Début 2015, une start-up est-allemande, AIM3D a entrepris de révolutionner le monde de l'impression 3D en créant une machine d'impression 3D qui offrirait le potentiel de devenir à terme un outil standard sur chaque établi. Un défi inattendu dans cette quête de développement d'une machine d'impression 3D flexible et économiquement efficace était de trouver un fournisseur approprié d'un système de guidage linéaire de haute qualité qui répondrait à leurs besoins.
Les fondateurs d'AIM3D GmbH, tous de l'Université de Rostock sur la côte Est de l'Allemagne, avaient pour objectif de réduire considérablement le coût de la fabrication additive de pièces métalliques. D'après leur expérience, l'utilisation généralisée de la fabrication additive avait jusqu'à présent échoué en raison des coûts élevés des matériaux et des machines. Aujourd'hui encore, de nombreuses imprimantes 3D n'acceptent qu'un seul matériau et dépendent souvent de matériaux coûteux pour l'impression.«Notre ambition était de créer« la »machine-outil du 21ème siècle qui a sa place dans n'importe quelle entreprise, un peu comme un tour ou un centre de fraisage dans le 19esiècle,"déclare Robert Radon, responsable du développement mécatronique.
Lorsque l'équipe autour d'AIM3D a commencé à construire les premiers prototypes de son imprimante 3D, l'ExAM 255, ils étaient convaincus que trouver des guides linéaires adaptés à leurs besoins serait simple - cela ne semblait pas une tâche extraordinairement complexe. Cependant, il est vite devenu évident que ce n'était pas le cas«Pour rendre le processus d'impression aussi précis que possible, il est essentiel que les deux têtes d'impression soient parfaitement alignées, même à des vitesses élevées. Afin d'éviter tout choc lors de l'impression, le support du plateau d'impression doit également être construit de manière à être totalement stable., explique René Zielke, responsable du développement des plantes.
«De plus, étant donné que le mécanisme de montée et de descente des têtes d'impression est une interface tellement visible entre l'utilisateur et la machine, il était important pour nous que le guide linéaire ait l'air et se sente de haute qualité,»ajoute Zielke qui a été impliqué dans le développement de l'imprimante dès le début. Alors que les ingénieurs d'AIM3D visaient à réduire drastiquement le coût de la fabrication additive, ils ne voulaient pas le faire en faisant des compromis sur la qualité. Cependant, trouver cette combinaison de fonctionnalités à un prix acceptable s'est avéré plus difficile que prévu. Ils se sont penchés sur un certain nombre de fournisseurs de systèmes de guidage de solutions linéaires, mais rien n'a satisfait leurs exigences élevées jusqu'à ce qu'ils rencontrent HepcoMotion. HepcoMotion se spécialise dans les solutions linéaires et les composants d'automatisation de haute qualité et, célébrant cette année son cinquantenaire, s'est forgé une réputation pour ses produits haut de gamme, qui nécessitent peu d'entretien et garantissent une précision absolue.
Ingénierie haut de gamme
Mark Völkers, représentant commercial d'HepcoMotion, a conseillé l'équipe AIM3D sur les produits les plus adaptés à leur application:«Il n'y avait pas beaucoup d'espace dans l'imprimante et les guides sont soumis à des charges considérables sous une forte accélération tout en ayant besoin de travailler de manière fiable et précise. Ici, les roulements minces d'Hepco et la glissière NV20 de notre système de guidage linéaire GV3 étaient la meilleure solution ».explique Völkers.
Les roulements minces d'HepcoMotion sont directement montés sur les deux têtes d'impression interchangeables et, avec les glissières NV20 d'HepcoMotion, ils garantissent que la tête d'impression est déplacée de haut en bas à une vitesse de 2,5 m / s avec une précision absolue. Le mouvement xy est réalisé par trois vis à billes; deux sur l'axe x et un sur l'axe y. Le mouvement Z pour l'impression se fait via deux vis à billes. L'ExAm 255 utilise deux têtes d'impression afin de gérer facilement les éventuels changements de matériau. Pendant le processus d'impression, la deuxième tête d'impression qui n'est pas utilisée est constamment soulevée de 10 mm pour ne pas entrer en collision avec l'objet à imprimer.
Un avantage important de la gamme GV3 de l'expert linéaire HepcoMotion est la possibilité de réajuster les roulements et donc d'éliminer le jeu qui se développe à cause de l'usure pendant la durée de vie du produit.«Ainsi, au lieu de devoir démonter et changer le guide linéaire et le roulement, vous pouvez simplement réajuster notre roulement, ce qui est évidemment beaucoup plus rapide et économique».ajoute Völkers.«La capacité d'ajuster et de réajuster était extrêmement importante pour nous, car même les plus petits écarts de l'ordre du micromètre sont inacceptables dans le produit final,»ajoute Zielke.
L'action autonettoyante du GV3 était également une caractéristique importante dans cet environnement où la saleté et les débris sont une présence constante. Grâce à la forme spécifique des guides en V, les particules de saleté sont constamment repoussées par le mouvement des roulements pendant le processus d'impression. Cette fonction d'auto-nettoyage assure une longue durée de vie du système même dans des environnements sales comme le processus d'impression. «En fin de compte, nous avons été tout simplement convaincus par les produits Hepco; la qualité et les caractéristiques du produit étaient correctes. Nous avons également trouvé très utile de recevoir un échantillon sur lequel nous pourrions expérimenter, ce à quoi nous ne nous attendions pas car nous ne sommes pas encore un acheteur en gros », explique Zielke, expliquant la décision d'utiliser le système GV3 d'Hepco.
Prêt à partir
Il a fallu deux ans de travail de développement pour terminer l'ExAM255, mais AIM3D GmbH est maintenant prête à passer à la production en série et attend le brevet pour ses têtes d'impression CEM E-1 Extruder. L'imprimante peut traiter presque tous les granulés moulés par injection jusqu'à un diamètre de 3 mm. «La particularité de l'extrudeuse E-1 est que le client n'a pas à acheter des filaments de polymère ou des poudres métalliques coûteux», explique M. Radon, qui a travaillé comme assistant de recherche à l'université avant de fonder l'entreprise. La possibilité d'utiliser des granulés d'injection standard rend le processus beaucoup moins coûteux. De plus, le même matériau peut être utilisé pour les prototypes et la fabrication finale, ce qui rend la transition du prototype au produit fini plus économique et plus rapide pour l'utilisateur final. «À mon avis, nous sommes la seule entreprise à ce jour à avoir développé une telle imprimante 3D universellement utilisable. Bien que quelques-uns fonctionnent avec des granulés de polymère, ils n'offrent pas le choix dans la gamme de matériaux et c'est une caractéristique unique de notre système », explique Zielke.
Une caractéristique notable de l'imprimante AIM3D est la séparation de la forme et de la fusion pendant le processus d'impression. Lors de l'impression, seul le matériau support thermoplastique est fondu pour donner à un composant sa forme. Ensuite, le composant peut être retravaillé avant le processus de frittage proprement dit. Cela réduit à son tour les coûts d'outillage et d'usinage pendant le post-traitement. Le liant est ensuite retiré du support thermoplastique (dans un processus en deux étapes) et finalement fritté dans un four créant ainsi le produit final.
Les prototypes ont été bien accueillis, en particulier de la part de l'industrie automobile où les plastiques chargés de fibres de verre sont couramment utilisés. Dans cette industrie, les marges sont faibles et il y a un besoin constant de s'adapter. Nous avons ici une imprimante 3D qui ne repose plus sur son propre écosystème, mais qui fonctionne avec des matériaux et des outils standardisés et facilement disponibles, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de fabrication additive. Partie centrale du système, le GV3 d'Hepco fonctionne bien depuis plus d'un an dans les prototypes et Hepco restera le fournisseur de choix d'AIM3D en matière de systèmes de guidage linéaire.