Critique : Markforged Mark 2

L'industrie de l'impression 3D passe en revue l'imprimante 3D Markforged Mark Two.

Basée à Watertown, dans le Massachusetts, et fondée en 2013, Markforged est bien connue dans la communauté de l'impression 3D pour son portefeuille toujours croissant d'imprimantes 3D FFF hautes performances. L'impressionnante gamme de produits de l'entreprise comprend le pionnier Metal X, des systèmes industriels en fibre de carbone tels que les FX20 et X7, et des machines composites de bureau comme l'Onyx One et l'Onyx Pro.

L'imprimante 3D composite de bureau phare de Markforged est la Mark Two à double extrusion. Fonctionnant sur la technologie de renforcement continu des fibres (CFR) de l'entreprise, le système se définit par sa capacité à intégrer des renforts en fibres continues dans les pièces en polymère, ce qui donne des constructions plus solides et plus résistantes aux chocs que les FFF conventionnels.

Destiné principalement aux professionnels de l'ingénierie et aux entreprises de fabrication, le Mark Two est au prix de 19 990 $, mais nous verrons bientôt à quel point vous en aurez pour ce prix.

Porter la bannière Markforged

Dans la boîte, vous trouverez tout ce dont vous avez besoin pour vous lancer dans votre aventure d'impression 3D composite. Le package clé en main comprend l'imprimante elle-même, un ensemble d'outils à main, une boîte de stockage de filaments, une bobine de filament Onyx (PA6-CF) et cinq bobines supplémentaires de filaments de renforcement en fibre : 2x fibre de carbone, 1x fibre de verre, 1x fibre haute résistance à haute température et 1x kevlar.

Lors du déballage du système, il est plus qu'évident à quel point l'effort a été consacré à la qualité de construction du Mark Two. Le châssis en aluminium élégant est minimaliste, a une sensation extrêmement robuste et ressemble simplement à un kit haut de gamme. Pesant à peine 16 kg, nous ne pouvons pas nous empêcher de penser que le système constituerait un excellent ajout visuel à n'importe quel établi. C'est le genre de savoir-faire que nous attendons d'un fabricant d'imprimantes 3D coté au NYSE.

En regardant à l'intérieur, nous voyons que l'imprimante est basée sur le système d'axe T-Belt, une configuration développée et utilisée exclusivement par Markforged. Comparé à une configuration cartésienne standard, le système est plus rigide, plus rapide et plus précis. Plus précisément, la configuration de la courroie est spécialement conçue pour minimiser le couple sur le portique tout en permettant un mouvement rapide de la tête d'impression, et les rails linéaires sont usinés avec précision pour maximiser la précision.

Le Mark Two arbore un volume de construction allant jusqu'à 320 x 152 x 154 mm, ce qui n'est en aucun cas grand mais offre suffisamment d'espace de travail pour la plupart des applications de pièces moyennes. Bien que le lit ne soit pas chauffé, le cadre est entièrement fermé pour garantir que la chambre est toujours plus chaude que les conditions ambiantes à l'extérieur de l'imprimante. Ceci est crucial pour les filaments à haute température tels que le nylon, car cela permet d'éviter les problèmes de délaminage et de déformation qui se produisent lorsqu'une pièce rétrécit en raison d'un flux d'air froid. En prime, le lit d'impression magnétique est également amovible, ce qui rend la récupération des pièces simple et facile.

En ce qui concerne les capacités d'extrusion de l'imprimante, la Mark Two dispose d'une seule tête d'impression abritant un ensemble à double buse. Par rapport à une configuration IDEX, la double extrudeuse standard sera plus lourde et moins précise sur l'axe X mais plus légère et plus précise sur l'axe Y.

La température maximale de la hotend se situe à 300 ° C, ce qui permet à la machine d'imprimer avec du filament Onyx et un renfort en fibre continue de nylon, de fibre de carbone, de fibre de verre, de kevlar et de fibre de verre HSHT. Les deux buses sont soutenues par des systèmes d'extrusion Bowden plutôt que par des extrudeuses à entraînement direct, mais Markforged a toujours été en mesure d'imprimer un filament TPU flexible avec une grande répétabilité dans un environnement de R&D.

Un workflow d'impression 3D agréable

En ce qui concerne les fonctionnalités de qualité de vie, le Mark Two arbore un écran tactile couleur de 4 pouces avec une interface utilisateur épurée et raffinée. Prenant en charge plusieurs options linguistiques, le centre de contrôle permet aux utilisateurs de calibrer le lit, de charger les filaments et de lancer et d'arrêter les travaux d'impression. Markforged a choisi d'opter pour une interface basée sur Linux que nous avons trouvée extrêmement fluide et sans décalage, ce qui est très avantageux. Naturellement, à ce prix, les utilisateurs ont également accès à la connectivité Wi-Fi.

Une caractéristique remarquable du Mark Two est le porte-bobine externe inclus avec le système. L'appareil est une simple boîte sèche semblable à une mallette, mais fonctionne bien pour conserver le filament actif dans un environnement sans humidité, garantissant un stockage sûr à long terme pour des performances optimales du filament.

Le Markforged n'a qu'une seule méthode de mise à niveau du lit et c'est une méthode entièrement manuelle car il n'y a pas de capteurs intégrés dans la tête d'impression. L'approche est assez basique, dans laquelle la machine placera la tête d'impression à trois points différents sur le lit d'impression et invitera l'utilisateur à régler la hauteur du lit à l'aide des trois vis moletées en dessous. Bien que nous aurions préféré voir une méthode entièrement automatisée, la mise en œuvre actuelle ne prend qu'une dizaine de minutes et est guidée du début à la fin, donc pas de plaintes majeures là-bas.

Logiciel de tranchage Eiger

Comme de nombreux fabricants d'imprimantes 3D, Markforged fournit son propre logiciel de découpage à utiliser avec le Mark Two : Eiger. Doté d'un jeu de couleurs noir et gris simple, le programme fonctionne de manière assez similaire à n'importe quel autre trancheur FFF avec une fonctionnalité de manipulation de modèle de base et facile à utiliser. L'interface utilisateur est également propre et raffinée avec un résumé d'impression sur le côté gauche, l'espace de travail virtuel au centre et quelques paramètres modifiables sur la droite.

Une caractéristique frappante d'Eiger est le niveau de prise en main que Markforged a mis en place. Le logiciel permet uniquement aux utilisateurs de modifier les paramètres d'impression les plus élémentaires, laissant très peu de place à l'erreur humaine. Bien que certains utilisateurs préfèrent accéder à la gamme complète de paramètres, il s'agit toujours d'un avantage net, car les algorithmes de découpage prédéfinis sont extrêmement efficaces pour fournir des travaux d'impression réussis. Les paramètres personnalisables incluent le choix du matériau, la hauteur de couche, le motif de remplissage, la densité de remplissage et l'épaisseur de paroi.

Naturellement, Eiger permet également aux utilisateurs de modifier les renforts en fibres de leurs constructions avec des options pour le type de remplissage des fibres, l'emplacement des fibres, les angles des fibres, etc. Dans l'ensemble, le flux de travail est suffisamment rationalisé pour que quiconque puisse apprendre, mais offre suffisamment de profondeur pour contrôler suffisamment le résultat d'un tirage.

Du côté des performances techniques, nous avons rencontré un grand total de zéro bogue lors des tests du slicer et nous sommes heureux de signaler que le déplacement entre les différents menus est rapide comme l'éclair. En fin de compte, Eiger est probablement l'un des trancheurs les plus puissants que nous ayons eu le plaisir d'utiliser, ce à quoi on peut s'attendre d'une entreprise comme Markforged.

Analyse comparative du Mark Two : 79/100

Alors, comment l'imprimante 3D Markforged Mark Two s'est-elle comportée lors de nos tests d'évaluation ? Nous commençons avec le propre modèle d'analyse comparative de l'industrie de l'impression 3D imprimé en Onyx, qui regroupe bon nombre de nos tests d'impression plus petits en une seule partie complète. Nous attribuons à chacune des sections individuelles un score pondéré basé sur des facteurs tels que la précision dimensionnelle, la qualité de surface et l'intégrité structurelle. Le Mark Two a obtenu un score global de l'industrie de l'impression 3D de79/100– une bonne imprimante 3D de qualité professionnelle est une 60+.

Dans l'ensemble, le modèle d'analyse comparative était définitivement impressionnant. Premièrement, la partie en porte-à-faux du test est conçue pour déterminer les angles auxquels le système est capable d'imprimer sans l'utilisation de structures de support. Le Mark Two a réussi à imprimer jusqu'à 60° sans aucun problème, ce qui est un résultat phénoménal pour un filament composite.

De même, le test de pontage est destiné à déterminer les capacités d'impression horizontale d'un système. Le Mark Two a réussi à atteindre la longueur de pont de 20 mm, ce qui est un résultat respectable, surtout compte tenu de la nature difficile à traiter d'Onyx.

Enfin, nous examinons le test de rétraction, qui nous donne une méthode qualitative d'évaluation des capacités de l'extrudeuse de l'imprimante 3D. C'est là que le Mark Two a quelque peu dérapé, car le réseau de pointes imprimé a souffert d'artefacts importants et de courtes longueurs de pointes. Cela peut à nouveau être largement attribué à la complexité du traitement des filaments composites, en particulier lorsqu'il s'agit de structures fines et fines comme les pointes.

Essais de résistance à la traction

À quoi sert une imprimante 3D composite si elle ne peut pas produire de pièces à haute résistance ? Pour évaluer l'impact des renforts en fibres continues du Mark Two, nous avons mis la machine à l'épreuve avec une série d'essais de traction conformément à la norme ISO 527-2. Les tests ont été menés par nos ingénieurs du Département Mécanique et Technologie de l'Université de Rennes 1 en France.

Nous avons imprimé en 3D un total de dix échantillons composites d'os de chien en utilisant du filament Onyx, chacun avec son propre profil de renforcement de fibre unique. Les échantillons ont ensuite été testés sur une machine d'essai de traction Lloyd LR50K capable de tirer jusqu'à 50kN :

– No Fiber : Pas de renforts en fibres continues

– CF1ISO : cinq couches de fibres de carbone isotropes

– CF2ISO : dix couches de fibres de carbone isotropes

– CF2CON : Dix couches concentriques de fibre de carbone

– FG1ISO : Cinq couches de fibre de verre isotrope

– FG2ISO : dix couches de fibre de verre isotrope

– HT1ISO : Cinq couches isotropes de fibre de verre HSHT

– HT2ISO : Dix couches isotropes de fibre de verre HSHT

– KV1ISO : cinq couches de kevlar isotropes

– KV2ISO : dix couches de kevlar isotropes

En regardant les résultats, il est clair que la plus grande augmentation de la résistance à la traction provient de dix couches de renforts en fibre de carbone isotrope (CF2ISO). L'échantillon non renforcé (sans fibre) s'est fracturé lorsque la force appliquée a atteint 867,54 N, tandis que CF2ISO s'est rompu une fois que la force appliquée a atteint 5333,56 N - une augmentation de 6,15 fois la résistance.

Il est également intéressant de noter que le même spécimen (CF2ISO) a produit la plus forte augmentation du module de Young (E), qui est une mesure de la rigidité à la traction. Une valeur E plus élevée correspond à un matériau plus rigide qui se déforme moins sous des charges élastiques, tandis qu'une valeur E plus faible signifie qu'un matériau est plus élastique et flexible sous charge. L'échantillon non renforcé n'offrait qu'une valeur E de 0,131 GPa, tandis que dix couches de fibre de carbone isotrope fournissaient 3,112 GPa : une amélioration de 23,8 fois la rigidité.

Enfin, nous examinons l'allongement à la rupture, qui est une mesure de la ductilité. La mesure montre combien un spécimen peut être étiré, en pourcentage de sa longueur d'origine, avant qu'il ne se fracture. L'os de chien non renforcé était le plus ductile à 15,6 %, tandis que la partie renforcée avec dix couches concentriques de fibres de carbone (CF2CON) s'est avérée la moins ductile à 2,8 %.

Essai de trajectoire circulaire

Nous avons ensuite imprimé en 3D un ensemble de tests de trajectoire circulaire pour évaluer le profil de répétabilité du Mark Two. En étudiant la distribution normale des diamètres des cercles concentriques, on peut dire que l'imprimante offre une répétabilité suffisante lorsque l'imprécision moyenne est inférieure à 0,1 mm et l'écart type inférieur à 0,05 mm. Nos appareils de mesure sont précis à ± 0,015 mm.

Le système a présenté ici une répétabilité décente, avec une imprécision moyenne de 0,1004 mm pour l'axe X et de 0,2082 mm pour l'axe Y, ce qui donne une moyenne de 0,1543 mm pour tous les axes. Bien que la moyenne soit un peu élevée, l'écart type moyen n'est que de 0,0193 mm, ce qui est bien meilleur que la grande majorité des imprimantes 3D que nous avons jamais examinées.

Il convient de noter ici que l'axe X est nettement plus précis que l'axe Y car le premier est entraîné par deux moteurs pas à pas tandis que le second n'est alimenté que par un seul. Par conséquent, nous vous recommandons d'imprimer le long de l'axe X lorsque les exigences des pièces impliquent des tolérances serrées. Il est également clair que plus les dimensions sont grandes (plus les cercles sont grands), moins le Markforged est précis.

Vous trouverez ci-dessous les courbes en cloche pour les meilleurs et les pires cercles du test - Cercle un pour l'axe X et Cercle trois pour l'axe Y. Dans le meilleur des cas, 99,6% des cercles de 20mm fabriqués par cette imprimante 3D seront compris entre 19,95mm et 20,01mm. Dans le pire des cas, 99,6 % des cercles de 100 mm fabriqués par cette imprimante 3D seront compris entre 99,67 mm et 99,78 mm.

Tests d'applications en conditions réelles

Nous avons conclu nos tests avec trois ensembles d'applications réelles qu'un utilisateur typique de Markforged pourrait imprimer en 3D au quotidien. Le premier ensemble comprenait quatre constructions, chacune réalisée en Onyx renforcé de fibre de carbone : un levier de frein de moto, une mâchoire pour une machine d'essai de traction, des bouchons et des ailerons pour une planche de surf et un engrenage.

Le Mark Two a magnifiquement géré tous les tests d'impression en fibre de carbone, c'est le moins qu'on puisse dire, car la qualité de surface des quatre versions était excellente avec un manque évident de défauts. Le levier de frein et la mâchoire étaient effectivement impeccables et ne nécessitaient aucun post-traitement - ils pourraient certainement être utilisés comme pièces d'utilisation finale pour leurs applications respectives.

La résistance des ailerons de planche de surf était également remarquable, car ils devraient résister à des contraintes élevées s'ils étaient réellement intégrés à une planche de surf. Nous avons essayé et essayé, mais nous n'avons même pas failli les casser, ce qui témoigne des améliorations de performances permises par les renforts en fibres continues. De même, l'équipement imprimé en 3D a connu un énorme succès et pourrait certainement être utilisé dans le cadre d'un assemblage dynamique plus large.

L'ensemble de pièces suivant a été imprimé à l'aide d'Onyx renforcé de fibres de Kevlar : un étui de marque Markforged et un étui pour iPhone. Souvent utilisé dans les gilets pare-balles de protection, le Kevlar est un excellent moyen de rendre une pièce plus résistante aux chocs.

Les deux boîtiers ont été imprimés avec succès avec une qualité de surface et une intégrité structurelle incroyables. Dans le cas de la coque iPhone surconçue, nous avons pensé que le matériau était beaucoup trop rigide pour remplir efficacement son objectif, mais il constitue toujours une preuve de concept fantastique pour mettre en valeur les capacités du Mark Two.

Enfin, nous avons imprimé en 3D un moule d'injection en Onyx renforcé de fibres HSHT. Bien qu'il ne soit pas aussi solide ou rigide que la fibre de carbone, le HSHT peut rendre un composant résistant aux températures basses et élevées. En tant que tel, il convient mieux aux pièces utilisées dans des conditions extrêmes telles que les moules et les autoclaves.

Notre test d'impression final a nécessité une stratégie de renforcement complètement différente de celle du reste des pièces. Le but n'était pas de rendre le moule plus solide, mais plus rigide afin qu'il se déforme moins sous des températures élevées. Ainsi, nous avons intégré les fibres HSHT en mode concentrique plutôt qu'en mode isotrope, ce qui a permis de renforcer tous les contours qui seraient les plus sensibles aux déformations induites par la chaleur. Il n'est pas exagéré de dire que le moule s'est avéré parfait - une finition solide pour le Markforged.

Le verdict

Markforged a fait quelque chose de très spécial avec le Mark Two. L'imprimante 3D a à peu près tout ce que vous pourriez demander dans un système composite de bureau, avec son ensemble robuste de composants mécaniques bien conçus, ses excellentes performances et son esthétique gracieuse.

Pour compléter le matériel, Markforged a conçu la trancheuse Eiger pour qu'elle soit aussi accessible que possible, quel que soit le niveau d'expérience de l'utilisateur. Le programme est soigneusement conçu pour rendre le flux de travail d'impression 3D composite sans stress, garantissant que les utilisateurs peuvent passer de la conception à la production sans se laisser prendre par les détails techniques. La seule véritable façon d'améliorer Eiger est de donner aux utilisateurs la possibilité d'accéder à la gamme complète des paramètres d'impression, car cela pourrait être utile dans certains cas extrêmes.

Sur le front des performances d'impression, le Mark Two brille absolument. Bien que la précision ait chuté sur les plus grandes pièces, il est rare que nous rencontrions une imprimante 3D qui n'échoue pas à un seul de nos tests d'impression, mais la machine a réussi chacun avec brio. Cela inclut notre modèle d'analyse comparative et une grande variété de tests d'applications réelles. La qualité de surface dans son ensemble est remarquable et les renforts en fibres continues ont vraiment du punch en termes de performances mécaniques, comme en témoignent les résultats en traction.

En fin de compte, le système Markforged s'est avéré être un concurrent de choix dans le domaine des composites - la machine est un excellent choix pour ceux qui recherchent une méthode fiable d'impression de pièces continues renforcées de fibres. Si vous avez 19 990 $ à débourser pour un kit performant, nous vous recommandons fortement le Mark Two.

Spécifications techniques

Achetez l'imprimante 3D Markforged Mark Two ici.

Abonnez-vous à la newsletter de l'industrie de l'impression 3D pour les dernières nouvelles de la fabrication additive. Vous pouvez également rester connecté en nous suivant sur Twitter, en nous aimant sur Facebook et en vous connectant à la chaîne YouTube de l'industrie de l'impression 3D.

Vous cherchez une carrière dans la fabrication additive? Visitez Emplois d'impression 3D pour une sélection de rôles dans l'industrie.

L'image en vedette montre le Markforged Mark Two. Photo de l'industrie de l'impression 3D.

Kubi Sertoglu est titulaire d'un diplôme en génie mécanique, combinant une affinité pour l'écriture avec une formation technique pour fournir les dernières nouvelles et critiques en matière de fabrication additive.