La fabrication additive apporte de la lumière dans l'obscurité

Motifs rétroéclairés – la créativité n’a pas de limites. © Fraunhofer IPA/Photo : Christian Bay

Revêtement de porte rétroéclairé imprimé en 3D. © Fraunhofer IPA/Photo : Christian Bay

La production est complexe, le recyclage difficile : des pièces en plastique complexes, qui doivent être translucides à certains endroits, exigent beaucoup d'efforts des fabricants et des entreprises de recyclage. Grâce à une méthode d'impression 3D sophistiquée, des spécialistes du Fraunhofer IPA et de l'Université de Bayreuth ont réussi à fabriquer ces pièces en un seul étape de fabrication et entièrement à partir du même matériau.

Que ce soit le tableau de bord, les garnitures ou les boutons et commutateurs rétroéclairés pour la climatisation et la radio – de nombreux composants automobiles et appareils électriques possèdent des éléments lumineux ou des symboles éclairés de manière sélective. Lors de la conduite, le contraste entre le fond sombre et le symbole clair aide à reconnaître rapidement la touche souhaitée la nuit et à rester concentré sur la circulation.

Même pour de petites pièces comme des boutons et des leviers, la fabrication de symboles rétroéclairés nécessite plusieurs matériaux avec différentes transparences, diverses étapes de processus ou une épaisseur de pièce variable. Ces matériaux sont généralement liés de manière indissociable, ce qui réduit considérablement leur recyclabilité. Le groupe de projet Process Innovation de l'institut Fraunhofer pour la technologie de production et d'automatisation IPA et le hub technologique Impact Hub du département de production respectueuse de l’environnement de l’Université de Bayreuth utilisent la fabrication additive pour rendre la production de ces pièces en plastique fonctionnalisées plus écologique et économique.

»La recyclabilité et la rapidité des processus jouent un rôle de plus en plus important dans la fabrication de pièces techniques, en particulier dans la fabrication additive«, explique Marco Wimmer du Fraunhofer IPA. »En exploitant le potentiel de la fabrication additive ainsi que des matériaux innovants et des technologies de machines, de nouvelles possibilités de fabrication pour des pièces fonctionnalisées émergent.«

Des pièces translucides sélectionnées à partir de poudre

Comme matériau de départ pour la fabrication additive de pièces translucides sélectionnées, l'équipe de recherche de Wimmer utilise des poudres de plastiques thermoplastiques finement moulues. Parmi celles-ci, on trouve par exemple des elastomères thermoplastiques souples, des plastiques rigides comme le polybutylentéréphthalate (PBT) ou des copolymères transparents ou translucides. Ces poudres de plastique, disponibles commercialement ou encore en cours de développement, sont paramétrées par les chercheurs de Bayreuth pour le procédé de frittage à haute vitesse (HSS) et testées en laboratoire. Les résultats sont présentés dans le « réseau de matériaux HSS », un réseau visant à augmenter la disponibilité des poudres de plastique pour les prestataires et les utilisateurs.

Le HSS appartient aux procédés de lit de poudre du « Powder Bed Fusion of Polymers with Infrared Radiation » (PBF-IR/P), un groupe de procédés de fabrication additive où une fine couche de poudre de plastique est déposée sur une plateforme chauffée et humidifiée à l’aide de têtes d’impression à jet d’encre avec une encre à base de résine. Ensuite, une source de rayonnement infrarouge traverse le lit de poudre. La résine dans l’encre absorbe le rayonnement, chauffe et fait fondre la poudre de plastique de manière sélective. En variant la quantité d’encre déposée, l’équipe de recherche peut influencer localement les propriétés de la pièce.

La lumière et l’ombre sont proches

La transparence d’une zone dépend de la quantité de résine appliquée localement sur la poudre de plastique. Pour faire fondre la poudre, seule une petite quantité de résine est nécessaire. Elle colore légèrement la pièce en gris clair, mais les propriétés translucides de la poudre de plastique prédominent. Si plus que la quantité minimale nécessaire à la fusion est appliquée, la transparence de la lumière diminue localement en conséquence.

Les chercheurs de Bayreuth exploitent cette interaction pour fabriquer des pièces additivement avec des motifs, des inscriptions et des symboles en haute résolution, puis les faire briller à l’aide d’une source lumineuse. Grâce à la haute résolution d’impression des têtes d’encre à jet d’encre, des contrastes forts entre clair et foncé ainsi que des transitions fluides peuvent être réalisés.

Écologique et économique, en voie rapide

Des motifs, des inscriptions et des symboles personnalisés, des structures tridimensionnelles complexes avec des éléments lumineux ou des pièces translucides pour des combinaisons de capteurs et d’éclairage – tout cela peut être produit grâce à cette méthode d’impression 3D sophistiquée en une seule étape de fabrication et sans modification constructive de l’épaisseur des pièces. Et comme les pièces en plastique sont entièrement fabriquées à partir du même matériau, elles peuvent être recyclées sans problème.

»La fabrication additive soulage la nature et l’économie : grâce à une fabrication durable et à des processus courts, il est possible de fonctionnaliser des pièces sans restrictions constructives avec des structures translucides sélectionnées«, résume Wimmer.