plus extrême à l'avenir. L'allègement automobile vise à réduire considérablement le poids à vide du véhicule tout en garantissant sa solidité et sa sécurité, en améliorant sa puissance et son autonomie, en réduisant la consommation de carburant, en diminuant la pollution due aux gaz d'échappement et même en améliorant la maniabilité et la sécurité du véhicule.
Les pièces automobiles métalliques imprimées en 3D sont 40-80% plus légères que les pièces traditionnelles, ce qui permet de réduire les émissions de CO2 de 16,97 g/km. Certaines pièces légères présentent des structures internes complexes en treillis qui réduisent le poids tout en améliorant les performances.
L'allègement englobe les aspects liés aux matériaux, à la conception et aux processus, tels que l'utilisation d'acier à haute résistance, d'alliages de titane et d'acier inoxydable. alliages d'aluminiuml'optimisation de la structure, des conceptions intégrées et de la topologie, et l'utilisation de processus de fabrication avancés pour améliorer les performances des pièces et obtenir une plus grande réduction de poids.
Avec l'évolution de la technologie de l'impression 3D, un nombre croissant de pièces automobiles peuvent être directement fabriquées et utilisées, et l'impression 3D est sur le point de déclencher une nouvelle vague d'améliorations dans l'industrie de la construction automobile.
Le groupe BMW a toujours été un pionnier dans l'adoption de la technologie d'impression 3D par l'industrie automobile. La BMW i8 Roadster utilise la technologie de l'impression 3D pour produire un support de toit décapotable en métal, qui est utilisé directement dans la production de masse, comme le montre la figure 1-47(a).
Ce support métallique imprimé en 3D relie la capote du cabriolet à la charnière à ressort, facilitant ainsi le pliage et le dépliage du toit sans qu'il soit nécessaire de recourir à des mesures d'atténuation du bruit supplémentaires, telles que des amortisseurs en caoutchouc ou des ressorts et des unités d'entraînement plus puissants (et plus lourds). Le support doit soulever, pousser et tirer le poids total du toit et nécessite une géométrie complexe qu'il est impossible d'obtenir par moulage.
La conception finale a produit une structure en treillis légère utilisant la technologie d'impression 3D de métal, optimisant le support pour le toit tout en minimisant le déplacement pour empêcher le couvercle de s'effondrer pendant l'ouverture, comme le montre la figure 1-47(b). Ce support imprimé en 3D a remporté le prix Altair Enlighten 2018, qui récompense les avancées significatives en matière de technologie légère, et a suscité une attention considérable pour sa conception innovante lors de la cérémonie de remise des prix.
Une autre pièce finale imprimée en 3D utilisée directement dans la BMW i8 Roadster est le rail de guidage des vitres, comme le montre la figure 1-48. Grâce à l'impression 3D en nylon, le rail de guidage a été développé et mis en production de masse en seulement cinq jours, permettant de produire plus de 100 rails de guidage de fenêtres en 24 heures. La pièce est installée à l'intérieur des portes de la BMW i8 Roadster, ce qui permet aux fenêtres de fonctionner en douceur.
Les informations de production publiquement disponibles de BMW indiquent que le poids de la BMW i8 Roadster a été réduit de 44% en 2018. L'entreprise a produit plus d'un million de pièces à l'aide de l'impression 3D à ce jour. Rien qu'en 2018, la production du centre de production par impression 3D de BMW Group a dépassé les 200 000 pièces, soit une augmentation de 42% par rapport à l'année précédente.
La Bugatti Chiron est capable d'accélérer de 0 à 400 km/h en seulement 42 secondes, repoussant ainsi les limites de la physique. Le succès de Bugatti est dû à l'optimisation continue de ses systèmes et à l'application réussie de nouveaux matériaux et procédés. Parmi ceux-ci, les freins de la nouvelle Chiron sont les plus puissants au monde, avec respectivement huit et six pistons dans les étriers avant et arrière.
Jusqu'à présent, les étriers de frein de la Bugatti Chiron étaient fabriqués en alliage d'aluminium à haute résistance et pesaient 4,9 kg. La structure des nouveaux étriers a été optimisée selon les principes du biomimétisme et ils sont imprimés en 3D à partir d'un alliage de titane de qualité aérospatiale. Ils ne pèsent que 2,9 kg, soit une réduction de poids de 40%, comme le montre la figure 1-49.
Le développement des nouveaux étriers a été incroyablement rapide, puisqu'il n'a fallu que trois mois entre le concept initial et le premier composant imprimé. La partie la plus longue a été la simulation et l'optimisation du système d'étanchéité. la résistance et la rigidité de la nouvelle conception, suivie d'une simulation du processus d'impression afin d'en assurer le bon déroulement.
Le pied à coulisse mesure 41 cm de long, 21 cm de large et 13,6 cm de haut. Il a été imprimé à l'aide d'un système de fusion à quatre lasers et a nécessité 45 heures d'impression. Après l'impression, la pièce et la plaque de base ont été traitées thermiquement à 700°C dans un four à micro-ondes. recuit Il a ensuite été refroidi dans le four afin d'éliminer les contraintes résiduelles et de garantir la stabilité dimensionnelle, un processus qui a duré 10 heures.
La pièce a ensuite été enlevée par découpage au fil, les supports ont été éliminés et la pièce a été rectifiée et polie à l'aide d'une combinaison de méthodes physiques et chimiques afin d'améliorer la qualité de l'acier. résistance à la fatigue et d'augmenter la durabilité à long terme lors de l'utilisation ultérieure du véhicule. Enfin, l'usinage des filets (pour relier les pistons) a été réalisé sur une fraiseuse, ce qui a nécessité 11 heures.
Si la technologie de l'impression 3D a démontré de solides avantages en termes d'applications au cours de sa prolifération, elle est également confrontée à de nombreux risques et limitations. Ce n'est qu'en comprenant clairement ces problèmes, en les résolvant ou en les évitant que l'impression 3D pourra tirer pleinement parti de ses avantages et continuer à élargir son champ d'application et ses domaines.
La plupart des imprimantes 3D présentent actuellement les problèmes majeurs suivants : Premièrement, la taille de l'équipement est petite, avec des dimensions d'impression concentrées autour de 400mm×400mm×40mm, et peu d'entre elles dépassent 1000mm. Deuxièmement, l'efficacité est relativement faible, avec des temps d'impression des pièces longs et des coûts élevés. Troisièmement, rugosité de la surface et la précision dimensionnelle ne sont pas encore idéales.
Par exemple, le moulage de précision peut atteindre une rugosité de surface meilleure que Ra3,2μm, voire inférieure à Ra1,6μm, tandis que le meilleur niveau pour les pièces métalliques imprimées en 3D par laser se situe actuellement autour de Ra6,4μm, généralement au-dessus de Ra10μm, et pour l'impression 3D sur lit de poudre par faisceau d'électrons, la rugosité de surface est de Ra20-30μm.
Quatrièmement, les matériaux sont limités ; chaque type de processus d'impression 3D est limité à un nombre ou à des types de matériaux très restreints, ce qui ne permet pas de répondre aux exigences de certains domaines.
Le tableau 1-3 présente les principaux fabricants d'équipements SLM et leurs paramètres, tant nationaux qu'internationaux.
| Entreprise/École | Modèles d'équipement typiques | Type de laser | Puissance/W | Enveloppe de construction/mm | Diamètre du faisceau/μm |
| EOS | M280 | Fibre | 200/400 | 250×250×325 | 100~500 |
| Renishaw | AM250 | Fibre | 200/400 | 250×250×300 | 70~200 |
| Concept | M2 cusing | Fibre | 200/400 | 250×250×280 | 50~200 |
| Solutions SLM | SLM 500HL | Fibre | 200/500 | 280×280×350 | 70~200 |
| Université de technologie de Chine du Sud | Dmetal-240 | Semi-conducteurs | 200 | 240×240×250 | 70~150 |
| Université des sciences et technologies de Huazhong | HRPM-1 | YAG | 150 | 250×250×400 | Environ 150 |
Les travailleurs qui utilisent des imprimantes 3D en métal ou qui effectuent des opérations de post-traitement entrent généralement en contact avec des poudres métalliques d'une taille inférieure à 100 microns. Ces fines particules peuvent facilement pénétrer dans les poumons ou les muqueuses et provoquer des lésions respiratoires ou neurologiques. Il est essentiel de porter des vêtements de protection et des masques à gaz pour réduire ces risques.
En outre, l'impression 3D de métaux nécessite souvent des gaz inertes tels que l'argon ou l'azote pour éviter l'oxydation pendant le traitement. Si ces gaz inertes fuient, ils présentent un risque grave, car ils sont indétectables par le corps humain et peuvent être inhalés à l'insu de la victime. L'air que nous respirons contient 21% d'oxygène ; une chute en dessous de 19,5% due à une fuite peut entraîner une privation d'oxygène et des dommages.
Les utilisateurs d'imprimantes 3D en métal doivent donc être conscients de ce danger potentiel et prendre des mesures préventives.
Dans les ateliers d'impression 3D de métaux, les poudres de métaux comme le titane, l'aluminium et le magnésium en suspension dans l'air peuvent se concentrer et, si elles rencontrent une source d'inflammation, brûler ou même exploser. Plus la poudre est fine, plus elle est susceptible de brûler. Par conséquent, le stockage, le traitement et le post-traitement des poudres métalliques doivent éviter les sources d'inflammation et l'électricité statique.
En outre, les déversements de poudre peuvent présenter des risques pour l'environnement. En 2014, l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) des États-Unis a cité un incident de sécurité dans lequel une installation d'impression 3D de métaux n'avait pas fourni l'équipement de lutte contre l'incendie approprié, ce qui a entraîné des brûlures chez un opérateur. Bien que l'incendie ait résulté d'une mauvaise manipulation de l'équipement, l'incident constitue un rappel important en matière de sécurité.
Si la technologie de l'impression 3D favorise le progrès technologique et offre une certaine commodité, elle présente également des risques dans diverses applications qui méritent une attention particulière.
Par exemple, les armes à feu imprimées en 3D peuvent présenter des risques pour la sécurité des personnes et l'ordre public ; les médicaments imprimés en 3D peuvent présenter des risques pour le contrôle des médicaments et la santé ; les biens imprimés en 3D peuvent porter atteinte aux marques, aux droits d'auteur et aux droits de propriété intellectuelle, et même l'impression en 3D peut présenter des risques pour la sécurité des informations personnelles, la sécurité des biens et les normes éthiques.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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