FR3161587A1 - A process for surfacing the surface of a 3D printed object - Google Patents
A process for surfacing the surface of a 3D printed objectInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de surfaçage d’un objet terminé, réalisé à base d’un matériau de construction et imprimé par impression en 3 dimensions, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : Se munir de l’objet (O) imprimé ;Se munir d’une surface de contact vibrante (210) et d’une surface de conformage (300);Appliquer des vibrations sur l’objet imprimé pour appliquer des vibrations sur au moins une surface de l’objet imprimé par l’intermédiaire d’une surface de contact vibrante ;Conformer la surface de l’objet imprimé traité par la surface de contact vibrante par la surface de conformer, ladite surface de conformage étant appliquée au plus tôt en même temps que ladite surface de contact vibrante. Figure 1 The present invention relates to a method for surfacing a finished object made from a construction material and printed by 3D printing, said method comprising the following steps: Preparing the printed object (O); Preparing a vibrating contact surface (210) and a shaping surface (300); Applying vibrations to the printed object to apply vibrations to at least one surface of the printed object via a vibrating contact surface; Shaping the surface of the printed object treated by the vibrating contact surface with the shaping surface, said shaping surface being applied at the earliest simultaneously with said vibrating contact surface. Figure 1
Description
L’invention se rapporte à l’impression en trois dimensions d’objet réalisé avec un mortier ou matériau de construction.The invention relates to the three-dimensional printing of an object made with mortar or construction material.
Il est connu l’impression en 3 dimensions de matériau de construction de type béton ou mortier pour concevoir des éléments de constructions ou même des bâtiments. Cette impression en 3D consiste à avoir une cuve de matériau. Une pompe est utilisée pour amener ledit matériau de la cuve vers une tête d’impression. Cette tête d’impression comprend un moyen d’ouverture – fermeture utilisé pour permettre ou bloquer l’impression. Ce moyen d’ouverture-fermeture est utilisé lors de la réalisation d’un objet / bâtiment.3D printing of construction materials such as concrete or mortar is a well-known method for creating building components or even entire buildings. This 3D printing process involves using a vat of material. A pump is used to transfer the material from the vat to a print head. This print head includes an opening/closing mechanism used to enable or stop printing. This opening/closing mechanism is used during the creation of an object or building.
L’objet réalisé est alors composé d’une multitude de couches superposées les unes sur les autres pour former ledit objet.The resulting object is then composed of a multitude of layers superimposed on one another to form said object.
Ces couches superposées présentent l’inconvénient d’être visible. On comprend par-là que l’objet fini présente une surface non lisse c’est-à-dire qui laisse les strates, couches de matières visibles. Il en résulte un aspect peu flatteur, fait de stries.These superimposed layers have the disadvantage of being visible. This means that the finished object has a non-smooth surface, that is, one that leaves the strata, the layers of material, visible. The result is an unflattering, striated appearance.
Une méthode existante pour résoudre cet inconvénient consiste à munir la tête d’impression d’au moins un outil de lissage. Cet outil de lissage se présente sous la forme d’un plateau qui est appliqué lors de l’impression pour lisser la surface en même temps que ladite impression. L’inconvénient de cette solution est que cette étape intervient pendant l’impression. Il y a alors une obligation à effectuer une rotation de l’ensemble buse et outil pendant l’impression, difficile sur les formes complexes.One existing method to overcome this drawback involves equipping the print head with at least one smoothing tool. This smoothing tool takes the form of a plate that is applied during printing to smooth the surface simultaneously with the printing process. The disadvantage of this solution is that this step occurs during printing. This necessitates rotating the nozzle and tool assembly during printing, which is difficult for complex shapes.
Une autre solution consiste à prévoir une étape de rattrapage de la surface une fois le durcissement terminé. Cette étape de rattrapage de la surface consiste en un ajout de matière ou un enlèvement de matière dans le but d’obtenir une surface lisse. Un matériau est alors appliqué pour cacher les stries dans le cas d’un rattrapage par ajout de matière ou un outil de type meuleuse ou ponceuse est utilisés dans le cas d’un rattrapage par enlèvement de matière.Another solution involves a surface finishing step once the hardening process is complete. This finishing step consists of adding or removing material to achieve a smooth surface. A material is then applied to conceal any striations in the case of material addition, or a tool such as a grinder or sander is used in the case of material removal.
Dans le cas de l’ajout de matière, on se retrouve avec un objet qui est composé de deux matériaux différents ou en deux blocs du même matériau mais non liés.In the case of adding material, we end up with an object that is composed of two different materials or two blocks of the same material but not linked.
Dans le cas de l’enlèvement de matière, le risque est d’avoir une fragilisation de l’objet. Par ailleurs, cet enlèvement de matière à un impact écologique et économique négatif. Premièrement, cet enlèvement de matière génère des poussières. Deuxièmement, l’enlèvement de matière génère des déchets. Or, pour avoir une résistance identique, il faut donc compenser cet enlèvement de matière et avoir un apport de matière initial supérieur donc utiliser plus de ressources.In the case of material removal, the risk is that the object will become fragile. Furthermore, this material removal has a negative environmental and economic impact. First, it generates dust. Second, it generates waste. Therefore, to achieve the same level of strength, this material removal must be compensated for by using a larger initial material, thus requiring more resources.
L’invention cherche alors à fournir une solution aux inconvénients précités en fournissant un procédé permettant d’améliorer, de modifier la surface d’un objet imprimé en trois dimensions.The invention then seeks to provide a solution to the aforementioned drawbacks by providing a method for improving and modifying the surface of a three-dimensionally printed object.
A cet effet, l’invention concerne un procédé de surfaçage d’un objet terminé, réalisé à base d’un matériau de construction et imprimé par impression en 3 dimensions, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- Se munir de l’objet imprimé ;
- Se munir d’une surface de contact vibrante et d’une surface de conformage ;
- Appliquer des vibrations sur l’objet imprimé pour appliquer des vibrations sur au moins une surface de l’objet imprimé par l’intermédiaire d’une surface de contact vibrante ;
- Conformer la surface de l’objet imprimé traité par la surface de contact vibrante par la surface de conformer, ladite surface de conformage étant appliquée au plus tôt en même temps que ladite surface de contact vibrante.
- Obtain the printed item;
- Equip yourself with a vibrating contact surface and a shaping surface;
- Apply vibrations to the printed object to apply vibrations to at least one surface of the printed object via a vibrating contact surface;
- Conform the surface of the printed object processed by the vibrating contact surface by the conforming surface, said conforming surface being applied at the earliest at the same time as said vibrating contact surface.
Selon un exemple, l’application de la surface de conformage est simultanée à l’application de la surface de contact vibrante.In one example, the application of the shaping surface is simultaneous with the application of the vibrating contact surface.
Selon un exemple, l’application des vibrations est opérée par un premier outillage.According to one example, the application of vibrations is carried out by a first tool.
Selon un exemple, l’application de la surface de conformage est opérée par un second outillage.In one example, the application of the conforming surface is carried out by a second tool.
Selon un exemple, l’application des vibrations et l’application de la surface de conformage sont opérées par le même outillage.In one example, the application of vibrations and the application of the forming surface are operated by the same tooling.
L’invention concerne en outre un procédé de réalisation d’un objet en matériau de construction par un système d’impression comprenant une tête d’impression 10 par laquelle la matière est déposée, ladite tête d’impression 10 étant montée sur une structure 2 permettant à ladite tête d’impression de se déplacer selon au moins trois axes, ladite tête d’impression 10, étant reliée à un réservoir 20, dans lequel la mixture servant pour l’impression est stockée, par l’intermédiaire d’un conduit principal 40, ledit procédé comprend les étapes suivantes :
- Se munir du système d’impression et imprimer l’objet à l’aide du matériau de construction ;
- Opérer une étape de surfaçage d’au moins l’une des surfaces de l’objet.
- Obtain the printing system and print the object using the construction material;
- Perform a surfacing step on at least one of the object's surfaces.
Selon un exemple, l’étape de surfaçage est réalisée lorsque le matériau imprimé formant l’objet présente une contrainte seuil ayant une valeur définie.According to one example, the surfacing step is carried out when the printed material forming the object has a threshold constraint with a defined value.
Selon un exemple, la valeur de la contrainte seuil est déterminée théorique à l’aide d’une base de données.In one example, the value of the threshold constraint is determined theoretically using a database.
Selon un exemple, la valeur de la contrainte seuil est déterminée avec un appareil de mesure permettant d’obtenir une valeur de la contrainte seuil.According to one example, the threshold stress value is determined with a measuring device that allows obtaining a threshold stress value.
Selon un exemple, la mesure de contrainte seuil est réalisée en continue ou à intervalle.According to one example, the threshold stress measurement is carried out continuously or at intervals.
Selon un exemple, la valeur de la contrainte seuil est comprise entre 50 et 130 KPa pour un matériau imprimable.According to one example, the threshold stress value is between 50 and 130 kPa for a printable material.
D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other features and advantages will become clear from the description given below, which is indicative and in no way exhaustive, with reference to the attached drawings, in which:
- la
- la
- la
- le
- les figures 5 à 8 représentent différentes façons de réaliser l’étape de surfaçage d’un objet imprimé selon l’invention.- Figures 5 to 8 represent different ways of carrying out the surfacing step of a printed object according to the invention.
A la
La tête d’impression 10, visible à la
Le système d’impression 1 comprend en outre une pompe 50 permettant d’amener le mélange du réservoir vers la tête d’impression.The printing system 1 also includes a pump 50 to bring the mixture from the reservoir to the print head.
La tête d’impression 10 comprend, optionnellement, des moyens d’ouverture – fermeture ou d’obturation 100, comme par exemple un clapet ou une vanne, permettant au mélange de sortir de la tête d’impression et d’être déposée.The print head 10 optionally includes opening-closing or sealing means 100, such as a flap or valve, allowing the mixture to exit the print head and be deposited.
Ainsi, l’impression se fait en pompant le mélange depuis le réservoir vers la tête d’impression tout en déplaçant ladite tête selon un chemin programmé pour réaliser l’objet.Thus, printing is done by pumping the mixture from the reservoir to the print head while moving said head along a programmed path to create the object.
Selon l’invention, l’objet imprimé est soumis à une étape de surfaçage. Cette étape de surfaçage est opérée pour modifier l’aspect d’au moins une surface S de l’objet O et supprimer l’aspect peu flatteur des différentes couches superposées. Cet aspect peu flatteur peut se présenter sous la forme de bourrelet B visible sur la surface de l’objet O comme visible en
Cette étape de surfaçage est basée sur l’utilisation des vibrations. Ces vibrations sont appliquées audit matériau imprimé et utilisées pour modifier localement le matériau imprimé. Cette modification locale consiste en une refluidification dudit matériau. En effet, les vibrations appliquées au matériau entrainent une rupture des liens qui sont créés lors du durcissement dudit matériau. La rupture de ces liens permet audit matériau de pouvoir être façonné, de nouveau, sur un laps de temps.This surfacing step relies on the use of vibrations. These vibrations are applied to the printed material and used to locally modify it. This local modification involves refluidifying the material. The vibrations cause the bonds formed during its hardening to break. This breaking of bonds allows the material to be reshaped over time.
Les vibrations sont générées par un générateur de vibration 100. Ce générateur de vibration 100 peut utiliser différentes technologies comme un vibrateur pneumatique, à bille. Un tel vibrateur est capable de générer des vibrations de 1700N à une fréquence de 16000 VPM (vibration par minute).The vibrations are generated by a vibration generator. This vibration generator can utilize various technologies, such as a pneumatic or ball vibrator. Such a vibrator is capable of generating vibrations of 1700N at a frequency of 16000 VPM (vibrations per minute).
Ces vibrations sont appliquées sur le matériau imprimé par un outil 200 qui présente une surface de contact vibrante 210 comme visible aux figures 4 et 5.These vibrations are applied to the printed material by a tool 200 which has a vibrating contact surface 210 as seen in figures 4 and 5.
Ces vibrations sont accompagnées de l’application d’une surface de conformage 300. Cette surface de conformage 300 est utilisée pour conformer la matière fraichement refluidifiée pour lui donner l’aspect désiré. Cet aspect peut être lisse ou avoir une structuration esthétique ou fonctionnelle.These vibrations are accompanied by the application of a 300 shaping surface. This 300 shaping surface is used to shape the freshly reflowed material to give it the desired appearance. This appearance can be smooth or have an aesthetic or functional texture.
L’application des vibrations et l’application de la surface de conformage 300 peuvent être simultanées ou décalées dans le temps. Dans le cas d’applications décalées, on comprendra que l’application de la surface de conformage 300 est postérieure à celle des vibrations.The application of vibrations and the application of the 300 shaping surface can be simultaneous or staggered. In the case of staggered applications, the application of the 300 shaping surface occurs after the application of vibrations.
Pour se faire, les vibrations et la conformation peuvent être opérées avec le même outillage ou avec des outillages différents.To achieve this, vibration and shaping can be carried out with the same tooling or with different tooling.
Avec un seul outillage 200, on comprend que l’application des vibrations et l’application de la surface de conformage sont simultanées comme visible à la
L’outillage 200 prend, par exemple, la forme d’une taloche. Cette taloche est manipulée manuellement ou est montée sur un bras robotisé. Cette taloche comprend une surface de travail et un générateur de vibrations agencé pour transmettre ses vibrations à la surface de travail. Cette surface de travail peut être plane où comprendre un motif. Ce motif est alors répliqué sur la surface de l’objet.Tool 200, for example, takes the form of a trowel. This trowel is operated manually or mounted on a robotic arm. It comprises a working surface and a vibration generator designed to transmit vibrations to the surface. This working surface can be flat or feature a pattern. This pattern is then replicated on the surface of the object.
L’avantage est d’avoir un gain de temps avec un surfaçage qui se fait en un seul passage.The advantage is saving time with surfacing that is done in a single pass.
Avec deux outillages 200, on comprend que l’application des vibrations et l’application de la surface de conformage sont simultanées ou décalées.With two 200 toolings, we understand that the application of vibrations and the application of the forming surface are simultaneous or staggered.
Dans le cas d’applications décalées comme visible à la
Chaque outillage est manipulé manuellement ou est monté sur un bras robotisé.Each tool is handled manually or mounted on a robotic arm.
Dans le cas d’applications simultanées comme visible à la
L’avantage d’avoir deux outillages différents est de permettre une meilleure flexibilité puisque le nombre d’outil utilisable est plus vaste.The advantage of having two different tool sets is that it allows for greater flexibility since the number of usable tools is larger.
L’étape de surfaçage selon l’invention est ainsi telle qu’elle permet de refluidifier le matériau imprimé momentanément pour le resurfacer. Cette refluidification implique que les liens entre la matière sont créés et que le durcissement est en cours. Il est donc nécessaire de déterminer le moment propice pour opérer le surfaçage. En effet, si les liens en sont pas encore créés, la refluidification sera trop importante, moins locale, aboutissant à la déformation globale ou l’affaissement de la pièce imprimée. Si les liens sont trop solides alors le durcissement est trop avancé et donc la refluidification n’a pas lieu.The surfacing step according to the invention is such that it allows the printed material to be momentarily reflowed for resurfacing. This reflowing implies that bonds between the materials are formed and that hardening is underway. It is therefore necessary to determine the optimal moment to perform the surfacing. Indeed, if the bonds have not yet been formed, the reflowing will be too significant, less localized, resulting in overall deformation or sagging of the printed part. If the bonds are too strong, then the hardening is too advanced, and therefore reflowing does not occur.
L’intervalle temporel dans lequel le surfaçage est possible est lié à une grandeur physique appelée contrainte seuil. Cette contrainte seuil est associée à la rigidité du matériau en fonction du temps après l’impression. La plage de valeur de contrainte seuil pour laquelle l’étape de surfaçage selon l’invention est efficace a été déterminée. En effet, si cette valeur de contrainte seuil est trop basse alors la déformation globale ou l’affaissement de la pièce peuvent avoir lieu suite à une refluidification trop importante et si cette valeur est trop haute alors le matériau est trop sec et cassant.The time interval within which surface finishing is possible is linked to a physical quantity called the yield stress. This yield stress is associated with the material's stiffness over time after printing. The range of yield stress values for which the surface finishing step according to the invention is effective has been determined. Indeed, if this yield stress value is too low, then overall deformation or sagging of the part may occur due to excessive reflowing, and if this value is too high, then the material is too dry and brittle.
La contrainte seuil est, dans le cadre de la présente invention, mesurée avec un pénétromètre à cône tombant de masse 80.1 g et d’angle 15°.The threshold stress is, within the framework of the present invention, measured with a falling cone penetrometer of mass 80.1 g and angle 15°.
Par exemple, cette plage de valeur est comprise entre 50 et 130 KPa pour un matériau imprimable à base de mortier. Cette plage de valeur permet de s’assurer que le matériau imprimé peut être resurfacé.For example, this value range is between 50 and 130 kPa for a mortar-based printable material. This value range ensures that the printed material can be resurfaced.
Premièrement, cette valeur de contrainte seuil est tirée d’une base de données. Cette base de données regroupe des valeurs de contrainte seuil. Ces valeurs de contrainte seuil sont des valeurs simulées et/ou mesurées lors de tests. Cette base de données comprend, avantageusement, une multitude de simulations ou de tests permettant d’avoir des valeurs pour différentes configurations d’environnement comme le taux d’humidité, la température. On comprend alors la contrainte seuil est une grandeur intrinsèque du matériau qui rend possible l’utilisation de base de données. Ainsi, en connaissant l’instant de départ de l’impression, il est possible de déterminer l’instant à partir duquel l’étape de surfaçage peut avoir lieu.First, this threshold stress value is taken from a database. This database contains threshold stress values. These threshold stress values are simulated and/or measured during tests. This database advantageously includes a multitude of simulations or tests, allowing for values to be obtained for different environmental conditions such as humidity and temperature. It is therefore understood that the threshold stress is an intrinsic property of the material, which makes the use of this database possible. Thus, by knowing the start time of printing, it is possible to determine the point at which the surfacing stage can begin.
Deuxièmement, cette valeur de contrainte seuil est mesurée. Cette mesure est réalisée par un capteur permettant la mesure directe de la contrainte seuil ou d’une grandeur physique permettant d’obtenir cette contrainte seuil. La mesure est faite en continue ou à intervalle régulier.Secondly, this threshold stress value is measured. This measurement is performed by a sensor that allows for the direct measurement of the threshold stress or a physical quantity used to obtain this threshold stress. The measurement is taken continuously or at regular intervals.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art.Of course, the present invention is not limited to the illustrated example but is susceptible to various variants and modifications which will become apparent to those skilled in the art.
Claims (11)
- Se munir de l’objet (O) imprimé ;
- Se munir d’une surface de contact vibrante (210) et d’une surface de conformage (300);
- Appliquer des vibrations sur l’objet imprimé pour appliquer des vibrations sur au moins une surface de l’objet imprimé par l’intermédiaire d’une surface de contact vibrante ;
- Conformer la surface de l’objet imprimé traité par la surface de contact vibrante par la surface de conformer, ladite surface de conformage étant appliquée au plus tôt en même temps que ladite surface de contact vibrante.
- Obtain the printed object (O);
- Provide a vibrating contact surface (210) and a shaping surface (300);
- Apply vibrations to the printed object to apply vibrations to at least one surface of the printed object via a vibrating contact surface;
- Conform the surface of the printed object processed by the vibrating contact surface by the conforming surface, said conforming surface being applied at the earliest at the same time as said vibrating contact surface.
- Se munir du système d’impression et imprimer l’objet à l’aide du matériau de construction ;
- Opérer une étape de surfaçage d’au moins l’une des surfaces de l’objet selon l’une des revendications 1 à 5.
- Obtain the printing system and print the object using the construction material;
- Perform a surfacing step on at least one of the object's surfaces according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR2404533A FR3161587A1 (en) | 2024-04-30 | 2024-04-30 | A process for surfacing the surface of a 3D printed object |
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