Le développement produit en impression 3D céramique

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L'approche expérimentale est au cœur de l'ADN de Nervous System. Ce studio de conception générative crée des pièces uniques d'art, de joaillerie et de décoration en alliant informatique, mathématiques, biologie et architecture avec un processus à la pointe des technologies et techniques émergentes.

Nervous System lance aujourd'hui son tout premier produit imprimé en 3D en céramique, “Porifera,” une gamme de bijoux fabriqués avec la Ceramic Resin de Formlabs. Même si cette création s'ancre dans un processus pluriannuel d'expérimentations avec différents matériaux céramiques, cette ligne de joaillerie a été conçue en seulement quelques mois après avoir effectué des tests bêta sur la dernière formule de la résine.

Une tasse avec des structures cellulaires imnprimée en 3D avec Ceramic Resin.
En 2017, Nervous System a reálisé des essais sur une précédente version de la Ceramic Resin de Formlabs afin de créer un service à thé cellulaire, actuellement en phase de développement.

Découvrez comment les années d'expérimentations de matériaux par les cofondateurs du studio Jessica Rosenkrantz et Jesse Louis-Rosenberg ont abouti au produit final. De l'exploration de concepts au banc d'essai de différentes géométries jusqu'à la mise au point de leur propre glaçure, vous comprendrez pourquoi l'approche expérimentale est à leur sens une clé du succès.

Repousser les limites de la céramique traditionnelle

Chaque projet Nervous System est le fruit d'une source d'inspiration originale. Certains découlent directement de la biologie en partant de logiciels qui créent des formes en imitant des phénomènes naturels tels que la formation de nervures dans les feuilles. D'autres s'inspirent de nouvelles techniques de fabrication, comme cela a été le cas pour la collection Porifera.

robes rouges et lampes blqanches aux designs complexes inspirés par la nature dans le studio de design de Nervous System.
Le studio Nervous System crée des pièces uniques à un prix abordable dans les secteurs de l'art, de la joaillerie et de pièces de vaisselle en utilisant des simulations informatiques pour concevoir les designs puis des outils de fabrication numérique tels que l'impression 3D pour faire de ces pièces une réalité.

« Les céramiques sont vraiment belles et elles offrent de grandes qualités. Elles sont abordables et résistantes. Elles sont agréables au toucher et leur aspect va du brillant au naturel », explique Rosenkrantz.

Auparavant, le studio sous-traitait la production de la gamme d’articles ménagers en porcelaine. Néanmoins, il lui tardait de combiner les géométries complexes rendues possibles par la fabrication additive avec la qualité des céramiques traditionnelles.

Le studio a ainsi testé plusieurs matériaux d’impression 3D à base de poudre et de résine mais le poids et le toucher de ces céramiques ne se rapprochait pas assez de celui des céramiques traditionnelles. Tout en testant les solutions de Formlabs, Nervous System a contribué à ce que les avancées des matériaux viennent à bout de certains de ces défis, notamment en matière d’imprimabilité et de densité pour la phase finale de cuisson.

« L’un des éléments le plus passionnant, c’est la capacité à créer des objets impossibles à réaliser avec les autres techniques céramiques », selon Rosenkrantz. « On ne pouvait pas mouler de très fines structures entremêlées car lors de la phase brute de la plupart des processus céramiques, les pièces présentent de grandes fragilités. Cependant, même dans sa phase brute, le matériau d’impression 3D est résistant car il contient de la résine, ce qui permet d’obtenir des géométries très complexes extrêmement solides une fois cuites. »

 
La grande résistance de la Ceramic Resin durant sa phase brute permet d’imprimer des géométries complexes conservant leur solidité une fois cuites.

« C’est agréable de faire les choses en interne », déclare Louis-Rosenberg. « Nous n’avons pas vraiment envie d’être pieds et poings liés à une technologie. Investir des montagnes dans un instrument, ce n’est pas cela que nous voulons. Par contre, pouvoir créer et expérimenter nous-mêmes, là c’est passionnant ! »

« Nous pouvons créer des objets impossibles à réaliser avec les autres techniques céramiques. Même dans sa phase primaire, le matériau est résistant, ce qui permet d’obtenir des géométries très complexes extrêmement solides une fois cuites ».
Jessica Rosenkrantz
Nervous System

Allier forme et fonction
Nervous System a testé différents concepts avec la Ceramic Resin de Formlabs. L’imprimabilité était capitale : il s’agit d’un matériau expérimental exigeant une exploration approfondie afin de découvrir les géométries idéales. Le travail initial a porté sur un service à thé puis s’est orienté vers de plus petits produits après l’apparition de défis relatifs à l’impression des structures cellulaires du service et au maintien de la rentabilité de la production.

« Depuis un certain temps, nous savions que nous voulions travailler avec un matériau d’impression 3D céramique… sans pour autant savoir ce que nous voulions en faire », indique Louis-Rosenberg. « Une théière et des tasses, c’est très grand et il est donc difficile de les fabriquer à un coût abordable, alors nous travaillons toujours sur ce projet. Nous avons ainsi voulu commencer par faire quelque chose de plus petit, en l'occurrence de la joaillerie. »

Des pièces de bijouterie céramiques imprimées en 3D dans le studio de Nervous System.
L’impression 3D de céramique a permis à Nervous System de fabriquer de fines pièces à la géométrie unique pour sa collection Porifera.

Avec des designs aux structures plus filaires telles que le service à thé, une fissure pouvait affecter la pièce tout entière. L’étude de bijoux de taille plus réduite a révélé que les structures continues fonctionnaient bien mieux.

« Être autoportant, c’est important non seulement pour l’impression mais aussi pour le processus de cuisson », explique Rosenkrantz. « Parce qu'ils sont interconnectés, la joaillerie maintient sa forme à la cuisson. »

Parallèlement à l’étude des impression 3D de céramique, Nervous System a effectué des recherches sur les structures à surface minimale, un dérivé du projet avec New Balance,et a découvert des géométries similaires chez les éponges siliceuses.

Images d'éponges siliceuses des fonds marins et dessins des concepts de bijoux dans le studio de Nervous system.
Les structures fines et autoporteuses des éponges siliceuses de grands fondsont contribué à inspirer Porifera. Les éponges absorbent la silice des eaux dans lesquelles elles baignent et forment ainsi de délicats squelettes de verre.

Les formes interconnectées et autoporteuses des éponges se sont avérées idéales pour l’impression avec la Ceramic Resin ainsi que pour le placement et le retrait des pièces imprimées en 3D.

L’équipe a réalisé des simulations des géométries des éponges afin de donner corps aux formes des colliers et boucles d’oreilles finales de la collection.

Simulation de la géométrie des éponges siliceuses par Nervous System afin de donner corps aux formes des colliers et boucles d’oreilles finales de la collection Porifera.

Découvrez comment Nervous System a développé la collection de joaillerie Porifera.

Définir l’émaillage

Il a fallu de nombreux essais pour parvenir au flux de cuisson et d’émaillage gagnant. Le processus final de Nervous System a influencé le Guide d’utilisation de Ceramic Resin, que tout utilisateur de la Ceramic Resin devrait lire en entier avant d’imprimer avec ce matériau.

Les précédents matériaux céramiques avec lesquels Nervous System avait travaillé n’avaient pas atteint la densité des céramiques traditionnelles. Ainsi, après la cuisson, certaines pièces étaient toujours très poreuses et requéraient une glaçure différente.

« En quelque sorte, nous les cuisions complètement puis les émaillions, puis procédions à une glaçure à faible température », indique Louis-Rosenberg. « avec la Ceramic Resin de Formlabs, cela n’aurait pas de sens car celle-ci permet une phase finale avec une densité plus complète. C’est un avantage, mais cela veut aussi dire que si on la cuit complètement, son émaillage devient très difficile car l’émail n’adhère pas à une surface vitreuse. »

 
Cuisson de pièces dans le four à céramique. Légende: Après la cuisson totale, les pièces finales imprimées en Ceramic Resin ont atteint leur densité totale et ne sont plus assez poreuses pour que l’émail y adhère. Afin d’y remédier, Nervous System émaille certaines pièces après une cuisson du biscuit.

Avec l’aide de son céramiste, l’équipe s’est rendu compte qu’elle devait cuire les pièces à une température bien inférieure pour maintenir sa porosité et ensuite appliquer l’émail puis cuire à une température plus élevée.

« Ce que nous faisons maintenant se rapproche en fait beaucoup plus du processus de la céramique traditionnelle : tout d'abord, nous procédons à la cuisson dite de dégourdi qui permet de brûler toute la résine. Nous cuisons la pièce à une température plus faible de 1900 °F (1 040 °C), soit à cône 05. Nous obtenons ainsi une pièce très friable et poreuse. C'est ce que nous voulons car cela permet une bonne cohésion de l'émail avec la pièce », déclare Louis-Rosenberg.

 
Nervous System trempe les pièces dans la glaçure au lieu de l'appliquer par pulvérisation afin que toutes les surfaces de chaque pièce soient bien émaillées.

Après la cuisson de biscuit, les pièces imprimées sont friables et poreuses. Nervous System trempe les pièces dans une glaçure conçue par ses céramistes. Celle-ci se base sur des recettes disponibles au grand public. Une fois l'émaillage réalisé, les pièces sont cuites une seconde fois à cône 10, soit environ 2350 °F (1 290 °C).

Auparavant, Nervous System appliquait l'émail par pulvérisation mais s'est ensuite rendu compte que la complexité géométrique des bijoux faisait que certaines surfaces n'étaient pas couvertes par la glaçure.

« C'est surprenant. Spontanément, on ne dirait pas qu'il y a une grande différence entre une température de 1 040 °C et de 1 290 °C. Néanmoins, lorsque l'on cuit à 1 040 °C, la pièce prend un aspect blanc et crayeux alors qu'à 1 290 °C, l'aspect est vitreux et lisse. C'est donc dans cette zone de température que se produisent les grands changements », explique Rosenkrantz.

Conseil de ponçage: Nervous System ponce les pièces à deux reprises au cours du processus de production de la collection Porifera. Après l'émaillage, les parties des pièces qui reposeront sur le four à céramique sont poncées afin d'en ôter l'émail qui pourrait s'embraser au contact du four. Une fois les pièces complètement cuites, la partie interne de chaque bijou est à nouveau poncée pour supprimer toute aspérité des zones qui seront au contact de la peau.

Commencer à expérimenter avec la Ceramic Resin

La Ceramic Resin fait partie de la gamme de produits Form X de Formlabs. Après Color Kit, c'est le produit le plus expérimental que Formlabs aie commercialisé jusqu'à présent. Les studios de test bêta tels que Nervous System font partie intégrante du processus menant à la commercialisation de produits expérimentaux.

« J'aime vraiment l'idée derrière l'initiative Form X. Elle montre bien que Formlabs est à l'aise avec les expériences qui peuvent être réalisées avec ses machines. Il me semble que nombre d'autres fabricants ne souscrivent pas à cette philosophie et qu'il est alors difficile d'utiliser leur technologie pour expérimenter », indique Rosenkrantz.

Nervous System dans leur studio avec leurs imprimantes Form 2, ainsi que Form Wash et Form Cure et leur pièces imprimées en céramique.
Simulation de la géométrie des éponges siliceuses par Nervous System afin de donner corps aux formes des colliers et boucles d’oreilles finales de la collection Porifera.

La conception de nouveaux matériaux, dont les produits Form X, est au cœur du processus de développement de Formlabs. Nos scientifiques internes spécialistes des matériaux sont prêts à repousser les limites, et ils s'efforcent en permanence d'étendre le domaine des possibles s'ouvrant à nos clients.

« Ce qui est vraiment fascinant avec la Ceramic Resin, c'est que nous disposions déjà d'une imprimante Form 2. Nous l'utilisions pour imprimer du plastique, et maintenant elle nous sert aussi à imprimer de la céramique », commente Rosenkrantz. « D'habitude, on ne peut pas utiliser un équipement dont on dispose depuis des années afin de fabriquer quelque chose de tout à fait différent avec de nouvelles propriétés matérielles ».

« D'habitude, on ne peut pas utiliser un équipement dont l'on dispose depuis des années afin de fabriquer quelque chose de tout à fait différent avec de nouvelles propriétés matérielles ».
Jessica Rosenkrantz
Nervous System

En Amérique du Nord et en Europe, vous pouvez acquérir la Ceramic Resin directement chez Formlabs. En savoir plus sur ce matériau et ses caractéristiques..

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