Les avantages de l'impression 3D

Introduction

Impression 3D crée des pièces en construisant des objets un calque à la fois. Cette méthode offre de nombreux avantages par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles (par exemple l'usinage CNC), le plus important dont ceux qui s'appliquent à l'industrie dans son ensemble sont couverts dans cet article.

Il est peu probable que l'impression 3D remplace de nombreuses méthodes de fabrication traditionnelles, mais il existe de nombreuses applications où une imprimante 3D est capable de fournir une conception rapidement, avec une grande précision à partir d'un matériau fonctionnel.

Comprendre les avantages de l'impression 3D permet aux concepteurs de prendre de meilleures décisions lors de la sélection d'un processus de fabrication et leur permet de fournir un produit optimal.

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Vitesse

L'un des principaux avantages de la fabrication additive est la vitesse à laquelle les pièces peuvent être produites par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Conceptions complexes peut être téléchargé à partir d'un modèle CAO et imprimé en quelques heures. L'avantage est la vérification et le développement rapides des idées de conception.

Alors que par le passé, il fallait parfois des jours, voire des semaines pour recevoir un prototype, la fabrication additive place un modèle entre les mains du concepteur en quelques heures . Alors que les machines de fabrication additive plus industrielles prennent plus de temps à imprimer et à post-traiter une pièce, la capacité de produire des pièces finales fonctionnelles à des volumes faibles à moyens offre un énorme gain de temps par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles (souvent le délai sur un la matrice de moulage par injection seule peut prendre des semaines).

Fabrication en une seule étape

L'une des plus grandes préoccupations d'un concepteur est de savoir comment fabriquer une pièce aussi efficacement que possible. La plupart des pièces nécessitent un grand nombre d'étapes de fabrication pour être produites par des technologies traditionnelles. L'ordre dans lequel ces étapes se produisent affecte la qualité et la fabricabilité de la conception.

Envisagez un support en acier personnalisé fabriqué selon des méthodes de fabrication traditionnelles :

Comme pour la fabrication additive, le processus commence par un modèle CAO. Une fois la conception finalisée, la fabrication commence par la découpe des profilés en acier sur mesure. Les profilés sont ensuite serrés en position et soudés un par un pour former le support. Parfois, un gabarit personnalisé devra être fabriqué pour s'assurer que tous les composants sont correctement alignés. Les soudures sont ensuite polies pour donner un bon état de surface. Ensuite, des trous sont percés pour que le support puisse être monté sur le mur. Enfin, le support est sablé, apprêté et peint pour améliorer son apparence.

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Les machines de fabrication additive réalisent une construction en une seule étape, sans interaction de l'opérateur de la machine pendant la phase de construction. Dès que la conception CAO est finalisée, elle peut être téléchargée sur la machine et imprimée en une seule étape en quelques heures.

La possibilité de produire une pièce en une seule étape réduit considérablement la dépendance à différents processus de fabrication (usinage, soudage, peinture) et donne au concepteur un plus grand contrôle sur le produit final.

Coût

Le coût de fabrication peut être décomposé en 3 catégories; coûts d'exploitation de la machine, coût des matériaux et coûts de main-d'œuvre.

Coûts d'exploitation de la machine :


La plupart des imprimantes 3D de bureau utilisent la même quantité d'énergie qu'un ordinateur portable. Les technologies de fabrication additive industrielle consomment une grande quantité d'énergie pour produire une seule pièce. Cependant, la capacité à produire des géométries complexes en une seule étape se traduit par une efficacité et un délai d'exécution plus élevés. Les coûts d'exploitation de la machine sont généralement ceux qui contribuent le moins au coût global de fabrication.

Coûts matériels :


Le coût des matériaux pour la fabrication additive varie considérablement selon la technologie. Les imprimantes FDM de bureau utilisent des bobines de filament qui coûtent environ 25 dollars le kg, tandis que l'impression SLA nécessite une résine qui se vend environ 150 dollars le litre. La gamme de matériaux disponibles pour la fabrication additive rend difficile la quantification d'une comparaison avec la fabrication traditionnelle. La poudre de nylon utilisée dans le SLS coûte environ 70 $ par kg, tandis que des granulés de nylon comparables utilisés dans le moulage par injection peuvent être achetés pour aussi peu que 2 à 5 $ par kg. Les coûts des matériaux sont le principal contributeur au coût d'une pièce fabriquée via la fabrication additive.

Coûts de main-d'œuvre :


L'un des principaux avantages de l'impression 3D est le faible coût de la main-d'œuvre. Mis à part le post-traitement, la majorité des imprimantes 3D ne nécessitent qu'un opérateur pour appuyer sur un bouton. La machine suit ensuite un processus entièrement automatisé pour produire la pièce. Par rapport à la fabrication traditionnelle, où des machinistes et des opérateurs hautement qualifiés sont généralement requis, les coûts de main-d'œuvre pour une imprimante 3D sont presque nuls.

La fabrication additive à faible volume a un coût très compétitif par rapport à la fabrication traditionnelle. Pour la production de prototypes qui vérifient la forme et l'ajustement, il est nettement moins cher que d'autres méthodes de fabrication alternatives (par exemple, le moulage par injection) et est souvent compétitif pour la fabrication de pièces fonctionnelles uniques. Les techniques de fabrication traditionnelles deviennent plus rentables à mesure que le volume augmente et les coûts d'installation élevés sont justifiés par les grands volumes de production.

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Impression 3D en plastiqueImpression 3D en métal

Atténuation des risques

Commander un prototype défectueux coûte du temps et de l'argent au concepteur. Même de petits changements dans un moule ou une méthode de fabrication peuvent avoir un impact financier important.

Pouvoir vérifier une conception en imprimant un prototype prêt pour la production avant d'investir dans des équipements de fabrication coûteux (par exemple des moules ou des outils et des gabarits) élimine le risque pendant le processus de prototypage. Cela aide à renforcer la confiance dans sa conception avant de faire les gros investissements requis pour le niveau de production de masse.

Complexité et liberté de conception

Les restrictions imposées par la fabrication traditionnelle sur ce qui peut être fabriqué ne sont généralement pas pertinentes pour la fabrication additive. Étant donné que les composants sont construits une couche à la fois, les exigences de conception telles que les angles de dépouille, les contre-dépouilles et l'accès aux outils ne s'appliquent pas lors de la conception de pièces à imprimer en 3D

Bien qu'il existe certaines restrictions sur les caractéristiques de taille minimale pouvant être imprimées avec précision, la plupart des limitations de la fabrication additive concernent la manière d'orienter de manière optimale une impression afin de réduire la dépendance au support et la probabilité d'échec de l'impression. Cela donne aux concepteurs une grande liberté de conception et permet de créer facilement des géométries très complexes.

Personnalisation

Non seulement l'impression 3D permet une plus grande liberté de conception, mais elle permet également une personnalisation complète des conceptions. Étant donné que les technologies actuelles de fabrication additive excellent dans la construction de pièces uniques une à la fois, elles sont parfaitement adaptées à une production unique.

Ce concept a été adopté par l'industrie médicale et dentaire pour la fabrication de prothèses, d'implants et d'accessoires dentaires personnalisés. Qu'il s'agisse d'équipements de sport de haut niveau conçus pour s'adapter parfaitement à un athlète, de lunettes de soleil et d'accessoires de mode personnalisés, la fabrication additive permet une production rentable en une seule fois de pièces personnalisées.

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Facilité d'accès

Alors que la fabrication additive existe depuis plus de 30 ans, la majorité de la croissance s'est produite depuis 2010. Cela doit conduire à l'entrée d'un grand nombre d'imprimantes 3D dans l'industrie, ce qui facilite considérablement l'accès des concepteurs à la technologie de fabrication additive.

Rien qu'en 2015, plus de 278 000 imprimantes de fabrication additive d'une valeur inférieure à 5 000 $ ont été vendues dans le monde. Le nombre d'imprimantes vendues a régulièrement doublé depuis. Ce qui était à l'origine une technologie de niche accessible uniquement à un petit segment de l'industrie manufacturière est maintenant une méthode de production de pièces facilement disponible et compétitive utilisée par un vaste éventail d'industries.

Durabilité

Les méthodes de fabrication soustractives, telles que le fraisage ou le tournage CNC, éliminent une quantité importante de matériau d'un bloc initial, ce qui entraîne des volumes élevés de déchets.

Les méthodes de fabrication additive n'utilisent généralement que le matériau nécessaire à la fabrication d'une pièce. La plupart des processus utilisent des matières premières qui peuvent être recyclées et réutilisées dans plusieurs constructions. En conséquence, le processus de fabrication additive produit très peu de déchets.

L'augmentation du nombre de machines de fabrication additive dans le monde a également impacté la distance à laquelle les prototypes sont expédiés :

Étant donné que les imprimantes 3D de table ont une courbe d'apprentissage relativement courte pour fonctionner avec succès, les conceptions n'ont pas besoin d'être envoyées à un expert pour être fabriquées. De plus, l'empreinte d'un système de fabrication additive industriel est beaucoup plus petite que celle d'un site de fabrication traditionnel.

Pour cette raison, des services d'impression 3D professionnels sont créés dans le monde entier, même dans des endroits où le coût du terrain est élevé (par exemple à Londres ou à New York). La réduction des exigences d'expédition a un impact environnemental positif. Ceci, associé à la possibilité d'imprimer et de produire des pièces de rechange sur place, se traduit par une empreinte carbone beaucoup plus faible pour la plupart des pièces produites via la fabrication additive.

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