Contrôle du mouvement dans l'impression 3D

L'impression 3D était autrefois un concept abstrait. C'était quelque chose qui sortait de la science-fiction. Ou bien c'était ce qu'un enfant pensait qu'il se passerait lorsqu'il mettait son jouet préféré sous le couvercle de la photocopieuse de ses parents et s'attendait à ce qu'un autre en sorte... non ? C'est juste moi ?

Aujourd'hui, l'impression 3D est une réalité. Ce qui était autrefois une technologie rare et exclusive est désormais largement disponible. Non seulement elle se fait connaître, mais elle devient aussi un élément de plus en plus important du processus de conception et de fabrication. La création de prototypes et de pièces conceptuelles n'a jamais été aussi facile. Mais rien de tout cela ne serait possible sans une technologie précise de contrôle du mouvement.

À quoi sert l'impression 3D ?

La création de concepts et de prototypes est une partie essentielle du processus d'ingénierie. Dans de nombreux cas, les ingénieurs doivent consacrer beaucoup de temps et de ressources à la fabrication complète de pièces qui seront ensuite jetées après une seule utilisation. Les ingénieurs peuvent désormais renoncer à la fabrication de moules coûteux pour les moulages de prototypes et concevoir leur pièce sur un ordinateur, puis l'imprimer à l'aide d'une imprimante 3D. Ce processus est désormais connu sous le nom de prototypage rapide.

Si le prototypage rapide est l'une des principales utilisations des imprimantes 3D, l'impression 3D peut également être utilisée pour la production. Certaines pièces sont difficiles à fabriquer par d'autres méthodes. Le moulage traditionnel ne permet pas de créer des structures creuses. Et grâce aux améliorations apportées au fil des ans, les imprimantes 3D peuvent imprimer des pièces avec une variété de matériaux différents, notamment divers plastiques, cires et métaux. Elles peuvent même changer de matériau en cours d'impression. En particulier pour les pièces personnalisées, l'impression 3D devient un outil de fabrication de plus en plus important.

Plus récemment encore, l'impression 3D est devenue l'affaire des amateurs et d'autres personnes en dehors du monde des affaires. Il existe des dizaines de fabricants d'imprimantes 3D de bureau. Les éditions récentes de Windows incluent par défaut des programmes de création, de visualisation et d'impression de modèles 3D. Les jouets, l'artisanat et les outils peuvent facilement être fabriqués avec des imprimantes 3D en quelques heures, voire quelques minutes. En fait, bon nombre de nos démonstrations à AMC comportent des pièces imprimées en 3D à partir de l'imprimante de bureau de notre laboratoire.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Il existe quelques variantes de méthodes d'impression 3D. La plupart des impressions 3D, cependant, sont réalisées en ajoutant couche par couche de filament d'impression distribué par une buse. La série de couches est définie par un fichier de code G, généralement généré par un programme de découpage sur un ordinateur à partir d'un modèle CAO 3D.

Le filament est fondu avant de quitter la buse comme matériau d'impression, mais il refroidit et durcit rapidement après sa sortie. La première couche de l'impression est imprimée sur la plaque de construction de l'imprimante, qui est parfois chauffée pour que le filament du bas y reste collé. La buse est déplacée le long d'un système de portique à double axe pour tirer chaque couche. Une fois chaque couche terminée, la plaque de construction est abaissée et la buse commence à imprimer la couche suivante par-dessus la précédente. Progressivement, l'impression est construite couche par couche. Dans les cas où une couche dépasse les couches précédentes, l'imprimante peut générer un matériau de support, une fine couche de filament qui soutient les couches en surplomb pendant qu'elles refroidissent, mais qui peut être facilement cassée pour le produit final.

Composants contrôlés par le mouvement

Le mouvement horizontal du portique des buses et le mouvement vertical de la plaque de construction doivent tous deux se déplacer et être positionnés avec précision. Le matériau sort par petits incréments, mais un chevauchement ou une divergence trop importante au sein d'une même couche peut rendre l'impression très désordonnée. La buse de l'imprimante doit se déplacer très soigneusement afin de dessiner la forme de chaque couche, qui peut consister en des parties complètement séparées pour certaines couches de certaines formes. La marge d'erreur est très faible. Et si la buse est trop proche ou trop éloignée de la plaque de construction, le filament ne collera pas correctement.

Tous les mouvements et le positionnement de la plaque de construction sont généralement réalisés à l'aide d'une forme d'actionneur linéaire. Le portique de buse, quant à lui, utilise généralement des moteurs linéaires ou des moteurs pas à pas avec des courroies pour réaliser le positionnement et le mouvement nécessaires. Et là où il y a un moteur pas à pas ou un moteur linéaire, il doit y avoir une sorte d'entraînement, souvent un servomoteur.

Depuis DriveWare mise à jour 7.4.2, ADVANCED Les servomoteurs numériques de Motion Controls peuvent fournir un contrôle en boucle fermée pour les moteurs pas à pas biphasés et triphasés. En outre, nos variateurs peuvent contrôler les moteurs linéaires comme n'importe quel autre moteur à courant continu. Pour les imprimantes 3D utilisant plusieurs moteurs pour piloter le même axe de mouvement, nos variateurs peuvent communiquer entre eux via un réseau pour une synchronisation parfaite.

Un autre composant critique de contrôle du mouvement se trouve dans l'extrudeuse, le mécanisme d'alimentation qui pousse et tire le filament à travers la buse. Le matériau ne coule pas toujours à travers la buse. Il doit s'arrêter lorsque la buse se déplace au-dessus d'un espace dans la couche et lorsque la plaque de construction s'abaisse. Le débit de la buse doit également être régulé lorsque la buse passe par différentes géométries. Par exemple, si la buse continue d'extruder du matériau à une vitesse continue lorsqu'elle effectue un virage serré, vous risquez de vous retrouver avec un gonflement en coin. Le débit du matériau doit être réduit pendant le virage pour obtenir une épaisseur uniforme sans gonflement.

Système à commande par mouvement

Nous avons donc beaucoup de pièces mobiles différentes dans une imprimante 3D, chacune étant contrôlée par des servomoteurs, mais comment tout cela s'assemble-t-il en un système coordonné ? C'est là que vous avez besoin de quelque chose comme le système de contrôle du mouvement Click&Move d'AMC. ADVANCED Motion Controls a développé Click&Move pour faire fonctionner plusieurs imprimantes 3D différentes. Click&Move est capable de coordonner tous les différents axes avec différents types de moteurs et d'utiliser le code G pour générer en douceur une impression 3D parfaite. AMC a même développé un bloc de fonctions personnalisé pour Click&Move qui élimine le problème du gonflement des coins mentionné précédemment.

Click&Move peut également être utilisé pour coordonner facilement des systèmes dotés de plusieurs buses d'impression, utilisés pour fabriquer des pièces uniques avec des matériaux ou des couleurs différents. Comme Click&Move n'est pas spécifiquement limité au contrôle du mouvement, il peut réguler des éléments tels que la température des buses et des plaques de construction, de sorte que les développeurs n'ont pas à créer un système distinct pour ces éléments.

Le Click&Move peut facilement être intégré dans une imprimante 3D avec l'une de nos cartes de contrôle d'automatisation du mouvement (MACC). Le programme Click&Move est stocké sur la MACC et connecté aux servomoteurs. Click&Move peut également être exécuté à partir d'un PC. De plus, Click&Move est modulaire et évolutif, il est donc très facile pour un fabricant d'imprimantes 3D de continuer à l'utiliser pour les futurs modèles d'imprimantes 3D au fur et à mesure que sa gamme de produits évolue.

Si vous développez une imprimante 3D, contactez-nous pour que nous vous aidions à concevoir le contrôle du mouvement pour la faire fonctionner. Nous verrons si ADVANCED Les servomoteurs ou Click&Move de Motion Controls peuvent être la solution pour vous.

par Jackson McKay, ingénieur marketing