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Impression 3D et électronique intégrée – Comment AM permet des objets plus intelligents

Partout dans le monde de la fabrication moderne, l’impression 3D ajoute des fonctionnalités uniques à divers produits d’une manière que la fabrication traditionnelle ne peut pas gérer. La capacité à mieux produire des géométries complexes permet aux ingénieurs d’intégrer des capteurs, des puces, des étiquettes et d’autres composants électroniques dans des objets, car il est possible de modéliser des cavités internes et des logements dans des pièces imprimées en 3D. Voici quelques-unes des façons dont la fabrication additive mène à des objets plus intelligents.

Drones imprimés en 3D pré-assemblés

Le Singapore Center for 3D Printing (SC3DP) de NTU et Stratasys ont développé conjointement un drone imprimé en 3D avec électronique intégrée en 2016. L’un des obstacles de l’intégration de l’électronique dans une pièce imprimée en 3D est de permettre à l’électronique de survivre au processus d’impression, qui est généralement très chaud. Parce que ce drone a été imprimé en ULTEM, un matériau haute température, le problème de chaleur a été exacerbé. Le créateur du drone, M. Phillip Keane, candidat au doctorat NTU, explique:

«L’un des défis les plus difficiles était de trouver des composants électroniques qui pourraient théoriquement survivre au processus d’impression à haute température – nous avons dû ajouter des modifications de résistance à la chaleur aux composants pour garantir leur durabilité. Cela impliquait l’ajout de nouveaux composants aux cartes de circuits imprimés et la conception de boîtiers personnalisés. Les boîtiers, qui ont été pré-imprimés en ULTEM 9085, fournissent également une surface plane permettant à l’imprimante 3D de continuer à imprimer dessus.

Drone imprimé en 3D avec électronique intégrée

L’ensemble du processus d’impression n’a duré que 14 heures et n’a nécessité que trois pauses pour placer l’électronique dans l’impression. Seuls les moteurs et les hélices ont été ajoutés après son impression. Être fabriqué en ULTEM le rend incroyablement léger et durable, capable de suspendre 60 kg sur son châssis.

Capteurs intégrés pour la surveillance à distance

L’intégration de capteurs dans des pièces imprimées en 3D permet une communication unidirectionnelle et bidirectionnelle avec les appareils et les appareils. Cette méthode de création d’appareils intelligents a beaucoup de potentiel pour une variété d’industries qui nécessitent une surveillance à distance.

La capacité à suivre les mesures de performance et les capacités de la machine est particulièrement utile dans les industries ayant de lourdes responsabilités en matière d’ingénierie et de maintenance. C’est pourquoi le concept de «  l’ingénierie plus intelligente grâce à l’impression 3D  » a fait son chemin aux US Naval Labs, où les ingénieurs ont travaillé sur des capteurs capables de détecter les changements de performances ou même d’alerter les ingénieurs sur les réparations nécessaires.

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De même, Fabrisonic a travaillé avec Luna Innovations, un fabricant de fibres optiques, pour développer des capteurs intelligents dans des tuyaux pour la NASA. Ces capteurs pourraient fournir une excellente base pour surveiller la pression, la température et le flux de chaleur dans les systèmes de carburant des fusées. Généralement, les capteurs sont fixés à l’extérieur des tuyaux mais cela limite leur précision; l’intégration des capteurs dans les parois des tuyaux améliore considérablement leur précision. Le système Fabrisonic Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) a été utilisé pour intégrer les capteurs dans des tuyaux métalliques.

Rendre les dispositifs médicaux imprimés en 3D plus intelligents

L’industrie médicale a également été un partisan majeur des appareils intelligents imprimés en 3D, créant des technologies réactives pour la surveillance en temps réel des événements physiologiques, des diagnostics avancés et des commentaires connectés. Un exemple vient de chercheurs de l’Université Curtin en Australie occidentale, qui ont développé des moulages et des orthèses imprimés en 3D qui améliorent les soins aux patients grâce au retour des capteurs. Les accolades de rééducation à faible coût ont des capteurs de mesure inertiels intégrés à l’intérieur qui lisent et interprètent l’accélération et la vitesse angulaire.

L’un de nos principaux centres d’intérêt pour le moment est le traitement, et ici nous pouvons voir comment les gens font leurs exercices de physiothérapie, voir combien de temps ils les font. Et parce que nous avons modélisé le mouvement, nous pouvons voir s’ils font l’exercice correctement. Professeur Murray, Université Curtin

Véhicules intelligents et fabrication automobile

Lorsque la voiture pod LOCI de BigRep a fait ses débuts à Formnext cette semaine, elle a montré les avantages de l’impression à grande échelle de composants automobiles. Mais ils ont également souligné leur Technologie ADN, ce qui leur permet d’infuser des composants mécaniques avec toutes sortes de puces et de capteurs. En intégrant des capteurs et des puces NFC dans les pièces imprimées en 3D, les ingénieurs peuvent les suivre et les numériser à l’aide d’un appareil mobile. En conséquence, les pièces sont facilement identifiables et peuvent fournir des informations utiles. BigRep planifie déjà de futures conceptions avec des capteurs qui indiquent l’état de la machine, déclenchent des contrôles de maintenance ou répertorient les informations sur les pièces de rechange.

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bigrep loci

Pour construire LOCI, BigRep a utilisé une gamme de matériaux dont le BigRep PRO HT (pour la carrosserie), le TPU (pour les pneus sans air), le PLX (pour les pare-chocs) et le PA6 / 66 (pour les poutres et les joints). Les pièces individuelles sont intégrées à des puces NFC qui fournissent des informations telles que le nom de la pièce, le type de matériau et l’ID de lot, la date et le lieu de production et la prochaine date de maintenance programmée. Voici à quoi ressemblent ces informations.

Ils l’appellent une «solution de transport du dernier kilomètre» pour les environnements urbains. Le véhicule est également une démonstration de la technologie d’impression à grande échelle de BigRep et de ses nouveaux matériaux d’ingénierie. Les capteurs intégrés pourraient inclure beaucoup plus de fonctionnalités à l’avenir, fournissant des fonctionnalités de sécurité et des conseils de maintenance. En plus de cela, LOCI est fortement personnalisable. Les utilisateurs peuvent demander des changements dans la manipulation, les matériaux, les propriétés structurelles, les pneus, la marque et même intégrer l’énergie solaire.

LOCI est plus qu’un véhicule, c’est l’évolution de la mobilité personnalisée. LOCI est une solution abordable pour le transport urbain, exploitant l’agilité de la FA tout en démontrant les avantages économiques de l’impression 3D pour une FA durable, tels que la fabrication de produits personnalisés sur site et à la demande. Daniel Buening, co-fondateur de NOWLAB et BigRep CIO

Capteurs imprimés en 3D

Au-delà de la simple intégration de capteurs fabriqués traditionnellement dans des pièces imprimées en 3D, les chercheurs utilisent également des encres conductrices pour imprimer directement des capteurs en 3D dans des objets. Une équipe de Wyss Institute et de Harvard SEAS a imprimé des circuits dans les doigts d’une main actionnée par la robotique douce pour lui permettre de «sentir» la pression, la température et le mouvement. Bien que ce soit une excellente mise à niveau pour de nombreux systèmes robotiques, cela améliorerait également considérablement les prothèses.

L’Internet des objets se développe chaque jour et l’impression 3D est une grande partie de cet écosystème connecté. La combinaison de géométries complexes et de fabrication multi-matériaux fait de l’impression 3D la méthode de fabrication idéale pour l’électronique embarquée et les capteurs, alors attendez-vous à voir plus de cas d’utilisation comme ceux-ci.

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