Comment l'outillage imprimé en 3D peut façonner l'avenir du prototypage

Lorsque nous discutons du rôle de l'impression 3D dans le monde de la fabrication, nous examinons souvent la manière dont la fabrication additive pourrait éventuellement remplacer les techniques traditionnelles. En fait, de nombreux développeurs de matériel AM commercialisent efficacement leurs machines en remplacement direct d'éléments tels que les machines CNC ou les systèmes de moulage par injection.

Mais l'impression 3D peut également être utilisée pour compléter les technologies existantes telles que l'usinage CNC, le moulage par injection, la fabrication de tôles, l'extrusion et le moulage.

En effet, les systèmes de fabrication additive, qu'il s'agisse de technologies métalliques industrielles telles que DMLS ou de technologies plastiques telles que FDM ou SLS, peuvent être utilisés pour créer des outils imprimés en 3D pour ces processus, accélérant et/ou améliorant la production afin d'obtenir de meilleurs résultats.

Cet article examine comment l'outillage imprimé en 3D façonne l'avenir du prototypage et de la production à faible volume. Il traite des différents types d'outils imprimés en 3D, de l'utilité des outils imprimés en 3D et des matériaux disponibles.

Types d'outils imprimés en 3D

L'outillage est un terme générique utilisé pour décrire divers mécanismes de fixation, de support ou de mise en forme utilisés dans la fabrication. L'outillage d'une pièce peut être constitué d'un ou de plusieurs composants et est généralement fabriqué à partir d'un matériau robuste comme l'acier à outils.

L'impression 3D peut être utilisée pour fabriquer plusieurs types d'outillage. Cependant, certains composants sont plus faciles à fabriquer que d'autres, et certains ne peuvent être fabriqués qu'à l'aide d'équipements de FA haut de gamme.

1. Moules

Un moule est une sorte de récipient creux qui se remplit d'un matériau pour fabriquer des pièces. La fabrication de moules est généralement réalisée par usinage, mais l'impression 3D, associée à des matériaux résistants à la température, devient une option viable pour certaines pièces.

Les moules imprimés peuvent nécessiter un meulage de surface approfondi ou d'autres traitements de surface avant d'être prêts à l'emploi, mais la rapidité avec laquelle ils peuvent être fabriqués devient une énorme aubaine pour les entreprises de prototypage.

Selon la société allemande de fabrication additive EOS, "La capacité de produire même les structures les plus complexes en haute qualité et avec des délais de production courts signifie que l'impression 3D… offre des avantages évidents pour la fabrication de moules."

2. Gabarits

Un gabarit est un dispositif de serrage sur mesure utilisé pour améliorer la cohérence des pièces pendant la fabrication. Il est généralement utilisé pour guider et contrôler le mouvement d'un outil de coupe.

Les imprimantes 3D deviennent de plus en plus utiles pour fabriquer des éléments personnalisés tels que des gabarits et des fixations, car le processus est peu coûteux pour les pièces uniques.

Les fabricants de gabarits et d'accessoires d'impression 3D peuvent également réduire considérablement les délais d'exécution, en particulier si l'impression a lieu en interne.

3. Calendrier

Un montage est un dispositif de serrage sur mesure utilisé pour fixer une pièce pendant la fabrication, généralement l'usinage. Contrairement aux gabarits, les pièces sont généralement propres aux pièces fabriquées, plutôt qu'à l'équipement de fabrication.

Les gabarits et les fixations peuvent être imprimés en 3D dans du métal ou dans des plastiques techniques comme le TPU ou le nylon renforcé de fibres de carbone.

4. Matrices d'extrusion

Les matrices sont des plaques d'acier épaisses avec des ouvertures en forme. Dans le processus d'extrusion, un matériau est forcé à travers l'ouverture de la filière, créant une longue pièce avec une section transversale qui correspond à l'ouverture de la filière.

Comme les moules, les matrices sont généralement fabriquées dans des matériaux résistants à la température comme l'acier, qui sont de plus en plus faciles à imprimer avec des processus comme DMLS et SLM.

Avantages des outils imprimés en 3D

Canaux de refroidissement conformes

Dans des processus tels que le moulage par injection, les canaux de refroidissement sont utilisés pour injecter du liquide de refroidissement autour d'un matériau en fusion afin qu'il refroidisse et durcisse uniformément. Cela permet d'éviter le gauchissement et les déformations de la pièce moulée.

Dans les moules ordinaires, les canaux sont généralement des lignes droites en raison de la difficulté d'usiner des formes plus complexes. Mais l'impression 3D permet la création de canaux de refroidissement conformes :des canaux qui suivent les contours de la pièce afin que chaque zone de la pièce soit également impactée par le liquide de refroidissement.

Selon Desktop Metal, spécialiste de la fabrication additive métallique, « les pièces avec des conceptions et des structures internes complexes, telles que les canaux de refroidissement conformes pour les moules personnalisés, sont parfaitement adaptées à la fabrication additive où le temps de fabrication et le coût par pièce ne dépendent pas nécessairement de la complexité de la conception. »

Fabrication rapide

L'impression 3D est un processus rapide, avec un temps d'installation ou de préparation minimal. Cela permet une production rapide d'outillage et un réoutillage immédiat si un outil se casse ou nécessite une modification.

Bien que l'outillage imprimé en 3D en soit encore à ses balbutiements et ne soit pas favorisé par la plupart des fabricants (ou clients), il devient déjà important pour le prototypage rapide, où les considérations de délai sont prioritaires sur d'autres facteurs.

L'outillage imprimé en 3D aura un impact important sur l'avenir du prototypage simplement parce qu'il accélère manifestement les processus de prototypage traditionnels.

Abordable et efficace

L'outillage peut être très coûteux, surtout si plusieurs composants sont nécessaires ou si la conception est particulièrement compliquée. L'impression 3D peut réduire le coût de l'outillage, car une conception complexe et complexe peut être fabriquée presque aussi rapidement qu'une simple.

La fabrication additive est également efficace en termes d'utilisation de matériau, car elle n'implique pas de découper les déchets d'une pièce.

En fin de compte, toute solution de contournement qui réduit considérablement les coûts d'une étape de prototypage jouera finalement un rôle de plus en plus important dans le processus de prototypage.

Le fabricant d'imprimantes 3D Markforged affirme qu'il "voit des fabricants capables d'imprimer en 3D entre 10 et 50% de leurs outils durables utilisés dans leur processus", ce qui représente "une valeur significative si l'on tient compte du fait que les économies de coûts moyennes d'une pièce imprimée en 3D par rapport à un la pièce usinée est de 80 %."

Peut être utilisé pour différents processus

L'outillage imprimé en 3D peut être utilisé pour plusieurs processus de fabrication uniques, notamment :

• Coupe sous pression
• Moulage par injection
• Extrusion
• Usinage CNC
• Tôlerie

Meilleurs matériaux d'outillage AM

Acier à outils

L'acier à outils est un acier dur adapté aux applications de fabrication exigeantes. En raison de sa dureté, il faut beaucoup de temps pour usiner avec précision.

Cependant, certaines technologies d'impression 3D en métal peuvent imprimer le matériau, ce qui crée des opportunités pour l'impression 3D d'éléments tels que les moules à injection. La société de FA industrielle EOS produit une gamme de poudres d'acier à outils imprimables en 3D, notamment l'acier Maraging et l'acier à outils 1.2709.

Inconel

Des processus tels que DMLS et SLM peuvent être utilisés pour imprimer des outils à partir d'alliages de nickel Inconel. Inconel résiste aux températures élevées, ce qui le rend adapté à une gamme d'applications d'outillage, y compris le moulage et l'extrusion.

Composites

Les composites tels que le nylon renforcé de fibres de carbone ou le PEEK peuvent remplacer les métaux à haute résistance lors de la fabrication d'outils imprimés en 3D tels que des gabarits et des fixations.

Thermoplastiques techniques

La société d'impression 3D Stratasys recommande de fabriquer certains gabarits et fixations à partir de matériaux FDM hautes performances tels que le TPU, le nylon renforcé ou l'ASA.

3ERP est un spécialiste du prototypage rapide avec des années d'expérience dans l'usinage, la fabrication additive et d'autres disciplines. Contactez-nous pour un devis gratuit.