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Étude de cas Enseignement

L'impression 3D est synonyme d'apprentissage pratique et d'un avenir meilleur

Avec l'irruption de l'impression 3D dans les laboratoires et les salles de classe, les chercheurs’ d'aujourd'hui et ’les scientifiques, ingénieurs et concepteurs de demain peuvent résoudre’ les défis posés par le monde.

Des modèles 3D Objet pour aller au-delà de la CAO

Élément robotique

L'intérêt de BRML’pour la cinématique et la conception de mécanismes repose sur la certitude que beaucoup de concepteurs dépendent dans une trop large mesure des outils de conception assistée par ordinateur et logiciels. En revanche, BRML s'attache à poser les bonnes questions et à tenter d'atteindre à une compréhension approfondie des problèmes et des processus analysés. Fasciné par la profondeur et la complexité de l'art de l'analyse et de la synthèse des corps en mouvement et de la conception de mécanismes, le Dr Wolf et son équipe utilisent des outils cinématiques, notamment des modèles 3D, pour mieux comprendre leurs modes de fonctionnement.

BRML conçoit des structures mécaniques, des stratégies de contrôle et la planification de mouvement pour des mécanismes hyper redondants. Un robot redondant dispose d'au moins un degré de liberté (DDL) de plus que ceux requis, afin de compenser les contraintes simples, c'est à dire, en utilisant une configuration coude levé par rapport à coude baissé, pour atteindre une position déterminée. Les robots hyper redondants disposent de plusieurs DDL supplémentaires, ce qui leur permet de gérer plus de contraintes, notamment celles que présentent les volumes hautement complexes, tout en leur permettant de réaliser différentes tâches. BRML utilise l'imprimante 3D Connex350 d'Objet’pour créer des modèles robustes et totalement fonctionnels pour la recherche sur les cinématiques, les critères de conception et les stratégies de contrôle liés à ces mécanismes complexes. Ils travaillent essentiellement sur des robots hyper redondants, lesquels sont soit montés sur une base fixe (comme une trompe d'éléphant), soit libérés de toute contrainte (comme un robot serpent).

Le laboratoire se concentre sur la cinématique et la robotique dans des domaines susceptibles d'avoir un impact direct sur la science et la société. Les travaux menés sur les dispositifs médicaux et la robotique visent par exemple à améliorer et à permettre l'exécution de nouvelles procédures médicales impossibles auparavant. Ceux réalisés sur la robotique de sauvetage permettent de détecter les survivants plus rapidement et plus efficacement, tout en réduisant les risques de blessures auxquels est soumis le personnel de sauvetage. Pour ces applications (et pour d'autres), BRML utilise l'imprimante 3D Connex500 d'Objet’ pour créer des modèles robotiques de qualité élevée et fonctionnels, en fonction des besoins.

L'imprimante 3D multi-matériaux Connex350 satisfait aux exigences strictes de BRML’

L'imprimante de pointe 3D multi-matériaux Connex350 est actuellement testée dans la faculté d'ingénierie mécanique, principalement pour la recherche dans un grand nombre de domaines. Elle est utilisée par toues les chercheurs’ de la faculté, ainsi que par ceux d'autres facultés du Technion. La Connex350 a également été utilisée dans d'autres domaines, notamment la robotique médicale, la biorobotique et la biomécanique, et l'aéronautique. La machine est également employée comme outil pour divers projets d'étudiant et pour toute une série de fonctions éducatives.

Après une évaluation approfondie des technologies d'impression 3D disponibles dans le monde entier, BRML a considéré que l'imprimante Connex350 d'Objet’ était le système idéal pour s'adapter à leurs multiples champs de recherche. Cela en raison de la capacité de l'imprimante à’ produire des couches haute résolution et des surfaces lisses. La combinaison de ces caractéristiques avec une large gamme de propriétés mécaniques, notamment la résistance à la tension, à la flexion et aux chocs, dans un seul processus de fabrication a amélioré de manière significative la résistance des matériaux d'impression. Grâce à cette résistance à toute épreuve, BRML a pu créer des pièces durables pour les tests dans des conditions réelles et une utilisation fonctionnelle.

Avec le système Connex350, BRML imprime des structures complexes qui répondent à la majorité des exigences de conception et de structure, en un seul processus de fabrication. Le laboratoire avait par exemple besoin de réaliser un carter rigide avec une couche protectrice. Il a alors utilisé des matériaux FullCure720 pour le carter et TangoPlus de type caoutchouc pour le revêtement, afin d'obtenir une absorption des chocs et une résistance aux impacts satisfaisants et le coefficient de friction dynamique nécessaire (figure 1). Selon les recherches approfondies effectuées par l'équipe’, la Connex350 est le seul système d'impression 3D au monde à pouvoir offrir ce type de combinaison de propriétés physiques au sein d'un même produit.

La technologie Objet optimise les méthodes de recherche

Selon Oded Salomon, ingénieur-chercheur en biorobotique, il est important “d'insister sur les progrès réalisés dans la façon dont la recherche se fait aujourd'hui, par rapport à ce qu'elle était auparavant. Le système Connex500 d'Objet’ nous permet de créer des modèles réels fonctionnels, pour des tests dans des conditions réelles, en quelques jours. Nous pouvons ainsi obtenir les résultats souhaités en très peu de temps et pour un faible coût.”

Aujourd'hui, BRML peut produire des pièces fonctionnelles, alors qu'avant, avec les ateliers d'usinage classique, cela prenait un temps considérable. Avec la technologie Objet, la conception pour la fabrication est totalement différente de la CNC conventionnelle, car elle permet de réaliser des modèles complexes, en surmoulage, impossibles à fabriquer avec d'autres technologies. Comme l'explique Oded Salomon, “La conception basée sur la CAO, c'est très bien, mais il n'y a aucune comparaison possible avec un modèle fonctionnel réalisé avec la Connex350.”

Actuellement, BRML peut intégrer à ses conceptions des aspects de construction plus complexes, grâce à l’impressionnante“technologie de matrice” d'Objet.

Économiser du temps et de l'argent tout en obtenant de meilleurs résultats

Avec la technologie Objet BRML réduit considérablement les délais d'obtention du produit final, ce qui dans le domaine de la recherche robotique signifie qu'un plus grand nombre de concepts peuvent être vérifiés et comparés en un temps beaucoup plus court. Ainsi, les modèles sont créés beaucoup plus rapidement, ce qui réduit les coûts d'autant. Par conséquent, BRML est désormais capable de disposer du modèle souhaité, parfaitement achevé en un temps record.

Grâce à la Connex350, BRML est en mesure de localiser les erreurs à un stade beaucoup plus précoce de la conception, ce qui est très utile pour la création d'un serpent robot constitué de plusieurs vertèbres. La détection précoce de toutes les erreurs d'une conception est essentielle, car cela permet d'économiser beaucoup d'argent sur l'ensemble du processus. De plus, avec un système de prototypage rapide ne demandant aucune infrastructure particulière, BRML peut l'installer dans une zone très accessible. D'autres systèmes auraient demandé un espace séparé en conformité avec des exigences environnementales spécifiques. Le Dr Alon Wolf explique que pour BRML c'est une satisfaction que la technologie Objet échappe à de telles contraintes. “Le fait d'installer la Connex350 dans un bureau ordinaire la rend encore plus attrayante et les expressions «gain de temps» et accessibilité” prennent tout leur sens.

La technologie Objet a fait de BRML une société leader

Les serpents robots présentés par BRML, fabriqués avec l'aide de la technologie Objet, ont eut un grand impact,’ lors de la récente Conférence sur la robotique en Israël (ICR 2008). Le laboratoire a ainsi bénéficié d'une publicité positive et a attiré l'attention de plusieurs programmes scientifiques de la télévision et de la radio israéliennes. De plus, quelques-uns des robots présentés à un concours de projets de premier cycle du Technion ont gagné des prix prestigieux.

Les scientifiques ont également été récompensés à titre individuel pour leur utilisation des modèles Objet. Leurs recherches ont été largement diffusées, et certaines de leurs découvertes ont été brevetées grâce aux prototypes fonctionnels fabriqués avec cette technologie. L'un des éléments clés de cette réussite a été la possession de la Connex350 en interne, car la confidentialité a pu être ainsi garantie.

Le Dr Wolf résume les avantages de disposer des capacités de prototypage 3D d'Objet en interne : “Le fait de pouvoir travailler au quotidien avec ce type de technologie est un PRIVILÈGE dans le domaine de la recherche en robotique. Dans ce domaine, rien ne peut se comparer au fait de pouvoir tenir votre dernière idée (un peu folle) dans vos mains, lorsque vous revenez au bureau le matin.”

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