Impression 3D : Géants | Hackaday

Newton a dit: « Si je vois plus loin que les autres, c’est en me tenant sur les épaules de géants. » Pour l’impression 3D, cependant, ce pourrait être l’inverse. Si un imprimeur imprime plus grand que d’autres, il utilise probablement un travail développé pour des imprimeurs plus petits. Il existe actuellement une variété de très grandes imprimantes 3D et vous voyez fréquemment des affirmations dans la presse comme « la plus grande imprimante 3D du monde ». Roboze, par exemple, fait cette affirmation avec un volume de construction de 1 mètre sur chaque axe.

Pour ne pas les contester, mais selon vos définitions, il existe des imprimantes FDM avec une plus grande capacité de volume. Il existe également de nombreuses autres machines revendiquant à peu près la même taille, du WORKBENCH XTREME de 3D Platform au re:3D Terabot. Bien sûr, tout cela a un prix élevé. Mais nous avons même vu une imprimante homebrew avec un lit de 800 mm x 500 mm. De plus, les imprimantes à lit infini ne sont pas si rares, bien qu’elles aient certaines limites. En particulier, ils ne sont généralement grands que sur un axe.

Ensuite, il y a les grosses machines industrielles qui impriment des choses comme des maisons, des ponts et des bateaux. L’Université du Maine, par exemple, a une grande imprimante qui a un lit de 100 pieds et imprime environ 500 livres de plastique par heure ! Tout cela pour seulement 2,5 millions de dollars. Vous pouvez voir dans la vidéo ci-dessous que le refroidissement des pièces se fait d’une manière assez unique sur cette imprimante.

Les problèmes

Il est facile de penser que si vous pouvez fabriquer une imprimante capable d’imprimer la taille d’une carte postale, vous devriez pouvoir la mettre à l’échelle jusqu’à la taille d’un panneau d’affichage sans trop de problèmes. Mais ce n’est pas le cas. Concentrons-nous sur les imprimantes de style cartésien.

Vous avez essentiellement quelques choix. Vous pouvez déplacer le lit, vous pouvez déplacer la tête d’impression ou vous pouvez avoir une combinaison. Par exemple, de nombreuses imprimantes déplacent la tête dans les directions X et Z, puis déplacent le lit dans la direction Y. D’autres déplacent le lit dans la direction Z et déplacent la tête en X et Y. Ce dernier schéma est particulièrement populaire pour la mécanique de base XY.

Commençons donc par le lit. S’il bouge, un grand lit sera lourd. Il est également plus difficile d’obtenir un joli lit plat à mesure qu’il s’agrandit. C’est bon. Gardez simplement le lit immobile autre que dans l’axe Z, alors, n’est-ce pas ? Il nécessite aussi probablement un chauffage. Si vous avez déjà eu une imprimante bon marché avec une alimentation sous-alimentée, vous savez que même faire chauffer un lit de 150 mm peut être un défi. Contrairement au bloc chauffant, vous essayez d’obtenir une assez grande surface qui dégage de la chaleur pour rester au chaud. Lorsque vous multipliez la taille, vous multipliez ce problème. Pour réduire la charge sur l’alimentation électrique, optez peut-être pour un chauffage AC.

Le lit doit également supporter plus de poids. Certes, pour toute imprimante de taille raisonnable, le plastique supplémentaire n’est probablement pas trop lourd, mais si vous fabriquiez quelque chose de géant ou imprimiez dans un matériau dense (comme du béton), cela pourrait poser un autre problème. De plus, nous avons déjà vu une pièce imprimée en 3D peser plus de 1 500 livres, alors pensez grand. De plus, si le lit se déplace dans l’axe Z, ce système doit soulever le plus grand lit avec les radiateurs les plus lourds à bord.

En parlant de lits, le nivellement d’un grand lit sera encore plus délicat qu’il ne l’est aujourd’hui, bien que le nivellement automatique puisse y contribuer. Une autre chose qui peut être pire est la déformation. Les pièces plus grandes auront plus de force lorsqu’elles se contractent.

Rigidité

Un lit qui ne bouge pas sera plus facile à caler, mais vous avez toujours le mécanisme pour soutenir la tête. Certaines très petites imprimantes utilisent un bras en porte-à-faux pour maintenir la tête d’impression, mais même la plupart des imprimantes de taille normale prennent en charge les deux extrémités. À un moment donné, la tête aura besoin de rails ou de tiges plus grands ou de tout ce que vous utilisez pour la soutenir.

Bien sûr, tout problème d’alignement s’amplifie également à mesure que vous grandissez. Cet écart de 0,5 mm à 200 mm sera beaucoup plus large à 1 mètre. Les erreurs de toutes sortes s’additionneront, bien sûr. Une petite oscillation sur une tige d’axe Z ou un peu de glissement sur une courroie s’ajoutera à mesure que la course augmente.

Malheurs de la fin chaude

En supposant que vous n’allez pas faire quelque chose d’étrange comme diviser le lit d’impression en zones, vous devez également tenir compte de l’extrémité chaude. Nous n’aimons déjà pas attendre les impressions 3D sur nos imprimantes normales. Une imprimante géante a probablement besoin d’une buse plus grande et de débits très élevés pour augmenter la vitesse d’impression. Mais cela prend plus de température. Certains des hotends les plus récents sont conçus pour un débit élevé et même un chauffage, mais ce sera un problème plus important avec une très grande imprimante. Mais considérez l’imprimante de l’Université du Maine. Il utilise une buse de 10 mm pour produire des lignes de 12,5 mm en couches de 5 mm.

En parlant de haut débit, si vous photographiez vraiment pour un gros objet, il y a un autre souci : l’approvisionnement en matière. Si vous alimentez une bobine, va-t-elle s’épuiser ? Encore une fois, l’énorme imprimante prend des pastilles ce qui est logique. Il vous suffit de garder la trémie pleine.

Une réponse, bien sûr, est d’utiliser plus d’un hotend, bien que cela pose ses propres problèmes. Nous avons vu une machine à 5 têtes en 2017.

Métiers du design

Faire des compromis est un élément fondamental de l’ingénierie. Nous voulons des voitures sûres, mais une voiture indestructible coûterait cher à l’achat et à l’exploitation. Alors vous faites des compromis. Il en va de même pour la conception d’une imprimante surdimensionnée.

Grande imprimante 3D
Une très grande imprimante réalisée dans le cadre d’un mémoire de maîtrise.

Bien sûr, nous avons déjà pris une décision fondamentale que vous pourriez revoir : nous utilisons une imprimante FDM normale. Un bras de robot ou une imprimante SCARA serait une autre option, bien que vous ayez juste un ensemble différent de compromis à faire. Il n’y a pas de solution parfaite. Peut-être que les très grandes imprimantes seront des robots mobiles qui chevauchent leur ad hoc plaque de construction, s’élevant du sol ou descendant d’en haut ?

Quels sont vos projets pour fabriquer une imprimante géante ? Si vous voulez une inspiration détaillée, il y a cette thèse de maîtrise qui détaille la construction d’une grande imprimante. Le coût était de quelques milliers de dollars, mais cela comprenait du matériel donné. Bien sûr, votre imprimante actuelle peut imprimer des objets énormes. Mais pas tout d’un coup. Quoi que vous fassiez, assurez-vous de nous le faire savoir afin que nous puissions vous aider à partager votre conception.