Le système 3D peut produire des objets avec une brillance spatialement variable

Jusqu’à présent, l’impression 3D n’a pas été une entreprise très glamour. Le procédé de fabrication par fabrication additive est connu pour l’impression de pièces industrielles en plastique ou en métal et n’est pas aussi souvent utilisé pour produire des objets d’art ou d’autres produits plus créatifs.

Cela pourrait changer avec un nouveau matériel d’impression 3D et un nouveau système d’impression logiciel conçu par des chercheurs du MIT qui peuvent produire des objets avec des motifs de brillance réalistes et spatialement variés dans des finitions brillantes et mates – une première pour ce type de processus de fabrication, ont déclaré les chercheurs.

Une équipe dirigée par Michael Foshey, ingénieur en mécanique du Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL), a conçu le système, qui utilise des vernis du commerce pour laisser un éclat brillant sur les objets imprimés. Il a qualifié l’accomplissement de « chapitre du livre sur la façon de reproduire l’apparence haute fidélité à l’aide d’une imprimante 3D ».

Le nouveau système ouvre la voie à la fabrication de reproductions d’œuvres d’art, de prothèses plus réalistes et d’autres types d’objets pouvant imiter les produits originaux de sorte que « vous ne pourriez presque pas faire la différence entre l’objet et la reproduction », a déclaré Foshey, qui a collaboré avec Michal Piovarči de l’Université de Lugano en Suisse et d’autres sur le projet.

Repenser l’équipement

Jusqu’à présent, les imprimantes 3D conçues pour les polymères n’ont pas été conçues pour imprimer des objets avec différents types de brillance, ce qui en soi est une mesure de la quantité de lumière réfléchie par une surface. Une brillance élevée est réfléchissante, tandis qu’une brillance faible, également connue sous le nom de mat, n’est pas réfléchissante.

Les vernis qui donnent de la brillance ont tendance à être moins visqueux et peuvent sécher en une surface lisse, tandis que les vernis qui donnent une finition mate sont plus visqueux, avec une consistance plus proche du miel que de l’eau. Ces derniers types de vernis contiennent de gros polymères qui, une fois séchés, dépassent de manière aléatoire de la surface et absorbent la lumière.

« Vous avez un tas de ces particules qui sortent de la surface, ce qui vous donne cette rugosité », a expliqué Foshey dans un communiqué de presse.

Les imprimantes 3D commerciales et industrielles utilisées aujourd’hui ont des canaux de fluide minces et des buses qui se bouchent facilement s’ils doivent extruder des matériaux plus visqueux, ce que nécessiterait l’impression d’objets avec des finitions brillantes et mates, a-t-il noté.

Reproduire une surface avec un brillant variant dans l’espace est actuellement une entreprise à forte intensité de main-d’œuvre. L’objet doit être imprimé avec une brillance élevée ainsi que des structures de support qui couvrent les endroits où les concepteurs souhaitent une finition mate. Le matériau de support est ensuite retiré pour donner à la surface finale une rugosité, a déclaré Foshey.

Par conséquent, jusqu’à présent, « il n’y a aucun moyen de demander à l’imprimeur de produire une finition mate dans une zone, ou une finition brillante dans une autre », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.

Simplifier le processus

Pour créer un moyen de le faire, Foshey et son équipe ont développé une imprimante avec de grandes buses et la possibilité de déposer des gouttelettes de vernis de différentes tailles. Le réservoir sous pression de l’imprimante stocke le vernis, qui est libéré en gouttelettes sur la surface d’impression par l’ouverture et la fermeture d’une vanne à pointeau.

L’imprimante peut produire une variété de tailles de gouttelettes en contrôlant des facteurs tels que la pression du réservoir et la vitesse des mouvements de la vanne à pointeau, a déclaré Foshey. Plus il y a de vernis libéré, plus la gouttelette déposée est grosse, une relation qui s’applique également à la vitesse à laquelle l’imprimante libère une gouttelette, a-t-il déclaré.

« Plus il va vite, plus il s’étend une fois qu’il a touché la surface », a déclaré Foshey dans un communiqué de presse. « Donc, nous faisons essentiellement varier tous ces paramètres pour obtenir la taille de gouttelettes que nous voulons. »

Pour fabriquer un objet dont la brillance varie dans l’espace, l’imprimante utilise trois vernis du commerce (brillant, mat et un entre les deux) et utilise une technique appelée demi-teinte qui organise des gouttelettes de vernis discrètes en motifs qui, lorsqu’elles sont vues de loin , apparaissent comme une surface continue. « Nos yeux font le mixage eux-mêmes », a expliqué Foshey dans un communiqué de presse.

Le résultat du processus est un rendement continu de nuances de brillance variant dans l’espace sur une surface d’impression, a-t-il déclaré. Un article sur le travail est disponible en ligne et sera présenté lors de la conférence SIGGRAPH Asia du mois prochain. Les équipes du MIT et de l’Université de Lugano ont également collaboré avec des chercheurs du Max Planck Institute et de l’Université de Princeton.

En plus du matériel, l’équipe de Foshey a également inventé un pipeline logiciel pour contrôler la sortie de l’imprimante afin qu’un utilisateur puisse indiquer le motif de brillance souhaité sur la surface avant l’impression. L’imprimante exécute ensuite un étalonnage et teste divers motifs de demi-teintes des trois vernis fournis, en basant le motif de demi-teintes pour le travail d’impression final sur cette mesure.

L’équipe a imprimé une variété d’objets, principalement des impressions à plat avec des textures variant d’un demi-centimètre de hauteur, pour prouver la technologie. Les chercheurs prévoient de continuer à développer le matériel pour une utilisation sur des objets entièrement 3D, ont-ils déclaré, dans le but ultime de l’intégrer dans des imprimantes 3D commerciales.