Quelques mots sur AON3D

La vie étudiante est pleine de distractions. Pour la plupart des gens, ces distractions sont le sport, les associations étudiantes ou bien les sorties entre amis. Cependant, lorsque Kevin Han, Randeep Singh et Andrew Walker étudiaient la science et génie des matériaux à la prestigieuse université McGill de Montréal, le temps entre les cours était utilisé différemment : le trio a créé une startup d’impression 3D qui allait défier certains des principaux acteurs du secteur.

Sept ans après la fondation d’AON3D en 2015, après une campagne Kickstarter réussie en 2016 et plusieurs levées de fonds de plusieurs millions de dollars, les anciens étudiants sont toujours à Montréal, mais on les trouve maintenant dans les vastes bureaux-usines de leur entreprise, entourés de plus de 60 collaborateurs.

L’idée initiale de Kevin d’une machine abordable pour les polymères haute performance a abouti, au fil du temps, à l’AON M2+. Il s’agit de la cinquième génération de l’imprimante 3D d’AON3D, utilisée par des clients de premier plan comme la NASA, Boeing, Xerox et, naturellement, l’Université McGill.

Kevin, Randeep et Andrew ont peut-être inquiété quelques professeurs avec leur projet secondaire chronophage, mais l’année dernière, les trois entrepreneurs se sont retrouvés dans le fameux classement « Forbes 30 Under 30« . Clairement, il y a de pires formes de distraction.

Fin mai 2022, j’ai fait le court voyage jusqu’au siège social d’AON3D à Montréal pour rencontrer Andrew et le responsable du développement commercial de la société, Leif Tiltins. Les deux collègues m’ont fait visiter leurs bureaux, leur usine et leur laboratoire d’impression et m’ont fait une démonstration de l’AON M2+.

S’appuyant sur le succès de ses quatre prédécesseurs, la M2+ conserve des propositions de valeur clés telles que son grand volume de construction et sa compatibilité avec les matériaux ouverts, tout en introduisant des améliorations importantes telles qu’une meilleure calibration de l’axe Z.

Dans cet article, je vous livre mes impressions sur la M2+, en me concentrant sur ses principales caractéristiques et sa facilité d’utilisation.

Premières impressions

Tout d’abord, quelques informations sur l’imprimante. Lancée au cours de l’été 2021, la M2+ est une machine industrielle à haute température. Elle est dotée d’un grand volume de construction, d’un double extrudeur indépendant et d’une compatibilité avec des matériaux haute performance tels que le PEEK, le PEKK et l’ULTEM. La M2+ offre une température d’extrusion de plus de 500°C, une température de lit de plus de 200°C+ et une chambre d’impression chauffée jusqu’à 135°C. La hauteur des couches peut aller jusqu’à 0,05 mm et les vitesses de déplacement jusqu’à 500 mm/s.

Pendant que je jetais un premier coup d’œil à la M2+, Andrew et Leif m’ont expliqué que la société a toujours privilégié une machine épurée et simplifiée plutôt qu’une machine bourrée de fonctionnalités qui nécessite plus d’entretien.

La M2+ ne dispose pas d’une boîte à filament chauffée, par exemple ; AON3D estime que les avantages d’une telle fonction (capable de sécher des matériaux standard mais pas des matériaux haute performance) ne compensaient pas les risques (introduction potentielle d’humidité, ramollissement préalable des matériaux et problèmes de rétraction).

Ceci dit, l’imprimante offre tout de même plusieurs fonctions pratiques comme la mise à niveau automatique du lit, la détection de filament et un système de refroidissement liquide pour maintenir les composants critiques à bonne température.

Il s’agit de la cinquième génération d’imprimantes 3D d’AON3D, offrant plusieurs améliorations par rapport à son prédécesseur (la M2 2020), telles qu’une meilleure calibration de l’axe Z et un système remanié de remplacement des surfaces de construction, dont nous parlerons plus loin dans cet article. Visuellement, le nouveau modèle se distingue par un hublot plus petit, un changement qui a amélioré l’efficacité thermique de la machine.

Avec une hauteur de près d’un mètre et demi, l’AON M2+ n’est pas ce que la plupart des gens imaginent lorsqu’ils pensent à une imprimante FFF. Il ne fait aucun doute qu’il s’agit d’une machine de qualité industrielle, et son empreinte considérable (955 mm de large et 1150 mm de profondeur) est nécessaire pour accueillir le grand volume de fabrication de la machine (450 x 450 x 565 mm) et son matériel haute température. Cela dit, elle est en fait moins haute que de nombreuses machines FFF haute température comparables.

Au moment de ma visite, AON3D disposait de cinq machines dans son laboratoire d’impression. Si tous les utilisateurs ne peuvent pas s’offrir le luxe d’un tel environnement d’impression dédié, la M2+, entièrement fermée, peut être utilisée en toute sécurité dans des endroits tels qu’un bureau ou une salle de classe universitaire. Cependant, l’installation physique de la machine dans un tel environnement peut s’avérer difficile : elle peut tout juste passer par une porte standard de 32 pouces. Heureusement, l’imprimante se déplace facilement sur ses roulettes.

Mise en pratique de l’AON M2+

Pour faire la démonstration de la M2+ en action, l’équipe d’AON3D a accepté d’imprimer quelques échantillons de pièces en suivant le processus d’impression typique, de la préparation du filament au retrait de la pièce.

Comme mon déplacement au siège d’AON3D devait durer environ cinq heures, nous avons décidé d’imprimer une petite série de petites pièces : quatre écrous filetés imprimés en ULTEM™ 9085. L’objectif ici était de parcourir l’ensemble du flux d’impression (conception de la pièce mise à part) pour évaluer l’expérience utilisateur globale de la M2+.

Avant cela, on m’a montré les résultats d’une impression que nous avions demandé à AON3D de réaliser la veille afin de démontrer la capacité grand volume de la M2+. La pièce était un mélangeur de fluides de 142 x 107 x 290 mm, volontairement « sectionné » d’un quart pour une meilleure visibilité des sections internes.

Bien que je n’aie pas vu l’impression se dérouler – elle a duré 28 heures – la pièce était encore fixée à la surface de construction à mon arrivée. J’ai pu retirer la pièce de la surface sans grattoir, en la balançant d’avant en arrière. Une séquence du processus d’impression est présentée plus loin dans l’article.

Préparation : chauffage, calibrage et chargement du matériau

Nous avons retracé l’expérience utilisateur à travers l’impression des quatre écrous filetés. La première étape de l’impression a toutefois eu lieu peu avant mon arrivée : il s’agissait simplement de chauffer l’AON M2+ à la température requise, un processus qui prend environ deux heures. Pour certains, ce délai peut sembler être un obstacle, bien qu’il s’agisse – en l’état actuel des choses – d’un aspect inévitable de l’impression à haute température.

La deuxième étape consistait à calibrer la M2+. Équipée d’une sonde Z plus précise que sur la précédente M2, la M2+ offre des améliorations significatives dans la calibration de l’axe Z, ce qui permet d’améliorer la planéité, la qualité des premières couches et la qualité globale des pièces. Ce processus d’étalonnage a pris environ deux minutes et n’a nécessité que trois clics sur l’écran LCD de l’imprimante : naviguer jusqu’à la page Contrôle, sélectionner l’onglet Étalonnage Z et appuyer sur Démarrer.

Ensuite, nous avons inséré une bobine de filament SABIC ULTEM™ 9085. Comme ses prédécesseurs, la M2+ est ouverte au niveau de la compatibilité des matériaux, et le laboratoire d’impression d’AON3D était, sans surprise, bien approvisionné en matériaux provenant d’un éventail de géants de la chimie et de spécialistes de l’impression 3D. L’équipe utilise un four à convection par gravité de Quincy Lab pour sécher ses matériaux avant l’impression et recommande aux clients M2+ d’utiliser un équipement similaire.

Le SABIC ULTEM™ – l’un des 14 matériaux tiers ayant fait l’objet d’une validation complète par les ingénieurs d’AON3D – était un choix approprié pour cette impression rapide. Sur la M2+, le porte-bobine est situé à l’arrière de l’imprimante, à l’intérieur d’une boîte étanche de stockage et d’alimentation en filament qui garde le matériau au sec.

À l’intérieur de la boîte sèche, l’équipe a placé un paquet de déshydratant à tamis moléculaire, qui, selon elle, est meilleur pour le contrôle de l’humidité que le gel de silice ou un système de chauffage embarqué. Le chargement du filament ne prend généralement pas plus de cinq minutes (Andrew l’a chargé en deux minutes environ).

Étape suivante : choisir et à installer une surface de construction. Les surfaces facilement interchangeables sont une autre nouveauté de la M2+, et pour ces pièces ULTEM, une surface CF-PEEK réutilisable avait été installée avant que l’imprimante ne commence à chauffer. La M2+ utilise un système de serrage à vide pour sceller la surface de construction au lit, un processus qui, si l’on tient compte de l’inspection et du nettoyage de la surface, devrait prendre moins d’une minute.

Préparation du fichier et première couche

AON3D recommande Simplify3D pour le « slicing » ou découpage, et c’est ce que nous avons utilisé pour générer le GCode pour les écrous. Bien que ces petits écrous n’aient pas été un modèle 3D particulièrement exigeant pour le M2+, certains paramètres du profil d’impression sembleront assez extrêmes aux utilisateurs de FFF de bureau : une température de la buse à 385°C (et bien en dessous de sa température maximale d’environ 500°C), une température de lit de 170°C et une température de chambre de 135°C. Puisque l’équipe d’AON3D disposait déjà d’un profil d’impression pour les pièces échantillons comme celle-ci, la préparation du fichier n’a pas pris beaucoup de temps.

Pour cette petite série de pièces, nous avons utilisé le mode d’impression séquentiel. Cela signifie que la M2+ imprime chaque écrou dans son intégralité avant de passer au suivant (plutôt que d’imprimer la première couche des quatre écrous, puis la seconde, et ainsi de suite). En plus de ses avantages en termes de finition de surface, l’impression séquentielle signifiait que, si nous décidions de mettre fin à l’impression prématurément, nous aurions tout de même des pièces terminées à examiner.

Voici les principaux paramètres de l’impression que nous avons utilisés:

• Hauteur de la couche : 0,15 mm
• Shells : 2
• Remplissage interne : Nid d’abeille rapide, 20%
• Vitesse d’impression : 50 mm/s

Pendant l’impression de la première couche, Andrew a effectué un petit réglage du offset Z (en ajustant la distance entre la pointe de la buse et la surface de construction) en direct à l’aide de l’écran de l’imprimante.

Il convient de mentionner que l’AON3D réalise des impressions « sans radeau ». Les radeaux sont des sortes d’échauffaudages, généralement utilisés à titre préventif pour limiter le « warping » sur les premières couches. Mais l’expertise des matériaux d’AON3D et l’accent mis sur l’optimisation des paramètres d’impression leur permet d’imprimer des pièces sans aucun radeau.

La M2+ est accessible par navigateur web sur n’importe quel ordinateur étant connecté au même réseau Wi-Fi que l’imprimante, et l’interface du navigateur est identique à celle de l’écran LCD physique de l’imprimante. Il n’y a pas d’accès au cloud pour l’imprimante, donc la gestion à distance de l’imprimante nécessiterait un accès au bureau à distance). Pour cette impression, nous avons envoyé le GCode à l’imprimante via Chrome sur un PC portable depuis le laboratoire d’impression de l’entreprise. Ce processus était assez simple, sans problèmes de réseau, et l’impression a commencé en quelques clics.

Satisfaits des premières couches d’impression, nous avons laissé la M2+ poursuivre l’impression sans surveillance pendant quelques heures. La M2+ était assez silencieuse pendant son fonctionnement, et la chaleur résiduelle de la machine était minime malgré la température élevée de la chambre.

Résultats d’impression 3D

Mélangeur de fluides (PEKK)

Bien que je n’aie pas assisté à l’impression du grand mélangeur de fluides en PEKK, les résultats sont impressionnants. Malgré sa taille, la pièce ne présentait aucun gauchissement, l’état de surface était excellent et la pièce était rigide et solide.

La pièce a été imprimée avec une buse de 0,6 mm, une hauteur de couche de 0,15 mm et un remplissage de 30 %. Pour améliorer l’état de surface des sections en surplomb, l’équipe d’AON3D a utilisé une température de buse légèrement inférieure à celle recommandée pour ce filament PEKK.

Vous pouvez voir ci-dessous une vidéo accélérée de l’impression de la pièce :

Écrous en petite série (ULTEM™ 9085)

Le lot d’écrous ULTEM™ était également de grande qualité. Le filetage interne de chaque écrou était bien défini, même sans matériau de support. Aucune déformation évidente n’a été constatée sur les pièces dupliquées, ni aucun gauchissement – bien que, comme mentionné, les dimensions des pièces n’aient peut-être pas poussé la M2+ à ses limites.

Même si le fichier contenait quatre écrous, nous avons décidé de mettre fin à l’impression plus tôt par manque de temps. J’ai utilisé les boutons « Pause » et « Stop » de l’écran d’accueil de l’interface, sans accrocs. La mise hors tension des zones chauffées de la M2+ était également intuitive.

Avec des gants de protection, j’ai ensuite pu retirer les pièces ULTEM™ chaudes de la feuille de construction, puis retirer la feuille de construction elle-même une fois le vide désactivé. Les trois écrous terminés ont mis moins de trois heures à être imprimés.

Les écrous étaient déjà détachés du plateau suite à un petit incident ; l’imprimante – qui a imprimé les pièces de manière séquentielle, rappelez-vous – venait juste de commencer la première couche du quatrième écrou lorsque nous l’avons interrompue. La tête d’impression est donc entrée en collision avec les trois écrous finis sur le chemin du retour à sa position initiale, les décollant ainsi de la surface de construction. Ce problème aurait pu être évité si nous avions défini une valeur de hauteur maximale de dégagement avant l’impression ou si nous avions interrompu l’impression avant qu’elle ne commence le quatrième écrou.

Fixation (CF-PA et AquaSys 120 soluble)

Les écrous n’ont pas impliqué l’impression de structures de support avec le deuxième extrudeur de la M2+, mais je voulais toutefois avoir une idée du processus de retrait de supports solubles.

L’équipe d’AON3D m’a donc montré une pièce pré-imprimée en CF-Nylon avec des structures de support imprimées en AquaSys® 120, un matériau à dissolution rapide développé par Infinite Material Solutions (IMS).

En utilisant une cuve d’eau à ultrasons réglée à 60°C, les supports ont été décollés après environ 30 minutes, et ont pu être retirés facilement avec un peu de brossage manuel :

Cette pièce en CF-PA a également démontré la compatibilité de la M2+ avec les matériaux composites, grâce à sa buse en acier trempé suffisamment résistante aux matériaux abrasifs tels que des filaments remplis de fibres de carbone.

« Success Plan » et améliorations futures

Tout au long de ma visite, Andrew et Leif ont tenu à souligner que la mission d’AON3D consiste davantage à aider les clients à découvrir de nouvelles applications à forte valeur ajoutée qu’à fournir des machines.

En accord avec cette attitude, vous remarquerez que le site web d’AON3D propose un certain nombre de solutions personnalisées telles que la formation avancée à la fabrication additive, la DfAM, la sélection de matériaux et le développement de paramètres de processus d’impression pour des applications spécifiques. Ces services sont inclus dans la commande de la M2+ dans le cadre du  » Success Plan « , une sorte d’offre tout-en-un de conseil, de développement et de mise à niveau continue. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une fonctionnalité que j’ai pu tester par moi-même, elle mérite d’être mentionnée car il s’agit clairement d’un aspect important de l’offre globale du M2+.

Dans la pratique, le « Sucess plan » permet aux clients d’avoir un accès direct à un représentant du service clientèle dédié – une équipe composée uniquement d’ingénieurs – qui peut devenir, par interim, un spécialiste des matériaux pour le client, offrant des conseils d’expert et, si nécessaire, des instructions techniques par appel vidéo. Pour les clients nord-américains, le forfait comprend même une assistance sur site.

Le plan comprend également des mises à niveau de la M2+, dont la plus importante est prévue pour cet automne. Cette nouvelle fonction, le mode duplication, tirera parti du système IDEX (double extrusion indépendante) pour doubler efficacement le taux de production de la machine. Le développement de cette fonction a été un long travail. Pour qu’elle fonctionne correctement, les buses doivent être parfaitement alignées et la surface de construction parfaitement plane, que ce soit à température ambiante ou, ce qui est plus difficile, à 135°C. Les changements de température peuvent provoquer une expansion ou un rétrécissement mineurs des matériaux qui peuvent annuler ce calibrage précis, et la prise en charge de ces températures élevées nécessite une analyse minutieuse de facteurs tels que la cinétique de cristallisation et la convection sur la plate-forme de construction.

Une évolution plus imminente concernant la M2+ est sa certification CE en vertu de la directive sur les machines, attendue en juin, ce qui signifie que l’imprimante sera bientôt largement disponible en Europe

Dans un autre ordre d’idées, AON3D mène également des recherches sur méthodes de test de pièces en collaboration avec le Conseil national de recherches du Canada et la Toronto Metropolitan University. Ensemble, leur objectif est de développer une norme de test pour l’industrie afin de caractériser la résistance de la soudure intercouche des pièces FFF. AON3D sera à son tour en mesure de maximiser la résistance mécanique des pièces imprimées dans l’axe Z en affinant les paramètres du processus.

Conclusion

Il n’y a pas beaucoup d’imprimantes 3D FFF capables d’imprimer des matériaux haute performance comme le PEEK, le PEKK et l’ULTEM™ à un niveau industriel, et encore moins à un prix modeste.

Sur le marché de l’impression à haute température, l’AON M2+ se situe quelque part entre les options à bas prix comme l’INTAMSYS FUNMAT PRO 410 (le volume d’impression de la M2+ est un peu plus de trois fois plus grand et 45°C plus chaud) et la Stratasys Fortus 450mc (qui, à environ 90 000 $ minimum de plus que la M2+, a une température de chambre plus élevée mais un volume de construction nettement plus petit). Comme le souligne AON3D, la M2+ démocratise effectivement l’accès à une forme d’impression 3D qui était, jusqu’à très récemment, d’un coût prohibitif.

En dehors d’une plus grande importance accordée au séchage du filament et d’un temps de chauffe plus long, le flux d’impression de la M2+ ne diffère pas beaucoup de celui d’une machine FFF standard. L’utilisation d’un slicer (et de matériaux) non propriétaire ajoute à ce sentiment de familiarité, bien que certains utilisateurs industriels puissent trouver que le manque d’automatisation et d’accès intuitif au cloud est une limitation.

Dans l’ensemble, la M2+ a fourni d’excellents résultats d’impression pendant le court laps de temps où j’ai pu la voir en action. De plus, Andrew et Leif ont montré un intérêt profond pour ce que les clients faisaient avec leurs machines, et il y a manifestement une volonté au sein de cette équipe d’aider les utilisateurs à tirer le maximum du potentiel de la M2+.

À 59 400 $ (avec possibilité de financement), les acheteurs se dotent d’une machine haut de gamme et une sérieuse expertise en matière de matériaux pour l’accompagner.