Transformer le Prototypage : La Puissance de l'Outillage Imprimé en 3D

Lorsqu'on discute du rôle de l'impression 3D dans le monde manufacturier, on considère souvent les façons dont la fabrication additive pourrait éventuellement remplacer les techniques traditionnelles. En fait, de nombreux développeurs de matériel AM commercialisent effectivement leurs machines comme un remplacement direct pour des choses comme les machines CNC ou les systèmes de moulage par injection.

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

C'est parce que les systèmes AM — qu'il s'agisse de technologies métalliques industrielles comme le DMLS ou de technologies plastiques comme le FDM ou le SLS — peuvent être utilisés pour créer de l'outillage imprimé en 3D pour ces procédés, accélérant et/ou améliorant la production pour de meilleurs résultats.

Cet article examine comment l'outillage imprimé en 3D façonne l'avenir du prototypage et de la production en faible volume. Il discute des différents types d'outillage imprimé en 3D, pourquoi l'outillage imprimé en 3D est utile, et quels matériaux sont disponibles.

Types d'Outillage Imprimé 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 pour une pièce peut consister en un ou plusieurs composants, et est généralement fait 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'avec des équipements AM haut de gamme.

1. Moules

Un moule est une sorte de récipient creux qui est rempli d'un matériau pour fabriquer des pièces. La fabrication de moules est généralement réalisée par usinage, mais l'impression 3D — couplée 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 un atout majeur pour les entreprises de prototypage.

Selon l'entreprise allemande AM EOS, « La capacité à produire même les structures les plus complexes avec une haute qualité et des temps de production courts signifie que l'impression 3D … offre des avantages clairs pour la fabrication de moules. »

2. Gabarits

Un gabarit est un dispositif de maintien de pièce personnalisé 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 articles personnalisés comme les gabarits et les montages, car le processus est peu coûteux pour des pièces uniques.

Les fabricants de gabarits et montages imprimés en 3D peuvent aussi réduire drastiquement les délais — surtout si l'impression se fait en interne.

3. Montages

Un montage est un dispositif de maintien de pièce personnalisé utilisé pour sécuriser une pièce pendant la fabrication, généralement l'usinage. Contrairement aux gabarits, les pièces sont généralement uniques aux pièces fabriquées, plutôt qu'à l'équipement de fabrication.

Les gabarits et montages peuvent être imprimés en 3D en métal ou en plastiques techniques comme le TPU ou le nylon renforcé de fibres de carbone.

4. Filieres d'extrusion

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

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

Avantages de l'Outillage Imprimé en 3D

Canaux de refroidissement conformes

Dans des procédés comme le moulage par injection, des canaux de refroidissement sont utilisés pour injecter du liquide de refroidissement autour d'un matériau fondu pour qu'il refroidisse et durcisse uniformément. Cela aide à prévenir le gauchissement et les déformations dans 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 pour que chaque zone de la pièce soit également impactée par le liquide de refroidissement.

Selon le spécialiste de l'AM métallique Desktop Metal, « Les pièces avec des conceptions complexes et des structures internes — comme des canaux de refroidissement conformes pour des moules personnalisés — sont idéalement adaptées à la fabrication additive où le temps de fabrication et le coût par pièce ne sont pas nécessairement dépendants de la complexité de la conception. »

Fabrication rapide

L'impression 3D est un processus rapide, avec un temps de configuration ou de préparation minimal requis. Cela permet la production rapide d'outillage — et un ré-outillage immédiat si un outil casse ou nécessite une modification.

Bien que l'outillage imprimé en 3D en soit encore à ses débuts 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 grand impact sur l'avenir du prototypage simplement parce qu'il accélère démontrablement les processus de prototypage traditionnels.

Abordable et efficace

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

L'AM est aussi efficace en termes d'utilisation des matériaux, car elle ne implique pas de couper du matériau de rebut à partir d'une pièce brute.

Au final, toute solution qui réduit drastiquement les coûts d'une phase de prototypage jouera finalement un rôle de plus en plus important dans le processus de prototypage.

Le fabricant d'imprimantes 3D Markforged dit « voir des fabricants capables d'imprimer en 3D entre 10 et 50 % de leur outillage durable utilisé dans leur processus », ce qui représente « une valeur significative quand on considère que l'économie de coûts moyenne d'une pièce imprimée en 3D vs une pièce usinée est de 80 %. »

Peut être utilisé pour différents procédés

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

• Fonderie sous pression
• Moulage par injection
• Extrusion
• Usinage CNC
• Fabrication de tôles

Meilleurs Matériaux AM pour l'Outillage

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 l'usiner avec précision.

Cependant, certaines technologies d'impression 3D métallique peuvent imprimer ce matériau, ce qui crée des opportunités pour l'impression 3D d'articles comme des moules d'injection. L'entreprise AM industrielle EOS produit une gamme de poudres d'acier à outils imprimables en 3D, y compris l'acier maraging et l'acier à outils 1.2709.

Inconel

Des procédés comme le DMLS et le SLM peuvent être utilisés pour imprimer de l'outillage en alliages de nickel Inconel. L'Inconel résiste aux hautes températures, le rendant 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 servir de remplacement aux métaux à haute résistance pour la fabrication d'outillage imprimé en 3D comme les gabarits et montages.

Thermoplastiques techniques

L'entreprise d'impression 3D Stratasys recommande de fabriquer certains gabarits et montages à partir de matériaux FDM haute performance comme le TPU, le nylon renforcé ou l'ASA.

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