Secrets de conception de la Form 2

Construire une imprimante 3D est compliqué. Différents systèmes (optique, mécanique, électrique et chimique) doivent fonctionner en harmonie afin de vous fournir des impressions 3D de haute qualité. Plus les systèmes sont nombreux, plus il y a de chances que quelque chose se passe mal.

Cet article est le premier d’une série qui documentera les étapes par lesquelles Formlabs est passé pour proposer sa dernière création : la Form 2. Développer un matériel aussi complexe, c’est l’un des moments les plus critiques : connecter et tester les sous-systèmes.

Gros plan donc sur le processus de création de la toute nouvelle imprimante SLA de bureau.

Conçue pour la Précision et la Fiabilité

La conception et la construction de la Form 1 et la Form 1+ leur a beaucoup appris. L’un de leurs principaux objectifs en développant cette nouvelle version était d’augmenter considérablement la qualité et la fiabilité. De leurs premiers prototypes fin 2014 jusqu’aux premières imprimantes qui partiront en livraison dans quelques semaines, la motivation centrale a toujours été la Fiabilité.

Un des premiers prototypes de la Form 2

Test de Vérification de la Conception

“Le Produit est coupable jusqu’à ce que l’on prouve son innocence” – Bill Drislane

Lorsque l’on conçoit un produit complexe, il est primordial d’identifier les problèmes liés aux prototypes aussi rapidement que possible. Cela ne permet pas de tester un produit fini mais cela permet de travailler sur les sous-systèmes. En fait, si l’on attend d’avoir un produit fini pour commencer la phase de test, c’est que l’on a attendu trop longtemps.

Test de longévité des composants

Le fabricant s’assure que tous leurs composants aient une durée de vie conséquente. Pour y parvenir, ils conçoivent des tests qui repoussent les limites physiques des composants principaux. Chacun des 50 composants de l’imprimante 3D Form 2 ont subi l’équivalent de 36 mois d’utilisation continue. Cela représente environ 2 millions de cycles d’impression avec les glissements, les rotations et les mouvements que cela implique. Tous leurs composants ont dû passer ce test d’endurance avant de passer à l’étape suivante de l’intégration : les sous-assemblés.

Concentration sur le laser

Les lasers sont au cœur des imprimantes 3D à stéréolitographie. La Form 2 possède un laser de précision de 250mW qui permet de dessiner un trajet optique à travers l’imprimante et qui fait durcir couche après couche la résine photo polymère.

Gabarit de test du laser – test de rodage et de durée de vie

Les lasers font partie intégrante du processus d’impression 3D SLA. Leurs systèmes optiques doivent passer avec succès de nombreux tests. Tout d’abord, ils testent le pouvoir optique des lasers. Ensuite, afin de simuler des milliers d’heures d’impression de manière plus rapide, les lasers sont utilisés à des températures plus hautes que la normale. En développement et en production, ils utilisent un profil de faisceau pour chaque laser. Ils utilisent des caméras et des capteurs spécialement conçus pour analyser et enregistrer la position des lasers afin de s’assurer que chaque faisceau possède la bonne taille, la bonne forme et des statistiques élevées.

Vérification de la taille du laser après l’impression

Galvanomètres de Précision

L’un de leurs objectifs principaux en construisant la Form 2 a été de concevoir et construire leurs propres galvanomètres. Ce sont des moteurs très précis dont les réponses rapides guident le laser pendant l’impression.

Mise en place de leurs propres galvanomètres

Pour cette nouvelle imprimante, ils ont eu besoin d’un niveau de précision et de fiabilité qu’ils n’ont pas trouvé dans les galvanomètres standards. Le fabricant a donc relevé le défi d’en construire par eux mêmes. Même si les galvanomètres sont relativement simples en termes de fonctionnalités et de pièces, le plus compliqué était de s’assurer que la conception était fiable et réalisable. Tester la validation de la conception a été partie intégrante du processus de développement.

Dans les tests sur le galvanomètre, ils ont étudié l’exactitude, la précision et la stabilité du laser. Leurs tests ont exposé les lasers et les galvanomètres à des conditions opérationnelles bien au-delà de l’utilisation normale d’une imprimante. Pendant ces tests, ils ont appliqué aux composants une puissance supérieure, des vitesses augmentées et des températures très hautes, et cela pendant des centaines d’heures tout en mesurant leurs performances.

Test d’une des premières séries de galvanomètres Formlabs

Elévation et glissement

La Form 2 possède des éléments mobiles primordiaux : le plateau qui monte et descend au fur et à mesure de l’impression (axe Z) et les mécanismes de remise à niveau de la résine entre chaque couche. Ils sont conscients que ses sous-systèmes sont très sollicités donc ils ont testé leur longévité.

Ils ont développé un banc de contrôle qui fonctionne de manière continue pour identifier le moment où ces composants cessent de fonctionner. Les deux éléments cités précédemment ont tellement bien fonctionné qu’ils ont stoppé les tests après 4 mois continus et environ 2 millions de cycles. Cela correspond à plus de 500 km (310 miles).

Toujours fonctionnel après 2 000 000 de cycles

Test continu de l’axe Z. Œil globuleux en option.

Système pour tester l’intégralité

La dernière étape consiste à les assembler et à les tester intensivement. L’interaction entre les sous-systèmes engendre des défis différents du fonctionnement en individuel. Pour s’assurer que tous les systèmes fonctionnent correctement ensemble, ils ont procédé à des tests à 50 niveaux, allant de la saturation électrique au choc statique en passant par des tests de situations environnementales extrêmes.

Ensuite , ils ont continué et positionné une Form 2 totalement assemblée dans une chambre à poussières pendant six heures.

La Form 2 possède un capteur optique avancé composé de lasers et de galvanomètres de précision. Et l’ennemi numéro un des capteurs est la poussière. Pour tester la résistance à la poussière de l’imprimante, ils l’ont placé dans une chambre hermétique et ont inséré de la poudre de talc pendant six heures. A la fin de ce test, la Form 2 a continué d’imprimer à pleine performance. Techniquement, cela signifie que vous pouvez utiliser l’imprimante de Formlabs dans le désert du Sahara, à condition bien sûr de trouver une prise électrique.

Test de résistance à la poussière de la Form 2 – après 6 heures, l’impression fonctionne encore

Tout imprimer

Après voir terminé la torture des sous-systèmes, le fabricant a passé des centaines d’heures de test pour s’assurer d’une chose : des impressions fiables.

Une des caractéristiques les plus importantes de la Form 2 est sa fiabilité à imprimer des pièces de grande taille et densité. Pour tester cette fonction, Formlabs a conçu des modèles qu’ils ont imprimé encore et encore sur plusieurs imprimantes pour tester la variation et la répétabilité des pièces imprimées.

Pièce prototype pour le nouveau finish kit

Test de la précision d’impression avec une structure fractale

Vous pouvez constater leurs tests drastiques sur les images ci-dessus. Ils contiennent des coupes transversales variées qui débutent par une base très large et se terminent de bords excessivement fins. Ces tests leur permettent de confirmer que le processus d’impression peut couvrir une large gamme de besoins.

Dans la nature

Les tests et les vérifications ne s’arrêtent pas à la première imprimante qui sort de l’usine. Le vrai test commence lorsque les utilisateurs de l’imprimante commencent l’impression sur la machine. Après avoir passé tous les tests en interne, ils continuent de tester l’imprimante à l’aide de leur programme de beta-testeurs. Restez à l’écoute pour le prochain épisode, et n’hésitez pas à partager vos commentaires sur le sujet !

Traduit depuis l’article de Formlabs : http://bit.ly/1NAwyss

Retrouvez les différents produits relatifs à la Form 2 : cartouches de résines et les pièces détachées.