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Oui, il existe un autre processus d’impression 3D par micro-ondes

Le professeur Eli Jerby (à gauche) avec Amir Shelef et leur imprimante 3D micro-ondes [Source: Eli Jerby]

Quand j’ai vu l’imprimante 3D à micro-ondes inhabituelle de 3DSLA.RU en novembre dernier chez Formnext, j’ai pensé que c’était la seule.

J’avais tort.

Il s’avère que beaucoup de recherches ont été consacrées à cette forme d’impression 3D à l’Université de Tel Aviv par le professeur Eli Jerby. Ils travaillent sur ce processus depuis au moins dix ans.

Impression 3D micro-ondes

Qu’y a-t-il de si intéressant dans l’impression 3D par micro-ondes? Il s’agit d’une approche de production d’objets métalliques, qui se fait par faisceau laser ou électronique dans la plupart des imprimantes 3D métal actuelles. Cependant, les lasers puissants nécessaires pour faire fondre rapidement la poudre métallique sont assez coûteux, ce qui entraîne des coûts de machine importants. D’autre part, une approche micro-ondes pourrait être nettement moins coûteuse, car les générateurs micro-ondes sont couramment disponibles.

J’ai parlé avec le professeur Jerby pour en savoir plus sur ce travail, le processus et où tout cela se dirige.

Fabbaloo: Qui est impliqué et quand avez-vous commencé?

Prof. Eli Jerby: «L’idée d’utiliser des micro-ondes localisées pour la fabrication additive (FA) de pièces métalliques a été inventée il y a dix ans par moi-même de l’Université de Tel Aviv (TAU), en Israël, avec des collègues de l’ASCAMM (maintenant EureCat) en Catalogne, en Espagne.

Le brevet original (délivré en 2017) est disponible ici (PDF).

Depuis, j’ai mené le projet R&D dans notre laboratoire à TAU avec mes étudiants chercheurs. Actuellement, le principal doctorant de ce projet est M. Amir Shelef. Le projet est soutenu par le ministère israélien de la Science et de la Technologie (MOST) et par l’Israel Science Foundation (ISF). »

Fabbaloo: Comment le projet a-t-il commencé? Quelle a été l’inspiration?

Prof. Eli Jerby: «Le projet a débuté lors d’une visite de M. Rafael Rubio et M. Xavier Planta de l’ASCAMM (Espagne) chez Scilense Microwave Ltd. (Israël), une start-up qui a développé en 2008-2012 une invention précédente, la perceuse à micro-ondes , publié dans Science Magazine en 2002.

La perceuse à micro-ondes utilise l’effet de chauffage par micro-ondes localisé (LMH), qui ressemble dans une certaine mesure au chauffage laser, et a donc inspiré l’utilisation du LMH également pour la FA des pièces métalliques (en remplacement des lasers).

Fabbaloo: Sans dévoiler de secrets, comment fonctionne le processus en quelques phrases?

Oui, il existe un autre processus d'impression 3D basé sur les micro-ondes
Concept d’imprimante 3D micro-ondes [Source: Eli Jerby]

Prof. Eli Jerby: «Fondamentalement, l’effet LMH conduit à une instabilité thermique locale d’emballement, due aux propriétés du matériau dépendant de la température, qui augmente rapidement la température dans un petit hotspot. En ce qui concerne les poudres métalliques, une puissance micro-ondes localisée de l’ordre de 200 W peut augmenter la température locale dans une région de ~ 1 mm3 d’environ 1 000 ° C en ~ 1 seconde. Cette capacité nous permet de faire fondre de petits lots de poudres métalliques afin de les solidifier et de les joindre de manière incrémentielle. Dans ce procédé LMH-AM, il n’y a pas besoin de lit de poudre. La poudre est fournie par petits lots de poudre à la demande (PoD). »

Fabbaloo: Quels types de matériaux sont applicables?

Prof. Eli Jerby: «Alors que nos travaux récents se concentrent sur les poudres métalliques dans un schéma PoD, le brevet mentionné ci-dessus couvre également la fourniture de la matière première sous forme de fil, et il se réfère également à d’autres matières premières telles que la céramique. Les poudres métalliques que nous utilisons peuvent être les mêmes que celles utilisées dans les systèmes AM laser (qui sont généralement des poudres fines et assez chères) ou des poudres de qualité bien inférieure (granulométrie grossière, grosses granulométries, poudres métalliques bon marché). »

Fabbaloo: Pourquoi le processus est-il important? Quels avantages présente-t-il par rapport aux autres processus?

Prof. Eli Jerby: «Le principal avantage de notre concept, et donc son importance, est son faible coût (tant au niveau de l’installation que de l’exploitation). L’équipement LMH-AM est basé sur des dispositifs RF / micro-ondes disponibles dans le commerce, importés d’applications largement répandues de chauffage par micro-ondes ou de communication cellulaire. Ceux-ci sont beaucoup moins chers que les composants laser. En outre, le fonctionnement du processus LMH-AM est moins cher en raison du rendement élevé du processus micro-ondes (peut-être jusqu’à ~ 70%) et en raison de l’approche PoD, qui permet d’économiser sur les problèmes de manipulation de poudre, de logistique et de sécurité.

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Exemple d’impression d’imprimante 3D micro-ondes: une tige en laiton construite couche par couche de gauche à droite [Source: Eli Jerby]

Fabbaloo: Quelles sont les limites du processus?

Prof. Eli Jerby: «La principale limitation du processus LMH-AM est la résolution inférieure par rapport à la technique laser. La taille du voxel est dictée par la taille du lot de poudre et les paramètres LMH, et est généralement de l’ordre de ~ 1 mm3 ou plus. Cette résolution d’échelle nécessite un post-traitement dans de nombreuses applications, ou une opération hybride (par exemple, en utilisant LMH pour la structure brute et un laser pour les détails finaux). »

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Impression d’échantillon d’imprimante 3D micro-ondes, une tige en laiton construite horizontalement (à gauche) [Source: Eli Jerby]

Fabbaloo: Quelles pourraient être les futures applications commerciales du procédé?

Prof. Eli Jerby: «Le procédé LMH-AM peut apporter des réponses économiques de deux manières:

En tant que système LMH-AM autonome, il peut répondre aux besoins en 3DP d’objets métalliques relativement gros et rugueux.

Dans une approche hybride, le LMH-AM pourrait être incorporé avec des 3DP à laser ou même avec des machines CNC, de manière à ce que le LMH-AM effectue la construction structurelle principale et que le laser ou la CNC complète les détails les plus fins. Cette hybridation peut réduire considérablement les coûts de production. »

Fabbaloo: Quelles seront vos prochaines étapes?

Prof. Eli Jerby: «Nous souhaitons transférer notre LMH-AM à l’industrie, et espérons le voir mis en œuvre dans la réalité. Nous recherchons maintenant un partenaire industriel / commercial qui dirigera la prochaine étape du transfert de technologie LMH-AM vers le marché, et nous sommes bien entendu disposés à poursuivre nos efforts de R&D sur cette ligne.

Fabbaloo: Avez-vous l’intention de commercialiser le procédé à un moment donné dans le futur?

Prof. Eli Jerby: « Oui, certainement. Bien que la plupart de notre travail se fasse encore dans un environnement universitaire, nous souhaitons certainement (personnellement et institutionnellement) le commercialiser. Nous pensons qu’il a un grand potentiel pratique, notons par exemple notre récente publication sur le système LMH-AM à transistors (liens ci-dessous) qui démontre le potentiel LMH-AM en tant que solution compacte et peu coûteuse pour la 3DP brute de pièces métalliques. « 

Oui, il existe un autre processus d'impression 3D basé sur les micro-ondes

L’équipe a en effet breveté ce procédé via le brevet US 9 578 695, «Method And Devices For Solid Structure Formation By Localized Microwaves», par E. Jerby, A. Salzberg, Y. Meir, FJ Planta, R. Rubio, B. Cavallini, déposé 24 septembre 2013 et accordé le 21 février 2017.

A lire  L'impression par injection signifie l'impression 3D de meilleures pièces, plus rapidement - ImpressionEn3D.com

Si des lecteurs sont intéressés à commencer une commercialisation de cet ouvrage, il vaut mieux contacter le professeur Jerby dès que possible.

Pour plus de détails, le professeur Jerby suggère de consulter leurs articles publiés sur le sujet:

Sur la perceuse à micro-ondes

  • E. Jerby, V. Dikhtyar, O. Actushev, U. Grosglick, «La perceuse à micro-ondes», Science, Vol. 298, pages 587-589, 18 octobre 2002.

Sur la fabrication additive à base de micro-ondes

  • E. Jerby, Y. Meir, A. Salzberg, E. Aharoni, A. Levy, J. Planta Torralba, B. Cavallini, «Incremental metal-powder solidification by localisé micro-ondes-chauffage et son potentiel pour la fabrication additive», (PDF ) Fabrication additive, vol. 6, pp. 53-66, 2015.
  • M. Fugenfirov, Y. Meir, A. Shelef, Y. Nerovny, E. Aharoni, E. Jerby, (2018) «Solidification incrémentale (vers impression 3D) de poudre métallique confinée magnétiquement par chauffage micro-ondes localisé» (PDF ), COMPEL – Int’l Jour. Comp. Math. Élire. Eng., Vol. 37, pp. 1918-1932, 2018.
  • A. Shelef, E. Jerby, «Solidification incrémentale (vers l’impression 3D) de poudres métalliques par un applicateur micro-ondes à transistor», Materials and Design, Vol. 185, art. N ° 108234, 5 janvier 2020.

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