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[Cas d’étude Zortrax] Impression 3D de composants à faible coût pour une lampe de surveillance de la qualité de l’air

5/04/22

ZORTRAX - 3D Printing Low-Cost Components for an Air Quality Monitoring Lamp

Impression 3D de composants à faible coût pour une lampe de surveillance de la qualité de l’air

Résumé

  • PLM DATA S.r.l.® est une entreprise italienne spécialisée dans le prototypage et l’impression 3D de composants en petites séries sur demande.
  • Récemment, l’équipe a fabriqué un composant de boîtier pour une lampe sensorielle innovante appelée AQI-NOS avec l’utilisation de Zortrax M300 Plus et de Zortrax M300. Ils ont utilisé Z-HIPS et Z-GLASS.
  • La lampe utilise une électronique simple pour détecter les valeurs de qualité de l’air et les communiquer via des LED.

L’impression 3D occupe une position bien établie dans la production d’articles d’utilisation finale à faible coût et hautement personnalisés. De nombreuses entreprises suivent cette approche où, avec une idée et un projet de bonne qualité, elles peuvent réaliser efficacement leurs visions en utilisant des équipements de fabrication additive.

L’une des entreprises ayant un profil commercial similaire est PLM DATA S.r.l.® basée à Naples, en Italie. Elle a été créée par une équipe d’ingénieurs ayant une vaste expérience dans la mise en œuvre de projets CAD/CAM, spécialisés dans le prototypage et l’impression 3D de composants en petites séries sur demande. Au cours des dernières années, l’entreprise a participé à plusieurs projets dans différents domaines en livrant avec succès des pièces d’utilisation finale pour les vélos de montagne VTT utilisés dans les Championnats de vélo de montagne UCI ou les valves à oxygène lors de la première vague de la pandémie.

ZORTRAX - 3D Printing Low-Cost Components for an Air Quality Monitoring Lamp

Imprimantes 3D Zortrax dans l’atelier PLM DATA S.r.l.®.

Récemment, PLM DATA S.r.l.® a fabriqué des composants pour une lampe sensorielle, dont le but principal est la surveillance de la qualité de l’air. Pour cette étude de cas, l’équipe a partagé avec nous la façon dont l’impression 3D a rationalisé son flux de travail pendant la production.

COMMENT L’IMPRESSION 3D PERMET DE TRANSFORMER UNE IDÉE EN OBJET PERSONNALISÉ

En janvier de cette année, Monica Massera, une architecte basée à Naples, a contacté l’équipe de PLM DATA S.r.l.® et leur a demandé de l’aide pour son concept d’une lampe sensorielle innovante appelée AQI-NOS. Monica préparait la pièce pour une exposition internationale « ECHINO DESIGN » tenue à Naples qui devait montrer la relation entre le design, l’art et la science avec des formations et des structures observées dans la nature. Et en fait, comme le dit l’architecte : « Le projet AQI-NOS a été inspiré et conçu à partir d’études et d’observations directes d’ECHINOIDS, c’est-à-dire d’oursins. »

Le projet de la lampe supposait l’utilisation d’une électronique simple qui détecterait les valeurs de la qualité de l’air et les communiquerait à travers un code lumineux signalé par des LED. Tous les composants électroniques étaient censés être enfermés dans un boîtier imprimé en 3D.
Les ingénieurs de PLM DATA S.r.l.® se sont répartis toutes les tâches nécessaires et ont commencé le travail de conception et d’impression 3D du boîtier de la lampe.

ZORTRAX - 3D Printing Low-Cost Components for an Air Quality Monitoring Lamp ZORTRAX - 3D Printing Low-Cost Components for an Air Quality Monitoring Lamp

La lampe AQI-NOS au salon ECHINO DESIGN à Naples, Italie


ÉTAPE 1 DU FLUX DE TRAVAIL : TRANSPOSITION DES CROQUIS DANS LE LOGICIEL CAO

Tout d’abord, les experts de PLM DATA S.r.l.® ont étudié les croquis de la lampe que Monica avait préparés dans le logiciel AUTOCAD pour déterminer tous les aspects techniques du projet. « Nous voulions comprendre quels matériaux et quelles imprimantes étaient les plus adaptés à l’impression 3D de modèles et aux coûts de production », – explique Andrea Bifulco, concepteur CAO 3D chez PLM DATA S.r.l.®.

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La conception CAO de la lampe AQI-NOS préparée par Andrea Bifulco

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La conception CAO montrant comment les éléments électroniques seraient incorporés dans l’impression 3D.

Ensuite, le designer s’est occupé de toutes les étapes de modélisation 3D en transposant les croquis dans le logiciel de CAO – PTC Creo Parametric 3D. Il a repensé la lampe et apporté des améliorations significatives à sa conception et à son style. L’ensemble du modèle était divisé en un corps central cylindrique à ailettes de la lampe avec une fente pour un filtre à air et une base de support avec un logement pour la carte mère et le bloc d’alimentation.


Workflow Step 2: 3D Printing of the Enclosure Parts

Après la modélisation, Francesco Verdosci, un autre membre de l’équipe PLM DATA S.r.l.®, est passé à la préparation des modèles dans le logiciel Z-SUITE et à leur impression 3D. Étant donné que la lampe AQI-NOS était censée mesurer 240 mm (9,45 pouces) de hauteur et la base de support 260 mm (10,23 pouces) de largeur, Francesco a choisi les imprimantes 3D à grand volume : Zortrax M300 Plus et Zortrax M300. De cette façon, l’ingénieur n’a pas eu à diviser les composants en pièces plus petites car ils s’intègrent facilement dans l’espace de travail disponible dans les machines.

ZORTRAX - 3D Printing Low-Cost Components for an Air Quality Monitoring Lamp

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L’étape d’impression 3D du corps central à ailettes de la lampe réalisée sur la Zortrax M300 Plus en filament Z-GLASS.

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Le modèle 3D fini de la base de support de la lampe.

En ce qui concerne les filaments, Francesco a sélectionné Z-HIPS pour la base de support et Z-GLASS pour le corps central. Z-HIPS offrait une bonne résistance mécanique pour protéger l’électronique installée dans la base, alors que Z-GLASS avait l’aspect esthétique crucial dans ce projet : « Nous avons choisi d’utiliser Z-GLASS car Monica exigeait une grande transparence du corps central de la lampe. d’avoir la bonne intensité lumineuse des LED à l’intérieur du modèle », – souligne Francesco.


ÉTAPE 3 DU FLUX DE TRAVAIL : ASSEMBLAGE DE LA LAMPE

Une fois tous les composants prêts, l’équipe a commencé à installer les éléments électroniques qui faisaient partie intégrante du fonctionnement de la lampe AQI-NOS. À l’intérieur du corps cylindrique à ailettes, se trouve un capteur de détection de gaz innovant BOSCH BME688. Il est équipé d’une intelligence artificielle miniaturisée capable de détecter directement les valeurs « AQI » – l’indice de qualité de l’air. L’appareil identifie la présence de composés organiques volatils (COV), de composés soufrés volatils (VSC) et d’autres gaz tels que le monoxyde de carbone et l’hydrogène. La lampe s’illumine à l’aide de LED également installées à l’intérieur du corps central.

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A gauche, il y a la lampe AQI-NOS après l’étape d’impression 3D. À droite, il y a la lampe avec tous les composants électroniques installés dans le boîtier.

La communication entre le capteur et les LED est garantie par la carte mère Raspberry spécialement programmée. Il dispose d’un système d’exploitation qui prend facilement des mesures de température, d’humidité, de pression et de qualité de l’air. Il y a aussi un tableau de bord auquel on peut accéder pour voir toutes les statistiques. La carte mère est installée à l’intérieur de la base de support avec le bloc d’alimentation.

FABRICATION RAPIDE ET ÉCONOMIQUE AVEC L’IMPRESSION 3D

Comme le souligne PLM DATA S.r.l.® , l’impression 3D leur a permis de résoudre certains problèmes lors de l’exécution du projet AQI-NOS. Pour commencer, travailler avec des fichiers CAO et les rendre dans des formats lisibles par les imprimantes 3D leur permet de créer un modèle hautement personnalisé et de mettre en œuvre les modifications nécessaires chaque fois que nécessaire.

Par rapport aux méthodes de production traditionnelles, l’impression 3D a permis à l’équipe de gagner du temps et de l’argent car la production leur a pris moins de 200 h et ils n’ont utilisé qu’environ 2000 g de filament. Cela n’aurait pas été possible avec d’autres méthodes en si peu de temps. « Avec les innovations qui se sont produites au fil des années, l’impression 3D est devenue de plus en plus performante et nous permet de travailler directement sur des fichiers CAO, réduisant considérablement la quantité de matière nécessaire à la fabrication du composant. De plus, nous pouvons évidemment personnaliser les produits que nous fabriquons », Andrea Bifulco a résumé l’ensemble du projet AQI-NOS.

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