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 de 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 boîtiers dans des pièces imprimées en 3D. Voici quelques-unes des façons dont la fabrication additive mène vers des objets plus intelligents.
Drones pré-assemblés imprimés en 3D
Le Centre d’impression 3D de NTU à Singapour (SC3DP) et Stratasys ont développé conjointement un drone imprimé en 3D avec une électronique intégrée en 2016. L’un des obstacles à l’intégration de l’électronique dans une pièce imprimée en 3D est de faire en sorte que l’électronique survive au processus d’impression, qui est généralement très chaud. Parce que ce drone a été imprimé en ULTEM, un matériau à haute température, le problème de chaleur a été exacerbé. Le créateur du drone, M. Phillip Keane, doctorant NTU, explique :
« L’un des défis les plus difficiles a été de trouver des composants électroniques qui pourraient théoriquement survivre au processus d’impression à haute température. Nous avons dû ajouter quelques modifications de protection thermique 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, offrent également une surface plane pour que l’imprimante 3D continue d’imprimer dessus.
L’ensemble du processus d’impression n’a pris 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. Sa fabrication en ULTEM le rend incroyablement léger et durable, capable de suspendre 60 kg sur son châssis.
Guide des imprimantes 3D et des filaments ULTEM
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 de garder une trace des mesures de performance et des capacités de la machine est particulièrement utile dans les industries avec de lourdes responsabilités d’ingénierie et de maintenance. C’est pourquoi le concept d’« 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 des réparations nécessaires.
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 canalisations mais cela limite leur précision ; l’encastrement 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 l’un des principaux promoteurs 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 appareils orthodontiques imprimés en 3D qui améliorent les soins aux patients grâce à la rétroaction des capteurs. Les appareils orthodontiques 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 objectifs en ce moment est le traitement, et ici nous pouvons observer 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
Capteurs imprimés en 3D
Au-delà de la simple intégration de capteurs fabriqués de manière traditionnelle 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 du Wyss Institute et de Harvard SEAS a imprimé des circuits dans les doigts d’une main actionnée par robotique douce pour lui permettre de «sentir» la pression, la température et le mouvement. Bien que ce serait une excellente mise à niveau pour de nombreux systèmes robotiques, cela améliorerait également considérablement les prothèses.
L’Internet des objets grandit 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.
