Méthode d’impression 3D améliorée pour les composites aérospatiaux

Les pompes magnétiques monolithiques entièrement imprimées en 3D ont des ports (visibles dans les pompes à gauche et au centre) et un aimant intégré (visible dans la pompe à droite).

Pour démontrer publiquement à quel point les capacités d’impression 3D puissantes et encore inexploitées, Luis Fernando Velásquez-García, chercheur principal au MIT, a demandé à son équipe de l’utiliser pour fabriquer une pompe miniature sans soupape.

Les pompes cylindriques creuses, chacune d’environ un centimètre cube, ont une membrane et une chambre à fluide fermant le haut du cylindre. Deux ports sur le dessus de la chambre sont fixés aux tubes d’entrée et de sortie.

L’équipe a imprimé en 3D la pompe en Nylon 12 de deux manières différentes. Dans la première pompe, il a inséré un aimant dans le cylindre. Dans la deuxième pompe monolithique, qui était la première pompe multi-matériaux imprimée en 3D monolithique – le tout en une seule pièce, les chercheurs ont intégré des microparticules magnétiques de néodyme dans le noyau de la pompe. Le nylon 12 a été utilisé car c’est un bon matériau structurel qui peut absorber de grandes quantités de particules magnétiques.

Il est également suffisamment solide pour maintenir les particules immobiles pendant qu’elles sont magnétisées, ce qui permet à l’équipe de créer un puissant aimant permanent. «Dans un matériau plus doux, les particules vacilleraient, ce qui n’entraînerait aucune magnétisation nette du composite magnétique», explique Velásquez-García.

Les pompes magnétiques monolithiques entièrement imprimées en 3D ont des ports (visibles dans les pompes à gauche et au centre) et un aimant intégré (visible dans la pompe à droite).Les pompes magnétiques monolithiques entièrement imprimées en 3D ont des ports (visibles dans les pompes à gauche et au centre) et un aimant intégré (visible dans la pompe à droite).Luis Fernando Velásquez-García

Un aimant à l’extérieur de la pompe tourne autour de celle-ci, amenant l’aimant interne à déplacer la membrane, propulsant le liquide ou le gaz d’un orifice à l’autre.

Les pompes ont été testées pendant 14 millions de cycles; leurs performances sans fuite surpassaient celles des meilleures pompes miniatures imprimées en 3D et étaient aussi bonnes que les pompes à vide miniatures commerciales d’aujourd’hui. Les pompes peuvent déplacer des liquides et des gaz en utilisant moins d’énergie et avec moins de colmatage que les pompes conventionnelles de même taille. Les pompes sont également plus portables que les pompes pneumatiques et hydrauliques qui doivent être reliées à une alimentation en air ou à une source de fluide sous pression. Chaque pompe a été réalisée en 75 min environ. et utilisé des matières premières qui coûtent moins de 4 $.

La pompe efficace pourrait être utilisée dans des applications allant des piles à combustible à la production d’électricité en passant par les échangeurs de chaleur qui refroidissent les puces informatiques, explique Velásquez-García. Il espère qu’une pompe innovante inspirera d’autres à explorer l’impression 3D assistée par ordinateur et voyez les possibilités de passer à un nouveau type de fabrication, qui diffère fondamentalement du style de production de masse «salle blanche» défini par l’industrie des semi-conducteurs.

Ces images montrent les ports de la pompe (en haut) et l'aimant intégré (en bas).  Au centre, une vue latérale d'une pompe.  À droite: une coupe transversale d'une pompe magnétique monolithique imprimée en 3D.Ces images montrent les ports de la pompe (en haut) et l’aimant intégré (en bas). Au centre, une vue latérale d’une pompe. À droite: une coupe transversale d’une pompe magnétique monolithique imprimée en 3D.Luis Fernando Velásquez-García

Par exemple, l’équipe de recherche augmente la capacité de course de la pompe au-delà de celle d’une pompe en silicone de fabrication conventionnelle en ajustant le processus d’impression pour rendre la membrane plus flexible tout en maintenant le corps de la pompe rigide, le tout utilisant le même nylon 12.

«La nouvelle pompe magnétique est une mise en œuvre intelligente du principe selon lequel« la complexité est gratuite »dans l’impression 3D», déclare Albert Folch, professeur de bio-ingénierie à l’Université de Washington. «Parce que ces pompes sont constituées de plusieurs composants de différents matériaux et de formes complexes, la fabrication et l’assemblage traditionnels seraient coûteux.»