L'impression 3D à grande échelle implique une variété de technologies et de matériaux, et a été appliquée dans de nombreux domaines. En fait, la définition de "gros" est relative, et il n'y a pas de norme fixe. De manière générale, les maisons, les bateaux et les gros meubles sont tous de gros objets. L'impression 3D à grande échelle s'est progressivement imposée sur le marché à mesure que les fabricants, les artistes et les entreprises choisissent l'impression 3D pour répondre à leurs besoins en matière de produits à grande échelle. Les développeurs franchissent pas à pas la taille des imprimantes 3D, franchissent les limites techniques et impriment des produits de plus en plus grands. Quels sont donc les domaines d'application de l'impression 3D à grande échelle ? Qu'en est-il des grandes imprimantes 3D ?
La taille du produit dépend souvent de la technologie et des matériaux, et il est nécessaire de trouver un équilibre entre précision et taille, ce qui fait du choix de la bonne imprimante 3D un facteur clé de succès. Les logiciels jouent également un rôle important dans la création de gros produits, car la meilleure façon d'imprimer de gros objets est souvent de les imprimer en morceaux et de les assembler. Les produits imprimés en 3D à grande échelle comprennent, mais sans s'y limiter, les éléments suivants :
● Présentoirs, accessoires et signalisation
● Maisons et éléments architecturaux
●Pièces industrielles et métalliques
●Mobilier et véhicules
△Le Naturalis Biodiversity Center aux Pays-Bas possède son propre laboratoire d'impression 3D et a utilisé deux imprimantes 3D Builder Extreme 1500 Pro pour fabriquer une réplique du Tyrannosaurus rex
●Un musée des dinosaures sans Tyrannosaurus rex n'est certainement pas un vrai musée ! Sur la base d'un scan 3D d'un véritable fossile de T. rex, le Japan Dinosaur Museum a imprimé en 3D la réplique de 12-mètre de long et 5-mètre de haut comme une grande pièce imprimée à l'aide de deux Builder Extreme à grande échelle Imprimantes 3D utilisant du filament plastique PLA.
●Les conservateurs de musées, les concepteurs de décors et d'accessoires de cinéma, les fabricants de parcs d'attractions, de présentoirs pour conférences et expositions universelles, etc. choisissent également des imprimantes 3D grand format pour accélérer la production. En plus des avantages de vitesse et de coût, les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) jouent également un rôle. Grand effet, plus besoin de sculpture artificielle ou de création secondaire. De plus, une grande variété de matériaux est disponible, de la mousse ultra-légère au nylon extrêmement résistant rempli de fibres de carbone.
△L'artiste recouvre de plâtre une réplique imprimée en 3D de 17-pied de haut du David de Michel-Ange recréée pour l'Expo 2020 Dubaï
●Ce David de Michel-Ange de 17-pied de haut imprimé en 3D a été présenté à l'Expo 2020 de Dubaï pour promouvoir le tourisme à Florence. Il est impossible pour une imprimante 3D polymère suffisamment grande de produire une seule réplique dans des détails ultra-fins, elle a donc été divisée en 14 parties imprimables puis assemblée à la main, avec l'extérieur marbré peint à la main. À l'intérieur du David imprimé en 3D se trouve une structure en treillis qui aide à maintenir son poids à seulement 550 kg, tout en ayant la force d'emballer et d'expédier correctement.
△La société allemande Styles Werbetechnik utilise les imprimantes FDM à grande échelle Tractus3D pour produire des lettres d'enseignes lumineuses plus rapidement que les méthodes traditionnelles
●Styles Werbetechnik, une société allemande de production d'enseignes, a choisi la technologie d'impression 3D à grande échelle pour fabriquer des enseignes extérieures. Non seulement l'entreprise souhaitait accélérer la production, mais elle souhaitait également fabriquer des lettres en interne, plutôt que de s'appuyer sur des modèles de lettres standard de producteurs étrangers. La société affirme que l'utilisation de l'impression polymère FDM offre des possibilités de conception illimitées pour la fabrication de lettres profilées. Par exemple, la profondeur des lettres pour la signalisation lumineuse est limitée à un minimum de 60 mm dans les méthodes traditionnelles, mais peut être réduite à 30 mm dans l'impression 3D. Ils peuvent également fonctionner les soirs et les week-ends, ce qui accélère les temps de production car les imprimantes 3D n'ont pas besoin d'être surveillées pendant le processus.
△Le Smithsonian Museum a imprimé en 3D 120 statues grandeur nature de femmes leaders dans le domaine des STEM
En 2022, la Smithsonian Institution de Washington, DC a ouvert une exposition rendant hommage aux femmes scientifiques, comprenant 120 statues imprimées en 3D grandeur nature. Appelée "IfThenSheCan - The Exhibit", il s'agit de la plus grande collection jamais réalisée de statues féminines, chacune ayant été imprimée à l'aide de la technologie FDM.
maisons et éléments architecturaux
Lorsqu'il s'agit de projets d'impression 3D à grande échelle, les projets de logement sont bien sûr indispensables. Alors que peu de bâtiments sont exclusivement imprimés en 3D (nécessitant ou incorporant souvent des supports structurels tels que des armatures en acier ou des structures en bois traditionnelles), l'impression 3D peut servir en raison de sa rapidité, des économies de main-d'œuvre et de la durabilité structurelle. Pour la maison et l'hôtel. Le marché mondial de l'impression 3D de construction devrait croître de près de 20 % au cours des cinq prochaines années.
● Le bâtiment de deux étages illustré ci-dessous a été réalisé conjointement par les sociétés de conception architecturale et d'ingénierie Hannah et Cive et Peri 3D Construction, qui ont fourni des imprimantes 3D. La maison de 4,000-pieds carrés a été vendue à un enchérisseur anonyme et prendra un total de deux ans pour être achevée. L'imprimante à portique Cobod Bod2 de Peri, l'imprimante leader dans l'architecture d'impression 3D, est utilisée pour extruder des mélanges de béton spécialisés pour créer des cages d'escalier et d'autres structures fonctionnelles, et un total de 330 heures ont été imprimées sur ce projet.
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△La première maison à deux étages entièrement imprimée en 3D aux États-Unis est située à Houston
●En plus de la construction de bâtiments, les imprimantes 3D sont largement utilisées pour les éléments architecturaux, y compris les façades et les éléments historiques à restaurer, et pour la décoration intérieure, y compris les murs, les écrans et les cloisons. Il existe même des sols imprimés en 3D, des ponts imprimés en 3D et des récifs coralliens artificiels imprimés en 3D. Les matériaux de type béton ne sont pas la seule option dans la construction, les polymères jouent également un rôle. Branch Technology se spécialise dans l'impression 3D à grande échelle à l'aide d'extrudeuses polymères robotisées, créant tout, des sculptures aux habitats spatiaux. Son système de panneaux de construction innovant appelé BranchClad ouvre de nouvelles opportunités pour les façades de bâtiments. Il suffit de regarder la surface lunaire installée du côté opérationnel du nouveau camp spatial de l'US Space and Rocket Center (ci-dessous). Créées à partir de scans numériques de la lune, les façades présentent une étonnante fidélité à la surface lunaire. Le moule positif du motif lunaire a été imprimé en 3D puis peint avec un matériau en stuc.
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△ Le nouveau mur lunaire imprimé en 3D de Branch Technology est installé sur le côté de la nouvelle opération de camp spatial du US Space and Rocket Center
Pièces industrielles et métalliques
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△ Imprimante 3D métal Stargate de Relativity Space
● Le fabricant de fusées Relativity Space affirme que sa fusée imprimée en 3D Terran 1 est la plus grande structure imprimée en 3D jamais réalisée, elle mesure 35,2 mètres de haut et 2,3 mètres de diamètre. La fusée de nouvelle génération de la société, la Terran R, est tout aussi grande. Les deux sont imprimés en 3D sur du métal exclusif à l'aide de l'imprimante 3D Stargate de la société, en utilisant la technologie de dépôt d'énergie dirigée par robot. Relativity Space a déclaré que la capacité de la fusée à résister au stress du lancement était une énorme victoire, démontrant l'intégrité structurelle de sa méthode d'impression 3D en métal.
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△La reine Maxima des Pays-Bas a officiellement inauguré le pont d'impression 3D métallique MX3D.
●Le pont métallique sur le canal d'Amsterdam conçu par le laboratoire de Joris Laarman a été imprimé par MX3D à l'aide de la technologie de fabrication additive robotique à l'arc. Le "pont intelligent" en acier inoxydable de 12- mètre de long comprend un réseau de capteurs intégrés pour aider les chercheurs d'Amsterdam à étudier le rôle des systèmes IoT dans l'environnement bâti. Développée à l'aide de techniques de conception générative et d'optimisation de la topologie, la structure est extrêmement légère. Le pont MX3D présente également l'application de l'impression 3D métallique dans l'art et la sculpture.
● Ci-dessous, une autre impression MX3D installée par les artistes Mariagrazia Abbaldo et Paolo Albertelli à Turin, le Jardin Royal d'Italie. Surnommée "The Whale Passage", la sculpture de 880 kg montre les nageoires d'une baleine passant du sol. Tous les modèles réalisés au cours de ce projet ont été imprimés en 3D.
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△ "Whale Pass" a été conçu par Mariagrazia Abbaldo et Paolo Albertelli, et imprimé en 3D par MX3D
●L'impression 3D de grands métaux peut être utilisée dans de nombreux secteurs, les entreprises des secteurs de la marine, du pétrole et du gaz et des équipements de construction lourds étant capables de produire de grandes pièces plus rapidement, souvent sur site. Par exemple, l'hélice marine ci-dessous a été imprimée en 3D à l'aide de la technologie WAAM pour produire une forme proche du filet, qui a ensuite été usinée selon des tolérances plus strictes. Dans ce cas, WAAM remplace le forgeage et peut être réalisé plus près de l'endroit où il est nécessaire, en utilisant moins de matière première.
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△Cette hélice marine est l'un des premiers exemples d'application industrielle de la technologie WAAM
● Le métal d'impression 3D peut également réduire le poids des pièces, car l'impression 3D peut produire des formes qui ne peuvent pas être obtenues par forgeage ou moulage. La pièce de train d'atterrissage de l'avion (ci-dessous), mesurant 455 x 295 x 805 mm, est la première pièce imprimée en 3D par fusion laser sur lit de poudre au monde, selon le fabricant d'imprimantes SLM Solutions. Non seulement la pièce est 15 % plus légère que les pièces forgées traditionnelles, mais la technologie réduit également les délais d'exécution. Étant donné que le composant fait partie d'un système qui transfère les charges des roues à la structure de l'avion, il est fabriqué en titane pour plus de résistance. Le choix des matériaux confère à la pièce de fortes propriétés mécaniques tout en étant résistante à la corrosion sans nécessiter de revêtement, imprimée à l'aide d'une imprimante quad-laser SLM 800 3D. « La fabrication additive permet de gagner du temps dans la phase de qualification et de certification en livrant rapidement les pièces à tester. Nous sommes capables de produire des composants majeurs en quelques jours, L'utilisation du procédé de forgeage prend plusieurs mois.
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△Pièces de train d'atterrissage avant imprimées en 3D pour jets privés
L'impression 3D de grands moules pour la coulée de pièces métalliques est une application importante de l'impression 3D à grande échelle. Pour les pièces industrielles métalliques qui doivent être coulées, l'étape de fabrication du moule est laborieuse et prend du temps. Avec les imprimantes 3D à sable, les fabricants peuvent imprimer en 3D des moulages et des moules en sable directement sans avoir besoin de modèles à grande échelle. La VX4000 de Voxlejet est la plus grande imprimante 3D de moulage au sable au monde, et elle utilise la technologie de jet de liant pour produire non seulement d'énormes moules, mais des milliers d'entre eux en un seul processus d'impression.
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△Imprimante VX4000 de Voxlejet (Source : Voxeljet)
meubles et véhicules
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△Une chaise fabriquée en une seule pièce à l'aide d'une imprimante 3D WASP.
●Les designers d'intérieur optent également progressivement pour l'impression 3D grand format pour réaliser des conceptions complexes et l'utilisation de matériaux uniques. Les polymères, en particulier les plastiques recyclés, sont les matériaux les plus couramment utilisés pour les meubles imprimés en 3D, mais le béton et le métal peuvent également être utilisés. Ce pupitre d'écolier de la taille d'un enfant en Gambie (ci-dessous) est un exemple d'impression 3D répondant à un besoin pratique. Léger et durable, ce design peut être produit à partir de plastique recyclé, résolvant également le problème des déchets plastiques. Le modèle a été imprimé sur une imprimante 3D Magnum chez The Industry Sweden en plastique PETG, couramment utilisé dans les bouteilles de boissons.
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△ Des bureaux prototypes pour tester le concept de mobilier scolaire imprimé en 3D en Gambie, éventuellement en utilisant du plastique recyclé
● Il existe d'innombrables exemples de belles chaises et tables imprimées en 3D, y compris la belle collection de tables basses de NYXO Visionary Design (ci-dessous) fabriquées à partir de mousse PLA légère imprimée sur une imprimante 3D Colossus XS.
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△ La série de tables de sculpture Primavera a été conçue par la société d'architecture et de conception de produits basée à Dubaï NYXO Visionary Design et imprimée à l'aide de ColorFabb PLA sur une imprimante Colossus XS (Source : Colossus)
Le bateau imprimé en 3D illustré ci-dessous, qui mesure 7,72 mètres de long, entre dans le Livre Guinness des records du monde à la fois comme le plus grand bateau imprimé en 3D et le plus grand objet physiquement imprimé en 3D à ce jour. Le bateau a été imprimé en 2019 par le Center for Advanced Structures and Composites de l'Université du Maine. Il est composé de plastique et de cellulose de bois. Il n'a fallu que 72 heures pour imprimer en 3D et pèse 2,2 tonnes.
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△Un bateau grandeur nature entièrement imprimé en 3D produit par l'Université du Maine
●Les fabricants de vélos ont également choisi la technologie d'impression 3D pour résoudre les problèmes de soudure dans leur chaîne de fabrication. Un cadre imprimé en 3D d'une seule pièce permet non seulement de gagner du temps, mais il permet de nouveaux degrés de liberté de conception non limités par les joints structurels. Le fabricant de vélos a produit des modèles en composites de titane, d'acier et de fibre de carbone. Le vélo électrique à cadre en acier ci-dessous d'Urwahn a été produit en série à l'aide de l'impression 3D en métal pour obtenir un équilibre entre forme, fonction, construction légère et matériaux. Des élastiques spéciaux à l'arrière suspendent les roues arrière et génèrent un nouveau type de confort de conduite, tandis que le cadre en acier intègre le moteur et la batterie, indique la société.
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△ Vélo électrique à cadre en acier imprimé en 3D d'Urwahn
Conseils de conception et logiciel pour les gros tirages
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△La statue imprimée en 3D de 30-pied de haut est assemblée à partir de 365 pièces imprimées en 3D individuelles, et chaque pièce prend 28 heures à imprimer sur des imprimantes 55 3D
L'impression 3D en une seule pièce est souvent idéale car elle élimine le travail d'assemblage, accélère la production et améliore l'intégrité structurelle car il n'y a pas de coutures ou de surfaces. Cependant, si l'objet imprimé est si grand que vous devez le diviser en plusieurs parties, comment divisez-vous le modèle en impressions 3D ?
●Pour réaliser une grande impression 3D, vous pouvez diviser le modèle directement dans un logiciel de CAO (tel que Fusion360 ou Solid Works), ce qui a l'avantage de vous permettre de concevoir certaines aides à l'assemblage et à l'alignement, telles que des clous, des bosses et des rainures, des lèvres, ou trous et fentes ;
● Si vous allez simplement coller de gros objets ensemble ou utiliser des vis (uniquement pour les matériaux plus résistants tels que le nylon rempli de fibre de carbone), vous pouvez laisser l'opération de fractionnement à un outil trancheur tel que Cura. La segmentation est rapide et automatisée grâce aux outils de maillage de Cura ;
● Lors de la segmentation manuelle de la maquette numérique, évitez de passer directement par les zones de détail ou les zones d'appui. éviter de fendre au point le plus faible de la conception,
À savoir ces zones beaucoup plus fines que le reste du modèle.
Top imprimante 3D grande taille
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△Imprimante 3D Métal GEFERTEC Arc60x WAAM (Source : Gefertec)
Si vous souhaitez utiliser une imprimante 3D pour créer des pièces telles que de grandes pièces en plastique, des accessoires et des panneaux, vous pouvez utiliser des imprimantes 3D à filament grand format, qui sont essentiellement les mêmes que les imprimantes à filament de bureau. Certaines imprimantes peuvent imprimer avec des matériaux durables de qualité technique.
Si vous voulez aller plus grand que les plus grandes imprimantes FDM (plus 1 600 x 1 200 x 1 300), vous aurez besoin d'une imprimante 3D à bras robotique, un bras robotique avec une tête d'extrudeuse attachée à l'extrémité. Ils peuvent être placés sur des rails ou des portiques aériens, donc en théorie, il est possible d'imprimer à la taille des rails disponibles. Le record du monde Guinness pour la plus grande imprimante 3D est un assemblage de tête d'extrusion de portique à l'Université du Maine, qui peut atteindre 30,000 x 6 700 x 3,000 mm. Cependant, cette imprimante n'est pas à vendre. Un autre avantage des imprimantes à bras robotisé est qu'elles impriment souvent à l'aide de polymères sous forme de pastilles plus économiques.
Les impressions 3D en résine ne peuvent généralement pas dépasser 1 000 mm, à quelques exceptions près comme les Kings 1700 Pro et 3D Systems ProX 950 en raison des temps d'impression extrêmement longs. La résine prend généralement plus de temps que le FDM.
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△ L'imprimante 3D en béton de taille moyenne excelle dans les applications artistiques grand format
Les imprimantes 3D à béton sont un marché en plein essor, non seulement pour la construction de maisons, mais pour tout type de coffrage en béton, de meubles, de construction et même de pots de fleurs et de sculptures. L'impression 3D de très grandes pièces métalliques est souvent réalisée avec une technique d'impression 3D par dépôt d'énergie dirigée telle que la fabrication additive à l'arc électrique (WAAM). Ces méthodes utilisent une tête d'impression 3D montée sur un bras robotique, qui a une large portée et n'est limitée que par la taille du bras.
