CM – L’impression 3D pour la production est-elle une alternative valable au moulage par injection ?

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L’impression 3D est unique en tant que technologie perturbatrice à un égard clé, c’est-à-dire qu’elle a bouleversé le paradigme de la fabrication grâce à l’introduction du prototypage rapide il y a environ 25 à 30 ans, elle perturbe à nouveau la fabrication. Ceci est basé sur le fait qu’aujourd’hui, les technologies d’impression 3D ont été affinées à un point tel qu’elles sont des technologies de production vraiment viables. Désormais, la conversation entre les fabricants tourne autour de l’utilisation la plus judicieuse de l’impression 3D pour la production, quels sont ses avantages, où se situe le sweet spot en termes de volumes préférables, quelles sont les opportunités qui existent grâce à son utilisation et quelles sont les barrières à l’entrée ?

Il y aura peu d’entreprises de fabrication qui n’auront pas utilisé ou n’auront pas flirté avec l’adoption de l’impression 3D à un certain niveau en 2021, que ce soit en tant que technologie complémentaire aux processus de fabrication existants, ou même en tant qu’alternative. De nombreux OEM utiliseront des imprimantes 3D de bureau pour le prototypage rapide, uniquement pour obtenir un premier modèle 3D raisonnablement précis de leurs conceptions de produits, mais ces imprimantes ne sont pas conçues pour des applications de production plus exigeantes, où la répétabilité et la précision/tolérance sont essentielles.

Les machines d’impression 3D qui atteignent une répétabilité et une précision de niveau de production sont généralement des bêtes coûteuses. Pour cette raison, de nombreux utilisateurs potentiels sont rebutés par l’importante mise de fonds requise et s’adressent donc à des spécialistes de la sous-traitance d’impression 3D, qui ont non seulement les niveaux de machines d’impression 3D de haute qualité nécessaires en interne, mais ont également l’expérience pour obtenir le la plupart d’entre eux. L’idée que l’impression 3D est une technologie plug and play est un mythe, et bien que les imprimantes de modèles de bureau d’entrée de gamme ne nécessitent qu’un minimum de connaissances pour fonctionner, pour les applications de production, pour obtenir les paramètres de construction nécessaires et pour optimiser la qualité, les coûts par la partie et la rapidité de construction nécessitent un tas d’expérience, que les agences de sous-traitance ont à la pelle.

En ce qui concerne la production de pièces en plastique, l’impression 3D fonctionne dans un espace où la technologie de traitement conventionnelle est le moulage par injection.

Le moulage par injection reste la technologie de prédilection pour la production de pièces en plastique à grand volume, mais il se caractérise par un investissement initial important dans l’outillage, qui prend également du temps et est difficile et coûteux à adapter. La technologie peut utiliser plusieurs moules en même temps, ce qui signifie qu’elle convient parfaitement au fabricant de masse de pièces et de composants de manière rentable, sa rentabilité est également favorisée par le fait qu’il y a un gaspillage minimal car le matériau est précisément dosé pour correspondre aux exigences spécifiques des moules. De plus, alors qu’il existe un nombre croissant d’options de matériaux pouvant être utilisées avec l’impression 3D, elle ne peut toujours pas correspondre au choix de matériaux compatibles avec le moulage par injection.

Un inconvénient important, cependant, est le fait qu’il existe des limitations de conception inhérentes au moulage par injection, certaines géométries étant difficiles à retirer du moule, et des conceptions précises et délicates étant difficiles et coûteuses à mouler avec précision. De plus, il est difficile, coûteux et parfois impossible de corriger les erreurs d’outillage ou de changer l’outillage pour optimiser ou répéter de nouvelles conceptions. De nouveaux outils sont souvent nécessaires, avec tout ce que cela implique en termes de coût et de temps, les outils prennent souvent des semaines voire des mois à fabriquer.

L’impression 3D présente un certain nombre d’avantages par rapport aux processus traditionnels tels que le moulage par injection.

Le plus important d’entre eux est la flexibilité supplémentaire que l’impression 3D permet dans la conception. De toute évidence, l’impression 3D peut rendre les composants impossibles ou coûteux et difficiles à réaliser en utilisant le moulage par injection, tels que les composants qui sont creux dans certaines zones. Cela est possible, car dans l’impression 3D, le matériau est ajouté en couches et la densité du matériau du noyau peut être modifiée. Ainsi, non seulement certaines zones peuvent être creuses, mais d’autres zones critiques peuvent être renforcées. Cela signifie que l’impression 3D est un facilitateur clé lorsqu’il s’agit de légèreté mais avec une résistance accrue. Avec l’impression 3D, les conditions matérielles idéales tout au long d’une pièce sont dictées par la conception et non par les caprices des divers processus de production et de post-production utilisés.

L’impression 3D favorise également ce que l’on peut appeler la consolidation de la complexité. Cela se fait car la technologie peut combiner des pièces et des fonctionnalités dans une seule construction qui devraient autrement être post-traitées ou assemblées à l’aide de moulage par injection conventionnel et de technologies connexes, encore une fois motivées par la flexibilité de conception offerte par l’impression 3D. Des pièces peuvent être produites en utilisant l’impression 3D qui sont plus ergonomiques et qui intègrent de multiples pièces et caractéristiques qui seraient impossibles ou d’un coût prohibitif à réaliser via la fabrication d’outillages très complexes requis pour le moulage par injection.

L’impression 3D ne nécessite aucun outillage et est agile, ce qui facilite un délai de production rapide. Avec l’impression 3D, le coût de la pièce n’est pas lié à la complexité de la pièce. Dès que la complexité est introduite dans une pièce moulée par injection, il faut des outils de moulage de plus en plus chers, ce qui entraîne une augmentation exponentielle des coûts jusqu’à ce que la production de la pièce ne soit plus viable. Comme l’impression 3D ajoute de la matière, la complexité de la conception et les différentes formes incorporées n’affectent pas le temps nécessaire pour produire une pièce, et n’entraîne donc pas d’augmentation des coûts

Au-delà de la complexité non coûteuse des pièces, l’utilisation de l’impression 3D pour la production facilite également une liberté géométrique presque illimitée, présente des coûts d’itération très faibles à nuls et présente un faible temps d’arrêt dans le cycle de production.

Inversement, le moulage par injection rend les itérations de conception coûteuses, et au-delà du coût élevé de l’outillage initial qui, comme mentionné, augmente avec la complexité accrue des pièces, signifie que la production est limitée à l’emplacement de l’outillage de production. Les technologies d’impression 3D fabriquent directement à partir de fichiers CAO 3D, de sorte que le lieu de fabrication est beaucoup plus flexible.

De plus, comme l’impression 3D est un processus numérique, elle peut être arrêtée après la construction ou après l’exécution et redémarrée sans coût punitif, ce qui signifie que les volumes de production peuvent être exactement alignés sur la demande au jour le jour, de semaine en semaine, de mois en mois. . Avec le moulage par injection, une fois le processus de fabrication lancé, il doit remplir immédiatement toute la série pour rester économique, ce qui nécessite donc des besoins de stockage qui augmentent eux-mêmes le coût par pièce.

L’impression 3D est une technologie de production très fiable, rentable et relativement facile à utiliser pour les applications de volume court à moyen et peut rivaliser avec le moulage par injection.

Le moulage par injection trouve sa place idéale dans la production de grandes séries où l’exigence est la fabrication de plusieurs milliers de produits identiques simultanément. Il est également mieux adapté aux conceptions robustes basées sur une forme continue, et le processus peut produire des produits avec une finition de surface lisse supérieure sans avoir besoin de post-traitement (ce qui est généralement nécessaire avec les pièces d’impression 3D).

L’impression 3D trouve sa place idéale dans le domaine du prototypage et des petites et moyennes séries de pièces et de composants géométriquement complexes avec des espaces, des trous ou des vides. C’est également la meilleure solution pour la fabrication ou les pièces où la conception évoluera fréquemment ou lorsqu’une personnalisation est requise, car les modifications de conception peuvent être prises en compte même en production.

Ces points forts respectifs sont assez discrets et jouent sur le fait que les fabricants avant-gardistes pourraient en fait considérer l’impression 3D et le moulage par injection comme des processus complémentaires plutôt que comme des processus concurrents. Lorsqu’ils sont utilisés de manière constructive ensemble, par exemple, les cycles de pré-production peuvent être considérablement raccourcis avant que la production en grand volume ne soit entreprise.

Il semble probable qu’à l’avenir, les tirages de peut-être 10 000 et moins seront bientôt le domaine de l’impression 3D, qui pour de tels volumes rendra le moulage par injection sinon redondant, de moins en moins pertinent lorsqu’on le regarde à travers le prisme du coût et du temps de production. Cependant, le moulage par injection ne sera jamais remplacé, car il s’agira généralement de la technologie de choix pour les tirages à plus gros volume.

Cependant, le plus grand avantage de l’utilisation de l’impression 3D est peut-être que, bien que par pièce, elle soit lente par rapport au moulage par injection, ses avantages en termes de liberté de conception, de création de complexité géométrique et de consolidation de pièces stimulent tous l’innovation. Ces facteurs à eux seuls peuvent être une incitation à utiliser l’impression 3D pour plusieurs petits lots plutôt que de s’incliner uniquement devant l’économie de l’utilisation du moulage par injection pour la fabrication en grand volume.

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