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Fabrication additive

Bouleverser le secteur de l’optique couche par couche

 

Permet le prototypage rapide pour réduire considérablement les temps de développement des produits

 

Utile pour la création d'outillages et de montures pour le laboratoire et la production

 

Les modèles 3D aident à vendre des concepts de produits à la direction et aux investisseurs

 

Utilisée pour la fabrication de pièces en polymère et en métal

La fabrication additive et l’impression 3D ont évolué au cours de la dernière décennie, passant d’une curiosité à des techniques largement utilisées pour la création de prototypes et même de pièces de production réelles. Vous apprendrez ici les principes de base du fonctionnement de ces technologies, ainsi que leur influence sur le secteur de la photonique.

Au sens large, la fabrication additive est un processus de création d’objets 3D directement à partir de fichiers CAO (conception assistée par ordinateur). Bien qu’il y ait une grande variété de techniques additives, elles ont tous une approche commune. D’abord, le logiciel du système rend la conception de l’objet en une série de couches, puis il commande une machine qui dépose la matière solide, couche par couche, selon le modèle généré par le logiciel jusqu'à ce que l'objet complet soit formé. Ceci contraste avec les méthodes traditionnelles de « fabrication soustractive » telles que le l’usinage CNC, qui commence avec un bloc de matière solide, puis enlève la matière pour produire l'objet désiré.

La fabrication additive et l’impression 3D sont tellement dynamique que la terminologie n’a pas encore été standardisée. En fait, ces deux termes s’emploient encore souvent de manière interchangeable, bien que l’impression 3D se réfère typiquement à des procédés de type jet d'encre pour la production de pièces en polymère, et s'adresse principalement au grand public. La fabrication additive est, par contre, plutôt utilisée pour les différentes techniques de fabrication de pièces en polymère et en métal à usage commercial (d'où le terme « fabrication »), soit pour le prototypage, soit en production.

À première vue, l’impression 3D et la fabrication additive peuvent sembler être des panacées, permettant aux concepteurs-projeteurs et aux fabricants d'éliminer le besoin d'usinage traditionnel, de moulage et d'autres méthodes de production coûteuses. Cependant, il y a deux raisons pour lesquelles cela ne se passera pas, au moins pas si vite. Premièrement, l’impression 3D et la fabrication additive sont des méthodes de fabrication en série qui permettent de fabriquer des pièces une par une. Les procédés sont également très lents - il n'est pas rare que la production d'une seule pièce prenne plusieurs heures, voire plusieurs jours. Deuxièmement, la précision d’une pièce qui en résulte est loin d’être aussi élevée que celle obtenue avec la plupart des méthodes de fabrication conventionnelles.

Dans une moindre mesure, les propriétés des matériaux des pièces produites par impression 3D peuvent entrainer des problèmes car elles ne reproduisent pas toujours constamment les caractéristiques mécaniques souhaitables d'un polymère ou d'un alliage donné. Cependant, les matériaux utilisés pour la fabrication additive sont un domaine en développement actif, et cette situation est en train de changer. Mais pour l’instant, on peut s’attendre à ce que l'impression 3D et la fabrication additive restent largement limitées aux applications à faible volume où la qualité n'est pas primordiale, mais le délai d'exécution l'est.

Types de fabrication additive

Bien qu'il existe un grand nombre de méthodes distinctes de fabrication additive et d'impression 3D, les procédés décrits ci-dessous sont largement représentatifs de la méthode. Les méthodes les plus communes sont des variantes de ces méthodes de base.

Impression jet d'encre 3D

L’impression jet d'encre 3D est la technologie d’impression la plus couramment utilisée, qui constitue une variation de l'imprimante à jet d'encre largement utilisée. À la place de l'encre, la buse d'impression extrude un mince filament de plastique qui a été liquéfié par chauffage. Ceci permet de créer une couche de matériau aussi fine que 0,1 mm. Une fois qu'une seule couche a été formée, soit la tête d'impression est surélevée, soit la plateforme de construction est abaissée d'une distance correspondant à l'épaisseur de la couche, et le processus se répète. Dans quelques cas, le matériau polymère durcit simplement en refroidissant. Alternativement, on peut utiliser un photopolymère, qui durcit en l’exposant à la lumière UV.

Stéréolithographie

La stéréolithographie est la méthode de fabrication additive la plus ancienne, où une plateforme de construction est placée dans une cuve de photopolymère liquide et positionnée de manière à ce qu'elle se trouve juste sous la surface. Ensuite, un faisceau laser ultraviolet focalisé est balayé pour tracer la forme de la couche requise. Le point focalisé durcit le photopolymère de manière sélective partout où il se déplace. La plateforme est abaissée verticalement d'une distance correspondant à l'épaisseur de la couche, et le prochain balayage s’effectue. Cette étape se répète jusqu'à ce que l'objet complet soit formé.

Méthodes de lit de poudre

Dans ces techniques, une fine couche de poudre est déposée sur la plateforme de construction à l'aide d'un rouleau ou d'une raclette d’essuyage. Dans la technique par « projection de liant », une tête d'impression se déplace ensuite sur le lit de poudre et pulvérise une solution de liant qui fusionne sélectivement le matériau en poudre en un solide dans la forme souhaitée. Alternativement, dans les techniques de fusion sur lit de poudre, un faisceau laser ou un faisceau d'électrons est balayé pour faire fondre le matériau, qui se solidifie rapidement. La plateforme est abaissée et une autre couche fine de poudre est étalée dessus; le processus se répète jusqu'à ce que l'objet soit formé.

Impact de la fabrication additive sur le secteur de l’optique

Dans la mesure où la fabrication additive devient plus abordable, plus efficace et plus largement utilisée, elle affecte grandement le secteur de l'optique et presque n’importe quel secteur industriel. Les vidéos suivantes présentent un panel d'experts EO en ingénierie, en conception et en R&D partageant leurs points de vue sur l'impact à grande échelle de la fabrication additive.

Partie 1

Cette vidéo porte sur l’impact de la fabrication additive sur le secteur de l’optique, différents types d’impression 3D, le prototypage rapide et les développements récents dans la fabrication additive. Regardez-la dès maintenant pour savoir comment tirer pleinement parti de cette technologie en croissance.

Partie 2

Cette vidéo porte sur l’impact de l’impression 3D sur la protection de la propriété intellectuelle, l'avenir de la fabrication additive et l'influence de la fabrication additive et l'automatisation sur le marché du travail. Regardez-la dès maintenant pour avoir une idée de comment l’impression 3D pourrait affecter votre carrière.

La fabrication additive chez Edmund Optics®

Comme beaucoup d’autres fabricants, Edmund Optics utilise l’impression 3D pour réduire le temps et les coûts du cycle de développement des produits. Ceci peut impliquer les modèles d'impression 3D d'assemblages de lentilles ou de composants mécaniques pour obtenir une lecture rapide de la forme, de l'ajustement et de la fonction, ce qui est souvent difficile à évaluer uniquement à partir de rendus CAO.

Outils créés par impression 3D pour le prototypage
Figure 1: Outils créés par impression 3D pour le prototypage

Les concepteurs-projeteurs d’Edmund Optics ont utilisé l'impression 3D pour des solutions d'emballage prototypes afin de mettre au point de meilleurs moyens de protéger les produits pendant le transport. Les emballages sont souvent produits par moulage ou par d’autres techniques, qui ont des coûts d'outillage initiaux substantiels. L'utilisation de l'impression 3D permet une exploration efficace et rapide d'un large éventail de solutions potentielles.

EO utilise également des méthodes d’impression 3D pour créer des outils pour la fabrication de composants optiques dans nos centres de fabrication. Par exemple, des buses spécialisées pour la pulvérisation optimisée de boues lors du polissage optique ont été imprimées en 3D car les méthodes d'usinage conventionnelles sont plus coûteuses et prennent plus de temps pour cette application.

FAQ's

FAQ  Les composants optiques peuvent-ils être imprimés en 3D?
Pas encore - les composants optiques figurent parmi les produits de la plus haute précision fabriqués aujourd'hui, les précisions de surface de quelques dizaines de nanomètres, les valeurs de rugosité de surface dans la gamme de quelques dizaines d'angströms, et les niveaux très élevés d'homogénéité interne (indice de réfraction) étant courants. Les techniques actuelles d’impression 3D et de fabrication additive donnent des pièces avec des tolérances de spécification qui sont plusieurs ordres de grandeur plus larges que ce que les méthodes de fabrication traditionnelles peuvent fournir. Outre certaines applications d'illumination ou de modelage de faisceaux, l'impression 3D ne produira pas de composants optiques de précision dans un avenir proche.
FAQ  L’impression 3D peut-elle être utilisée pour « copier » un objet existant?

Parfois, un objet tridimensionnel 3D peut être numérisé et puis reproduit à l’aide de l’impression 3D. Cependant, la numérisation ne copiera que la forme externe de l'objet, et non pas ses composants internes. Par conséquent, la réplication d’une machine complexe nécessiterait le désassemblage de la machine et la numérisation de chaque composant individuellement. En fonction de l'objet et de la technologie d'impression 3D utilisée, cela ne permet pas nécessairement de fournir les pièces avec la précision requise pour reproduire la fonctionnalité de l'objet original.

FAQ  L’impression 3D peut-elle être utilisée pour réparer des pièces existantes?

Oui - une forme de fabrication additive appelée dépôt d’énergie dirigé (DED) consiste à introduire du métal sous forme de poudre, de fil ou de bande sur une pièce métallique existante, puis à utiliser un laser pour fondre la poudre et la fusionner. Cette approche a été utilisée dans certaines applications de reconditionnement dans les secteurs de l'aérospatial et de l'automobile.

FAQ   Les pièces imprimées en 3D se prêtent-elles pour des applications exigeantes?

Oui, certaines pièces imprimées en 3D sont idéales pour des applications exigeantes. C'est le cas de General Electric, par exemple, qui utilise la fabrication additive pour produire une buse d'injection de carburant pour certains de ses moteurs à réaction. Cette pièce extrêmement complexe est difficile et couteuse à produire avec les méthodes traditionnelles.

Ressources Techniques

Webinaires

Vidéos promotionnelles informatives ou instructives qui vont de simples conseils à des démonstrations de produits se basant sur des exemples d'applications.

13 astuces pour fébriquer des prototypes de systèmes optiques Webinaire
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