La polyvalence de l'impression 3D SLA, un atout pour les bureaux d'études
La mission de Glassboard est parfaitement définie : elle consiste à soutenir les entreprises les plus ambitieuses à l’échelle mondiale dans la création de produits qui rencontrent l’approbation générale. Leur équipe va bien au-delà de la simple création de fichiers en CAO et de présentations sous forme de diapositives. Elle offre un accompagnement complet aux entreprises à toutes les étapes du processus de développement, les aidant à concrétiser leurs produits, à négocier les tarifs et à établir des chaînes d’approvisionnement robustes.
Travaillant pour de nombreux secteurs, l’équipe de Glassboard Design a réalisé que l’impression 3D était un outil de choix pour créer des produits de pointe. Grant Chapman, vice-président des opérations, explique : « Glassboard est une entreprise de développement de produits polyvalente, mais nous essayons d’avoir suffisamment d’expertise pour relever n’importe quel défi. Nous travaillons pour une multitude de secteurs. Cela va du cyclisme aux soins de santé, en passant par l’électronique grand public. Nous faisons un peu de tout. Grâce à Formlabs, nous disposons d’un outil qui nous sert dans tous ces secteurs, ainsi que d’une large gamme de matériaux qui nous permet de faire ce que nous voulons. »
Dans le cadre de cet article, vous ferez la connaissance de l’équipe de Glassboard et explorerez comment elle tire parti de l’imprimante Form 2 ainsi que de la Form 3BL pour concevoir des produits innovants et élaborer des solutions répondant aux objectifs ambitieux de leurs clients.
Un matériau SLA pour chaque projet
BioMed Clear Resin est utilisée pour créer des moules transparents qui laissent voir les bulles d’air ou d’autres imperfections.
Lorsqu’on interroge les représentants de Glassboard sur la raison pour laquelle ils optent pour les imprimantes 3D Formlabs, leur réponse est sans équivoque : une variété de matériaux est à disposition pour chaque besoin.
L’équipe de Glassboard opère dans un vaste éventail de domaines, et chaque projet demande une approche spécifique ou une méthode de fabrication différente pour atteindre le prototype idéal. Cela peut aller de l’injection de moules au thermoformage en passant par le moulage de silicone. Par conséquent, l’équipe requiert une imprimante 3D qui puisse s’adapter aux diverses exigences et produire des pièces de qualité. Selon M. Chapman, « plus la gamme de matériaux s’agrandit, plus mon travail est simplifié. C’est aussi simple que ça. »
Un exemple récent illustre parfaitement cette situation. En effet, Glassboard a collaboré avec Sunny, une entreprise spécialisée dans les produits d’hygiène féminine qui cherchait à introduire sur le marché une nouvelle coupe menstruelle et à trouver une approche innovante pour se démarquer.
Glassboard avait conscience que ce type de produit, un article flexible en contact avec le corps humain, nécessitait la création de prototypes et des essais approfondis. Dans ce contexte, M. Chapman s’est appuyé sur ses collaborateurs les plus fiables, à savoir ses deux imprimantes 3D SLA Formlabs. Il a ainsi entamé l’impression du prototype de la coupe menstruelle en utilisant la résine Elastic 50A Resin et la Flexible 80A Resin.
« Pour le produit Sunny, nous avons vraiment utilisé toute la gamme de résines proposée par Formlabs : souples, élastiques, gommeuses, rigides,… Nous n’en avons oublié aucune. » – Grant Chapman
Dans d’autres projets, l’équipe avait l’exigence de disposer d’un matériau capable de réussir des tests de résistance aux impacts, une exigence diamétralement opposée à celle d’un dispositif de soins de santé biocompatible. Pour répondre à cette demande, ils ont opté pour l’impression de la pièce en utilisant la résine Tough 2000 Resin, soumettant ensuite cette dernière à des essais de chute et de résistance extrêmement rigoureux. M. Chapman a déclaré : « nous avons aussi travaillé sur un produit de sécurité imprimé avec Tough 2000 Resin qui a passé tous les tests d’impact et a résisté à de nombreuses chutes. Toutes les autres pièces du produit étaient en polycarbonate et formées sous vide à partir de moules imprimés avec la Form 3BL. »
Sans la vaste gamme de résine Formlabs, M. Chapman ne pense pas que la plupart de ces projets auraient vu le jour, ou auraient été aussi réussis. Il ajoute : « si ce prototype de produit de sécurité existe, c’est grâce à la Form 3BL : c’est grâce à elle qu’il a pu passer les tests de certification et que nous avons pu trouver le matériau adapté. »
Les trois résines préférées de Glassboard Design pour résoudre les problèmes de développement de produits sont les suivantes :
- Tough 2000 Resin : d’après l’équipe, « c’est un matériau vraiment fonctionnel. Il ressemble tellement au plastique qu’il permet de réaliser des prototypes de pièces fonctionnelles telles que des assemblages par encliquetage et des charnières mobiles. »
- Draft Resin, parce qu’elle est « incroyablement rapide, précise et esthétique », nous dit Ben Ettinger, ingénieur principal en développement de produits.
- Et enfin, l’une des préférées de M. Chapman, Rigid 10K Resin: « quand vous avez lancé Rigid 10K Resin, j’ai cru rêver, car les données techniques avaient l’air trop belles pour être vraies. J’ai immédiatement commandé un litre pour la tester, et les résultats le confirment… ce matériau est excellent. »
Les moules d’injection imprimés en 3D sont un élément essentiel du processus de développement de Glassboard.
Cet éventail de résines présente un atout majeur pour le processus de développement de produits. En effet, les imprimantes Form 2 et Form 3BL se révèlent être des équipements polyvalents, en mesure de concrétiser toutes les idées envisagées par M. Chapman et M. Ettinger, tout en satisfaisant les exigences de leurs clients. M. Chapman a déclaré que « tous nos autres outils sont conçus pour ne fabriquer qu’un seul type de produit. Alors que vous, vous avez une résine pour tout. Quelle résine allez-vous encore nous sortir ? En fait peu importe : on est sûr qu’elle sera super. Grâce à elle, nous pourrons sans doute répondre aux demandes d’un nouveau secteur ou créer de nouveaux prototypes. Quoi qu’il en soit, elle nous permettra de faire de belles choses. »
La Form 3BL pour le développement de produits
Glassboard a recours aux imprimantes Form 2 et Form 3BL
Après avoir imprimé avec succès des moules de formage sous vide, l’équipe a étendu son utilisation à d’autres projets. M. Chapman explique : « nous avons fait beaucoup de formage sous vide pour un de nos projets. Nous avons commencé à imprimer des moules de formage sous vide sur la Form 3BL en Draft Resin pour thermoformer de très grandes pièces. Jusqu’il y a peu, ces moules auraient été imprimés en plusieurs morceaux avec une Form 2 avant d’être assemblés ; mais ce processus nécessite un temps d’impression plus long. Auparavant, les concepteurs n’avaient recours au formage sous vide que pour fabriquer des emballages, des baignoires ou des coques de casque. Mais nous commençons à comprendre qu’il est également possible d’utiliser le formage sous vide pour créer des pièces beaucoup plus complexes, à condition que l’on conçoive des moules adaptés et que l’on prévoie des évents. Cela nous permet également de produire des prototypes en thermoplastique sans avoir recours au moulage par injection. Je pense que nous commençons tout juste à maîtriser cette technologie, et je suis curieux de voir ce que nous serons capables de produire l’année prochaine. »
L’équipe a également tiré parti de la vaste plateforme de production de la Form 3BL pour imprimer simultanément plusieurs petites pièces. Initialement, ils envisageaient principalement son utilisation pour le prototypage de pièces et de moules de grande taille. Toutefois, comme l’a expliqué M. Chapman, la précision exceptionnelle offerte par la technologie Low Force Stereolithography les a progressivement incités à privilégier la Form 3BL par rapport à la Form 2. M. Chapman explique : « un client pour qui nous réalisons également des moulages en deux parties avec de l’uréthane avait besoin en urgence d’un grand nombre de prototypes pour une petite pièce flexible. Au lieu d’utiliser le même moule, de le nettoyer et de tout recommencer, nous avons décidé d’imprimer 30 moules avec la Form 3BL pendant la nuit. Ainsi, nous avons pu les assembler, utiliser les moules le jour suivant, et tout envoyer en même temps. Il nous aurait fallu trois ou quatre impressions avec une Form 2, pour à peine une impression avec une Form 3BL. »
M. Chapman a ajouté : « nous sommes très impressionnés par la Form 3BL jusqu’à présent, et les mises à jour logiciel apportées au cours des cinq derniers mois, notamment celles concernant les paramètres de support, ont fait une énorme différence. Le retrait des supports en est considérablement facilité. En bref : je suis très satisfait de cette gamme de produits ».
Intégrer le thermoformage en interne
Glassboard a partagé deux projets qui illustrent clairement comment l’impression 3D a révolutionné leur processus de conception : un palet de test et un casque. Dans ces projets, ils ont conçu des moules creux avec des éléments transversaux à l’intérieur pour renforcer leur résistance et prévenir tout risque de casse lors du formage sous vide. Les surfaces de moulage comportent des petits trou d’air d’un diamètre de 1,5 mm, nécessaires au processus de thermoformage sous vide. Le palet d’essai présentait une forme simple avec des épaisseurs de paroi allant de 0,5 mm à 0,8 mm et des angles de dépouille d’au moins deux degrés. Le casque, en revanche, était plus complexe avec des épaisseurs de paroi de 4 mm et des caractéristiques de conception plus élaborées, notamment des zones de contre-dépouille. Les moules étaient conçus en plusieurs parties pour permettre leur séparation du produit thermoformé.
Ces moules ont été imprimés en une seule journée avec la résine Draft de Formlabs sur la Form 3L, avec une hauteur de couche de 200 microns. En raison de la grande taille du casque, l’équipe a opté pour la résine Draft de Formlabs, connue pour sa vitesse d’impression élevée, afin de pouvoir itérer plus rapidement. Une fois les supports retirés, environ 20 minutes de ponçage et de finition ont été nécessaires pour parachever les pièces. Aucun polissage ni produits de démoulage n’ont été requis. Pour les petites pièces, ils préfèrent généralement la résine Grey de Formlabs pour minimiser le risque de déformation, en particulier pour les sections fines et longues.
Au total, l’équipe a produit 15 palets de test et 2 casques. Ils n’ont rencontré aucun problème avec la thermoformeuse sous vide : aucune fusion ni déformation des feuilles n’a été observée, et les moules n’ont subi ni fissures ni brûlures. Bien qu’ils n’aient pas poussé les moules à la limite en termes de cycles de production, ils estiment qu’ils pourraient en supporter de nombreux autres à condition de respecter le temps de refroidissement de huit à dix minutes. Ce temps de refroidissement pourrait même être réduit à deux ou trois minutes en utilisant un matériau d’impression 3D doté de meilleures propriétés thermiques, comme la résine Rigid 10K de Formlabs.
Jusqu’à présent, l’équipe sous-traitait la fabrication des outillages. Toutefois, en optant pour la production interne avec une imprimante Formlabs, ils ont pu réduire les coûts de fabrication de ces outils de 90 % et accélérer le délai de production, passant de plusieurs semaines à quelques jours seulement.
Les matériaux biocompatibles Formlabs pour le développement de produits
Le matériau Dental LT Clear V2 Resin s’est avéré extrêmement polyvalent, servant non seulement à la création de prototypes de pièces biocompatibles, mais également à la fabrication de moules. Pour les moules de grande taille, l’équipe a utilisé sa Form 3BL.
M. Chapman nous a confié que « le principal avantage de Dental LT Clear V2 Resin, c’est qu’elle est adaptée au contact avec les muqueuses. Nous pouvons l’utiliser en toute confiance pour des produits qui pourraient entrer en contact avec la peau, qu’ils soient moulés en silicone ou imprimés en 3D. L’autre avantage de Dental LT Clear V2 Resin est qu’elle permet d’imprimer avec une grande précision et de retirer facilement les supports. Et ce ne sont que quelques-uns de ses nombreux avantages. »
La création de moules transparents avec Dental LT Clear V2 Resin a également été un atout. « La résine est transparente. Lorsque nous remplissons les moules, nous pouvons voir s’il y a accidentellement des bulles d’air ou des vides, que nous pouvons ensuite tirer ou aspirer », nous dit M. Chapman.
Pour de nombreux produits de consommation, les concepteurs ne visent pas à réinventer complètement la conception ni à résoudre des problèmes techniques majeurs. Dans le cas de Sunny, des versions antérieures du produit sont déjà disponibles. La véritable question consiste à déterminer comment améliorer l’expérience des consommateurs par rapport à ces produits existants, et c’est là que l’itération des petits détails peut apporter une réelle valeur ajoutée.
Selon M. Ettinger, « ce qu’ils ont surtout apprécié, c’est de pouvoir constamment recevoir de nouveaux retours pour chaque itération de conception. Chaque nouveau prototype les rapprochait du produit final. Je pense que cela a été probablement la partie la plus satisfaisante de tout le processus. »
La fiabilité est essentielle
Les différentes pièces qui ont servi à créer l’applicateur et la coupe pour Sunny.
L’équipe de Glassboard est déterminée à affronter tous les défis qui se présentent à elle, et pour ce faire, elle dépend d’un outil d’une fiabilité incontestable. La fiabilité joue un rôle essentiel dans la réalisation efficace de projets tels que celui de Sunny, où la création de dizaines de prototypes est nécessaire. Dans un tel contexte, des échecs d’impression pourraient avoir de graves conséquences et compromettre le succès du projet.
Selon M. Chapman, « la fiabilité est un élément clé. Si une imprimante tombe en panne, ce ne sont pas les deux heures qu’il faut pour la réparer qui posent problème, mais le fait que la pièce que vous comptiez expédier est maintenant manquante. Et c’est là que la fiabilité est absolument essentielle. Ce n’est pas le temps d’arrêt. C’est la pièce que vous avez promise à un client et que vous pensiez être prête. Si une imprimante tombe en panne ou a un problème quelconque, vous manquez une échéance, ce qui peut avoir de lourdes conséquences. »
Finalement, l’équipe a développé plus de 100 prototypes pour l’applicateur et la coupe de Sunny. Étant donné que le produit entre en contact avec le corps humain, en particulier dans une zone aussi délicate, l’équipe était consciente qu’il serait impossible d’atteindre la conception parfaite en seulement quelques essais. Le produit devait non seulement être esthétiquement plaisant, mais aussi adapté à une variété de types de peau. Selon M. Chapman, c’est la raison pour laquelle les itérations rapides sont si importantes : « notre objectif, pour presque tous les produits que nous développons en interne, est de trouver le moyen de créer un prototype aussi rapidement et facilement que possible. La question est : comment pouvons-nous obtenir un produit prêt à être fabriqué avant même de commander l’outillage et de choisir le fabricant ? Il n’y a pas trente-six solutions : il faut itérer, itérer, et encore itérer. »
M. Chapman a résumé ce qu’il pense de l’impression 3D en disant : « j’aurais aimé avoir appris à utiliser l’impression 3D il y a des années, car elle est maintenant devenue incontournable. » Compte tenu de leur polyvalence et de leur fiabilité, Glassboard prévoit que la Form 2 et la Form 3BL seront désormais intégrées dans chaque projet.
