L'impression 3D remplacera-t-elle le moulage par injection ? NON, et voici pourquoi !

Si vous avez lu les nouvelles au moins une fois au cours de la dernière décennie, vous êtes peut-être au courant de la soi-disant révolution de l'impression 3D. Bien que la fabrication additive soit utilisée dans l'industrie depuis les années 1980, elle n'était pas largement disponible pour les utilisateurs amateurs jusqu'à récemment.

La création du projet RepRap, en plus de l'expiration de plusieurs brevets, a permis une diminution accélérée du coût des imprimantes 3D de qualité amateur.

Maintenant que presque tout le monde peut mettre la main sur une imprimante 3d, beaucoup de gens s'interrogent sur les limites de cette technologie, et surtout si elle va éventuellement remplacer les méthodes de production traditionnelles comme le moulage par injection.

Bien que l'impression 3D ait définitivement sa place dans l'espace industriel, elle ne remplacera pas la production traditionnelle de moulage par injection, du moins dans les années à venir. Les deux technologies ont leurs avantages et leurs inconvénients et peuvent surpasser l'autre dans des domaines spécifiques. Alors que l'impression 3D est excellente pour les petits lots de production et pour la création de prototypes, le moulage par injection reste le plus rentable pour les grandes productions.

En raison du coût inférieur des matériaux et de l'efficacité énergétique du moulage par injection, il s'agit de la technologie de production recommandée lors de la production de plus de (environ) cent kilogrammes d'unités en plastique du même produit.

Pourquoi l'impression 3D est-elle plus chère que le moulage par injection ?

En supposant que vous disposiez déjà d'un moule pour démarrer votre production, la production par moulage par injection est beaucoup moins chère que l'impression 3D à l'unité. Cela est dû à la fois au coût réel du plastique utilisé pour les deux techniques et à l'efficacité énergétique de chaque technologie.

Efficacité énergétique de l'impression 3D et du moulage par injection

Le tirage moyen d'une imprimante 3D en état de marche lors d'une impression à 200°C avec un lit chauffant réglé à 60°C est d'environ 125W/h. Cela signifie que l'impression 3D consomme en moyenne 9,61 kW par kilogramme de plastique, alors que nous n'aurions besoin que d'une moyenne de 1,5 kW pour produire la même quantité de plastique via le moulage par injection.

En utilisant un taux moyen de 13 cents par kW/h (un prix raisonnable pour les États-Unis), le coût de production d'1 kg de plastique devient 1,25 $ pour l'impression 3D et 0,19 $ pour le moulage par injection.

Bien que ces chiffres soient une approximation grossière et que le coût exact de chaque technologie dépende de la machine spécifique utilisée et des modèles produits, nous pouvons toujours conclure que le moulage par injection est plus efficace en termes de consommation d'énergie pour à peu près le même rendement (d'un facteur supérieur à 6).

Les estimations de consommation électrique utilisées pour ce calcul sont basées sur nos propres mesures d'un Ender 3 v2 (consultez l'article de Facundo sur le sujet). Vous avez peut-être deviné que ni lui ni moi n'avons de machine de moulage par injection à la maison, j'ai donc basé ces calculs sur une moyenne de plusieurs sources fiables.

Coût du plastique pour l'impression 3D et le moulage par injection

Le coût par kilogramme de matériau pour les imprimantes 3D est environ 20 fois plus cher que les granulés de plastique utilisés pour le moulage par injection.

Si vous avez déjà acheté du filament pour une imprimante 3D, vous conviendrez probablement qu'il n'est pas rare de payer 20 $ pour une bobine de PLA ou d'ABS. Comparez cela au coût moyen de 1 $ pour un kilogramme de granulés ABS et nous savons maintenant pourquoi la plupart de nos appareils de la vie quotidienne ne sont pas imprimés en 3D.

Le moulage par injection est-il toujours moins cher que l'impression 3D ?

Bien que nous ayons déjà déterminé que le moulage par injection est beaucoup plus rentable pour produire de plus grandes quantités d'un produit donné, les imprimantes 3D ont également leur place dans l'industrie.

Souvent, il suffit de produire un petit à moyen lot d'un produit donné. Cela peut être le cas d'un prototype ou d'un produit qui ne sert qu'un marché de niche et aura donc une demande limitée.

Pour de plus petites quantités, le coût du moule lui-même est très important. En gros, un moule à cavité unique (un simple) peut vous coûter entre 1 000 $ et 2 000 $, tandis que les moules volumineux et complexes peuvent coûter jusqu'à 75 000 $.

Demander le prix d'un moule, c'est comme demander le prix d'une voiture, dans la mesure où la gamme est énorme. La valorisation de ma voiture est probablement inférieure au prix d'une Ferrari. Néanmoins, dans le but de comparer les deux technologies, je vais comparer les deux technologies en supposant un coût de moule de 10 000 $

Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessous, le moulage par injection devient plus rentable que l'impression 3D à environ 500 kg d'articles produits.

Ce point d'inflexion (500 kg) dépend fortement du coût du moule lui-même. Si nous effectuons à nouveau les mêmes calculs mais supposons un prix de moule de seulement 2 000 $ (pour un simple moule à cavité unique), nous devrions décider de passer de l'impression 3D au moulage par injection à environ 100 kg.

Quand dois-je utiliser une imprimante 3D au lieu du moulage par injection ?

La fabrication additive est plus pratique dans les cas où la production requise n'est que de quelques dizaines de kilogrammes. Il est également recommandé pour le prototypage rapide de nouveaux modèles, car il permet aux concepteurs d'itérer et d'optimiser leurs modèles sans encourir de coûts importants.

La technologie d'impression 3D permet également aux concepteurs de concevoir des formes qui ne pourraient pas être produites avec les méthodes de fabrication traditionnelles. La Tour Eiffel suivante que j'ai imprimée avec mon Ender 3 v2 est impossible à produire avec le moulage par injection.

L'impression 3D est-elle plus lente que le moulage par injection ?

Une imprimante 3D est nettement plus lente qu'une machine de moulage par injection. Par exemple, il n'est pas rare que de telles machines produisent jusqu'à 3 000 capsules de bouteilles par heure. Une imprimante 3D produirait une unité du même article en environ 15 minutes, ce qui signifie que nous aurions besoin de 750 imprimantes pour correspondre au même taux de production. A l'inverse, on peut aussi attendre 750 heures pour imprimer le même nombre d'unités.

Cela dit, une imprimante 3D est définitivement plus rapide et plus pratique lorsqu'il s'agit d'itérations rapides et de productions en petits lots. C'est également très pratique pendant le processus de prototypage. Grâce à la technologie de fabrication additive, nous pouvons effectuer des sprints de conception séquentiels et optimiser et améliorer rapidement nos modèles, ce que nous ne pourrions pas faire si nous choisissions d'utiliser le moulage par injection.

Plus important encore, la fabrication d'un moule peut prendre jusqu'à 10 semaines, ce qui signifie qu'il faudrait attendre au moins aussi longtemps pour voir notre première unité produite. D'un autre côté, si nous avons déjà le G-Code de notre conception chargé sur une clé USB, nous pouvons nous attendre à avoir notre premier article le même jour.

Le plastique d'impression 3D est-il le même que le plastique de moulage par injection ?

Les machines d'impression 3D utilisent des bobines de filament pour produire les unités souhaitées, tandis que la fabrication par moulage par injection utilise généralement des plastiques sous la forme de petites pastilles. Cela dit, certains types de thermoplastiques sont utilisés dans les deux technologies.

Le polystyrène (HIPS), l'ABS et le nylon sont des matériaux populaires utilisés à la fois dans l'impression 3D et le moulage par injection. Le PLA est le choix de plastique le plus populaire utilisé dans la communauté de l'impression 3D, mais il n'a pratiquement aucun cas d'utilisation dans le moulage par injection.

Les autres plastiques couramment utilisés dans le moulage par injection sont l'acrylique, le polypropylène et le polyéthylène, entre autres. Celles-ci ne sont pas compatibles avec les imprimantes de bureau amateurs, principalement en raison des températures élevées requises pour les extruder.

Les imprimantes 3D de qualité industrielle, comme celles que vous pouvez acheter chez Stratasys ou 3D Systems, sont compatibles avec la plupart des thermoplastiques. Il y a une petite mise en garde :ils vous coûteront quelques centaines de milliers de dollars.

Avantages et inconvénients de l'impression 3d et du moulage par injection

Les deux technologies ont leurs applications où elles surpassent l'autre, il est donc prudent de dire que les deux techniques seront utilisées dans les années (ou les décennies) à venir.

Bien que nous ayons déjà passé en revue la plupart des avantages et des inconvénients de chaque technologie, résumons-les rapidement.

Avantages de l'impression 3D par rapport au moulage par injection

• Permet des itérations rapides et des améliorations de conception
• Parfaitement adapté aux petits et moyens lots
• Permet de personnaliser l'un des articles
• Permet des formes et des conceptions impossibles à produire avec d'autres technologies
• Ne nécessite pas de frais initiaux (c'est-à-dire un moule)
• Convient à la fois aux amateurs et aux prosommateurs

Avantages du moulage par injection par rapport à l'impression 3D

• Très rentable pour les grandes quantités
• Consomme moins d'électricité par kilogramme de plastique
• Produit des produits de haute qualité avec des détails fins
• Grandes quantités d'unités produites par heure
• Compatible avec une large gamme de thermoplastiques
• Pièces plus solides et plus résistantes

Conclusion

En résumé, il est prudent de dire que l'impression 3D ne remplacera pas les techniques traditionnelles de moulage par injection. Le fait que les imprimantes 3D d'aujourd'hui ne soient pas en mesure d'atteindre la même qualité et la même robustesse que l'on peut attendre des pièces injectées constitue un énorme inconvénient pour la fabrication additive. De plus, la technologie elle-même ne permet pas les taux de production incroyables qui sont réalisables avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

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