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La technique d’impression 3D multi-axes améliore la force FDM sur 2X – ImpressionEn3D.com

Des chercheurs internationaux ont créé un nouveau cadre pour renforcer les impressions 3D en alignant les filaments, détaillant leur étude dans le récent «FDM renforcé: alignement de filaments multi-axes avec force anisotrope contrôlée».

Comme cela a été montré depuis longtemps, l’anistropie est généralement une faiblesse de l’impression 3D, en particulier dans les processus de modélisation de dépôts fondus. En raison de la faiblesse relative de la liaison inter-couches, l’axe Z est beaucoup plus faible que les axes X et Y. Dans le cas de cette recherche, cependant, l’anisotropie est en fait utilisée pour améliorer la résistance des objets imprimés en 3D de plus de deux fois. Cela contraste avec les méthodes plus conventionnelles généralement utilisées pour renforcer des pièces telles que la modification de la géométrie, l’optimisation de paramètres tels que l’orientation d’impression ou le pourcentage de remplissage et la structure, ou l’exécution d’un traitement de post-traitement via des caractéristiques thermiques ou chimiques.

Cette recherche utilise le nouveau cadre pour tirer parti de l’anisotropie, créant une «optimisation basée sur le terrain» pour la fabrication de couches courbes (et un meilleur contrôle) pour les structures de support. À l’aide de l’analyse par éléments finis (FEA), les champs ont été optimisés pour une impression sans collision et des parcours d’outils générés sur les couches courbes pour aligner les filaments dans les directions souhaitées. Les échantillons pour l’étude ont été créés sur une imprimante 3D FDM.

Dans des études précédentes, l’anisotropie des propriétés mécaniques a été utilisée pour renforcer les modèles, le remplissage et les microstructures étant également adaptés pour une meilleure topologie. Des analyses structurelles ont été effectuées pour évaluer la meilleure direction d’impression, tandis que d’autres ont étudié l’orientation appropriée en utilisant les facteurs de sécurité FEA. En fin de compte, cependant, la plupart des chercheurs ont réalisé les limites présentées par le dépôt de couches planes.

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Alors que le «pipeline de calcul» de cette étude a été utilisé pour créer des couches courbes et des parcours d’outils tels que désignés par la distribution principale des contraintes, les auteurs ont constaté que le plus grand obstacle était d’optimiser simultanément l’alignement des filaments tout en traitant les contraintes de fabrication. Des recherches antérieures ont tenté d’utiliser l’impression 3D multi-axes; cependant, les résultats ont montré un succès limité, et aucune application d’anisotropie mécanique n’a été provoquée en raison de «différents parcours d’outil d’alignement des filaments».

Un champ vectoriel a été identifié pour «régir les gradients du champ», puis les champs scalaires ont pu être calculés à la fin. En utilisant cette approche, l’équipe a pu prendre un problème d’optimisation non linéaire et le transformer en plusieurs problèmes d’optimisation linéaire qui pourraient être facilement résolus, avec d’autres algorithmes écrits pour permettre l’accès et la manipulation approfondie de l’épaisseur de la couche.

La conception de parcours d’outils au sein d’un triple collecteur signifiait également améliorer l’accessibilité, la génération de support, l’épaisseur de couche et la génération de parcours d’outils. En fin de compte, ces problèmes ont été résolus en trouvant la meilleure orientation avec une nouvelle métrique, permettant la relaxation du champ et en affinant le maillage, le tranchage et le rognage. Plusieurs échantillons ont été créés, tous présentant les couches courbes générées par le nouveau cadre de calcul.

L’une des limitations les plus préoccupantes de cette technique était la vitesse plus lente. Bien que la précision ait été améliorée, les chercheurs ont noté que le compromis était la difficulté d’obtenir des mouvements de rotation à grande vitesse et stables. Parallèlement à cela, une autre contrainte est venue:

«Notre méthode basée sur les rayons pour déterminer les régions en surplomb nécessite des structures de support, qui peuvent générer des rayons n’ayant aucune intersection avec les couches antérieures ou la plate-forme. Lorsque cela se produit, nous appliquons une certaine perturbation locale pour ajuster l’orientation d’un rayon jusqu’à ce qu’il puisse croiser la plate-forme », ont expliqué les chercheurs. «C’est une autre limite de notre approche. Il vaut la peine d’étudier une meilleure méthode pour la génération de support. En utilisant une conception optimisée (par exemple, [Dumas et al. 2014]) peut réduire considérablement le temps et les matériaux utilisés pour fabriquer les structures de support. »

Dans l’ensemble, cependant, l’expérience s’est avérée «encourageante», d’autant plus que les modèles imprimés en 3D avec cette méthode peuvent résister à des charges exponentiellement plus élevées que dans l’impression 3D FDM basée sur une couche plane.

[Source / Images: “Reinforced FDM: Multi-Axis Filament Alignment with Controlled Anisotropic Strength”]

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