Système de chauffage radiant ponctuel et localisé pour procédé de dépôt par filament fondu

THERMALLY CONTROLLED ADDITIVE MANUFACTURING PRINTHEAD FOR HIGH-PERFORMANCE PARTS

 

Unlocking the full potential of additive manufacturing without extra cost

 

Coalia

 

UNMET NEED

Mechanical integrity is an ongoing challenge for 3D printed parts. Compared to injection molding, parts manufactured by material extrusion (FDM) suffer from a high degree of anisotropy, due to the lack of adhesion of the layers to each other, and therefore a general reduction in mechanical properties, which hinders the adoption of this type of manufacturing process at a reasonable cost.

 

TECHNOLOGY OVERVIEW

This technology is a radiant heating system (RHS) that can be installed around the nozzle of a 3D printer using fused deposition modeling (FDM). The RHS enables the manufacturing temperature to be raised locally above the glass transition temperature of the polymer, promoting better interlayer adhesion and improving the mechanical properties of the printed part. Key benefits include:

1- Improved mechanical properties and reduced porosity and anisotropy of printed parts

2- In-process annealing and warping control

3- Easy integration on existing 3D printers

4- Reduction of production cost

 

 

What if you could replace your 400k$ 3D printer with a 60k$ model and get better quality parts?

 

The RHS transforms low- and mid-range FDM 3D printers designed for rapid prototyping into high-performance printers capable of producing functional parts with less porosity and isotropic mechanical properties comparable to high-end printers.

 

Figure 1 : Performance comparision

 

TECHNOLOGY READINESS LEVEL (TRL)

• Beta prototypes manufactured and validated
• Demonstrated performance tests with multiple materials including ABS, PEI, and PEEK
• Demonstrated compatibility with several commercial 3D printers

 

COMPETITIVE ADVANTAGES

• Improved mechanical properties for 3D printed parts
• Scalable to large print area
• Adjustable for different printhead sizes, including very small extruders
• Low manufacturing cost
• Higher efficiency than heated chambers
• Low maintenance costs and high reliability

 

MARKET APPLICATIONS

• FDM additive manufacturing
• 3D printer upgrades and accessories
• Large-scale 3D printing
• High-performance polymers (HPPs).
• Hybrid manufacturing

 

PUBLICATIONS

1. Nguyen et al. 2024 . Influence of Thermal Treatment on Surface Roughness, Microstructural, and Mechanical Properties of 3D Printed ABS.
2. Nguyen et al. 2024. Effect of in situ thermal treatment on interlayer adhesion of 3D printed polyetherimide (PEI) parts produced by fused deposition modeling (FDM)

 

BUSINESS OPPORTUNITY

• Technology available for in-licensing
• Seeking for industrial partner for co-development
• Eligibility to government financing for industry/academic maturation program

 

 

 

 

 

SYSTÈME RADIANT POUR IMPRESSION DE PIÈCES À HAUTE PERFORMANCE

Libérer le potentiel de la fabrication additive sans coût supplémentaire

 

 

Coalia

 

BESOIN NON SATISFAIT

L’intégrité mécanique demeure un défi constant pour les pièces imprimées en 3D. Par rapport au moulage par injection, les pièces fabriquées par extrusion (FFF) présentent une forte anisotropie en raison de la faible adhérence entre les couches, ce qui entraîne une baisse générale des propriétés mécaniques et freine l’adoption de ce procédé de fabrication à un coût raisonnable.

 

APERÇU DE LA TECHNOLOGIE

La technologie est constituée d’un système de chauffage radiant annulaire monté sur le bloc chauffant d’une imprimante FFF/FDM standard. Le système radiant permet de maintenir localement la température d’impression à une valeur optimale afin de promouvoir l’adhésion entre les couches et d’améliorer les propriétés mécaniques de la pièce imprimée.

1. Amélioration des propriétés mécaniques et réduction de la porosité et de l’anisotropie des pièces imprimées
2. Recuit en cours de procédé et contrôle du gauchissement
3. Intégration facile avec des imprimantes existantes
4. Réduction des coûts de production

 

Et une imprimante 3D de 60 000$ pouvait produire des pièces de meilleure qualité qu’une imprimante à 400 000$ ?

 

Le système de chauffage radiant permet de transformer les imprimantes 3D de gamme basse et moyenne, conçues pour le prototypage rapide, en imprimantes haute performance capables de produire des pièces fonctionnelles avec une porosité réduite et des propriétés mécaniques isotropes comparables à celles des imprimantes haut de gamme.

 

 

Figure 1 : Comparaison des performances mécaniques

 

 

NIVEAU DE MATURITÉ TECHNOLOGIQUE

• Prototypes bêta fabriqués et validés
• Démonstration des performances d’impression avec plusieurs matériaux (ABS, PEI, PEEK)
• Démonstration de la compatibilité du système avec plusieurs modèles d’imprimantes.

 

AVANTAGES CONCURRENTIELS

• Amélioration des performances des pièces en impression 3D
• Adaptable aux grandes surfaces d’impression
• Réglable pour différentes tailles de têtes d’impression, y compris les extrudeurs de très petite taille
• Faible coût de fabrication
• Meilleure efficacité énergétique qu'une chambre chauffée
• Faible coût d'entretien et haute fiabilité

 

MARCHÉS VISÉS

• Fabrication additive FFF (FDM)
• Accessoires et amélioration pour imprimantes 3D
• Impression 3D à grande surface
• Polymères haute performance (HPP)
• Fabrication hybride

 

PUBLICATIONS

1. Nguyen et al. 2024 . Influence of Thermal Treatment on Surface Roughness, Microstructural, and Mechanical Properties of 3D Printed ABS.
2. Nguyen et al. 2024. Effect of in situ thermal treatment on interlayer adhesion of 3D printed polyetherimide (PEI) parts produced by fused deposition modeling (FDM)

 

OCCASION D’AFFAIRES

• Technologie disponible pour l’octroi de licences
• Recherche d’un partenaire industriel pour le codéveloppement
• Admissibilité au financement gouvernemental pour le programme de maturation de l’industrie et du milieu universitaire

 

 

 

 

Julien Longchamp, P.Eng., M.A.Sc.

Director of Transfer

Julien.Longchamp@axelys.ca

 

Julien Longchamp, ing., M.Sc.A.

Directeur de Transfert

Julien.Longchamp@axelys.ca