Comment Nix imprime en 3D des conducteurs de lumière optiquement transparents et fonctionnels
La couleur peut avoir une influence considérable sur la façon dont nous interprétons le monde qui nous entoure. Cependant, la plupart de nos communications de couleurs se font de manière verbale ou par le biais de normes et de schémas de nommage arbitraires. La plupart d’entre nous pensent que la couleur est analogique, mais Nix une entreprise ontarienne, veut faire de la couleur une expérience numérique.
LIl existe déjà des outils de laboratoire pour détecter des couleurs avec précision, mais ces outils ne sont disponibles que sur un marché limité en raison de leur niveau de prix et de leur complexité. Le capteur de couleur Nix Pro, ainsi que le mini capteur de couleur Nix, a pour objectif d’ouvrir de nouveaux marchés de détection des couleurs avec des appareils portables abordables et simples d’utilisation.
Depuis leurs lancements, les capteurs Nix ont été adoptés pour des applications diverses et variées allant du maquillage sur mesure en fonction du teint de la peau au contrôle de qualité des jaunes d'œufs et du saumon avant qu'ils n'arrivent en épiceries. Ils ont également reçu un Red Dot Design Award.
La création d'un tel outil intuitif, pratique et élégant ne s'est pas faite en un jour. De nombreuses phases de prototypage ont été nécessaires avant d’atteindre sa conception finale. Nix a chois l'imprimante Form 2 3D pour sa petite taille et sa capacité à imprimer à la fois sur des matériaux opaques et transparents. L'équipe utilise Black Resin (résine noire) pour imprimer les boîtiers et de Clear Resin pour les composants transparents comme les lentilles et les conducteurs de lumière internes.
Dans cet article, nous nous concentrerons sur les principes de base de la conception de conducteurs de lumière et sur les procédures spécifiques de Nix pour le prototypage complexe de ces composants.
Considérations sur la conception de conducteurs de lumière
D'une manière générale, un conducteur de lumière est une fibre optique ou une tige en plastique transparente solide dont le but est de transmettre la lumière d'une LED montée sur un circuit imprimé (PCB) à l'interface utilisateur d'un dispositif. Si vous avez déjà vu une petite lumière clignotante sur un routeur, par exemple, ou un jouet-robot avec des yeux qui s’illuminent, alors vous avez déjà vu un conducteur de lumière fonctionner.
Les conducteurs de lumières fonctionnent en transportant la lumière d'un point d'entrée à un point de sortie via un support optiquement transparent. Lors de la conception de conducteurs de lumière, il est important d’examiner les moyens de réduire au minimum les pertes de lumière et d’utiliser efficacement le plus petit nombre de LED.
Ajustement et tolérance
Le produit de Nix est en forme de diamant, les conducteurs de lumière doivent donc respecter cette contrainte. Ceci soulève de nombreuses questions. Comment vont-ils s'intégrer à l'intérieur ? Quelle sera leur taille ? Comment se connectent-ils avec les LED de différentes tailles.
Il était facile de modéliser des conceptions qui semblaient fonctionner en CAO, mais bien plus difficile de concevoir des pièces qui fonctionnaient correctement sur des prototypes physiques. La conception finale nécessitant un ajustement par serrage ou un bon encliquetage, chose dont l'équipe avait besoin pour effectuer de nombreux tests sur des prototypes physiques pour obtenir la bonne sensation.
Sélection des matériaux et post-traitement
Comme nous le verrons plus loin, le choix de la bonne méthode de fabrication et du matériau adéquat peut s'avérer complexe, en particulier lors du prototypage, lorsque de nombreuses itérations différentes doivent être produites dans un délai très court. Pour Nix, les options incluaient l'acrylique découpé au laser, l'acrylique usiné par commande numérique, les moules imprimés en 3D et les plastiques imprimés directement en 3D.
Une conception axée sur la fabrication
Comme pour tout composant matériel, il peut être difficile de produire en masse le prototype d’un conducteur de lumière qui a l’air d’être bien finalisé et de fonctionner. Tout au long du processus de conception, considérez quel sera le matériau final et déterminez s'il est possible de produire en série une pièce finale.
Des matériaux différents exigent des méthodes de traitement après impression différentes, ce qui peut faire perdre du temps. Il est donc important de considérer la finition des pièces lors de la conception. Par exemple, évitez d'ajouter beaucoup de rainures complexes à une pièce qui doit être poncée méticuleusement, car cela augmentera le temps et la main-d'œuvre nécessaires lors du traitement après impression.
Lectures complémentaires (en anglais)
- Comment concevoir des conducteurs de lumière (Fictiv)
- Principes de base des conducteurs de lumière à LED (Conception électronique)
Procédé de prototypage de pièces optiquement transparentes
Il a fallu un certain temps à Nix pour trouver un matériau transparent suffisamment polyvalent pour prototyper les conducteurs de lumière internes de leurs capteurs.
Avec l'acrylique découpé au laser, le matériau était transparent, mais ne pouvait produire que des formes extrudées en 2D. Avec l’acrylique usiné par commande numérique, les surfaces sont devenues troubles, on ne pouvait donc plus obtenir la réflexion interne souhaitée sans polir les pièces au dentifrice ou à la flamme. Ils auraient pu imprimer des moules en 3D, mais ce processus aurait pris beaucoup de temps.
Initialement, Nix avait opté pour une externalisation des pièces usinées par commande numérique. Même s'ils disposaient de leur propre machine à commande numérique en interne, il leur était difficile de réaliser les coupes dont ils avaient besoin pour les petits conducteurs de lumière. Pour chaque prototype, ce processus CNC prenait de 3 à 5 jours et le coût par pièce se chiffrait parfois en centaines de dollars.
Pour une seule pièce, cela ne serait pas grave. Cependant, de nombreux prototypes échouent inévitablement avant de parvenir à une conception finale. Le fait de perdre autant de temps et d'argent sur chaque itération rajoutaient plusieurs semaines ou mois, ainsi que des milliers de dollars, au processus de développement du produit.
Procédure : Impression 3D de conducteurs de lumière avec Clear Resin
Nix utilise des imprimantes 3D Formlabs depuis ses débuts, en commençant par la Form 1+ en plus d'une machine à commande numérique lorsque l'entreprise était encore basée dans une chambre de 10 m². Ils utilisent désormais l’imprimante de bureau 3D de stéréolithographie Form 2. Grâce à l’impression 3D des conducteurs de lumière enClear Resin ils ont pu imprimer dix lentilles différentes sur une seule plate-forme d’impression en un après-midi, au lieu d'attendre plusieurs jours entre deux itérations.
Pour chaque version, le processus commence par un logiciel de CAO et se termine par un prototype final à tester.
Tout d’abord, l’équipe crée un nouveau modèle de conducteur de lumière, ou un ensemble de modèles, en CAO. Ils importent ensuite la conception dans le logiciel PreForm de Formlabs et effectuent les optimisations nécessaires afin d’obtenir une impression réussie. En cas de besoin, ils peuvent disposer plusieurs lentilles sur une même plate-forme d’impression.
Les lentilles sont imprimées avec Clear Resin à 25 microns.
L'équipe retire les pièces de la plate-forme d’impression, puis retire les supports à l'aide du kit de finition de la Form 2.
Chaque pièce est inspectée à la recherche de bulles ou d'autres défauts qui pourraient empêcher la lumière de passer. Les pièces sont soigneusement lavées avec de l’alcool isopropylique (IPA) en utilisant le Finish Kit ou Form Wash. S'il reste des résidus, les pièces en sortiront collantes et avec des granulations et ceci posera des problèmes lors de l'étape de polissage. Les pièces doivent être complètement rincées.
Une fois lavées, les pièces peuvent être polies à l'aide du nettoyant acrylique Novus 1 (ou du produit de polissage de votre choix).
Pour poncer les pièces, l’équipe place du papier de verre sur un morceau de carton-liège qui possède une certaine résistance et fait tourner les lentilles de façon aléatoire afin d’éviter des marques sur la surface. Le grain du papier de verre est augmenté jusqu'à ce que les pièces soient polies de manière satisfaisante.
Le résultat est une pièce fonctionnelle, optiquement transparente, qui peut être incorporée dans les prototypes de Nix.
Photos fournies par Nix. Étant donné que les conducteurs de lumière sont assez petits, un cube plus grand imprimé en 3D, pour certaines étapes, a été utilisé pour des raisons de clarté visuelle lors des démonstrations.
Impression 3D de conducteurs de lumière sur la Form 2
La technologie d'impression 3D stéréolithographique permet d’effectuer des impressions transparentes depuis chez vous et simplifie le travail de prototypage des pièces transparentes comme les conducteurs de lumière. Clear Resin de Formlabs est idéale pour les fluides et la fabrication de moules, l'optique, l'éclairage et toutes les pièces nécessitant de la translucidité.
