Faire progresser la fabrication de prototypes : techniques de production rapide de pointe

Rudgley M définit la fabrication rapide comme : « technologie de fabrication pour fabriquer le produit final pratique par méthode de fabrication additive », qui utilise la technologie de fabrication de prototypes pour produire le produit désiré pour la production. La fabrication rapide est une direction de développement de la technologie de prototypage rapide, mais il y a encore de nombreux domaines à améliorer.

SLA, SLS, FDM sont les principales technologies pour fabricant de prototypes, et leurs caractéristiques communes sont la discrétisation de la pièce en couches séparées et la fabrication des couches indépendamment.

Géométrie complexe

La caractéristique la plus tentante des produits de prototypage rapide est qu'ils sont presque illimités en termes de géométrie. Avec ce processus, des articles avec une grande indépendance et liberté de géométrie peuvent être produits, tels que concavités inversées, porte-à-faux, forme libre et diverses formes géométriques de base. Par exemple, le processus SLS ne nécessite pas de supports, et les pièces peuvent être placées dans n'importe quelle position dans la position d'usinage sans besoin de serrage, ce qui signifie que le SLS peut fournir des possibilités géométriques presque infinies à la pièce.

D'autre part, divers produits de tailles micro à grandes peuvent être fabriqués avec la technologie de prototypage rapide. La taille du produit dépend du choix du processus : SLS, SLA et FDM sont généralement utilisés pour la fabrication de pièces de taille moyenne, en raison de l'exécution du processus et du coût économique, ainsi que de la performance des pièces de grande taille. La taille de ces processus est très limitée quand il s'agit de grands produits.

Puisque la technologie de prototypage rapide polymère ne nécessite pas de moule similaire à la méthode de traitement conventionnelle, le produit défini par le client fabriqué par prototypage rapide est significativement plus économique que le processus conventionnel. Cette caractéristique combinée avec la géométrie complexe que le produit peut atteindre pointe conjointement la voie vers le prototypage rapide dans le domaine médical. En même temps, la flexibilité géométrique élevée offre aussi la possibilité de combiner RP avec les méthodes de traitement traditionnelles, et s'est rapidement développée en l'une des directions de développement de la technologie RP d'aujourd'hui. Par exemple, la fabrication précédente de pièces minces, longues et étroites ne pouvait être faite qu'avec le processus EMD (Électro-Érosion), et maintenant RP peut aussi fournir une solution complète pour la fabrication de telles pièces.

FAO & Ingénierie inverse

Avec le processus de prototypage rapide, des pièces avec des caractéristiques (telles que concavités, coins intérieurs aigus, parois minces longues, etc.) qui ne peuvent pas être usinées ou sont difficiles à usiner avec les méthodes d'usinage conventionnelles peuvent être facilement fabriquées. En même temps, pour faire fonctionner la technologie RP, les concepteurs doivent repenser la façon dont ils conçoivent les pièces pour démontrer les caractéristiques de conception libre de ces processus.

Il convient de noter que toutes les questions ci-dessus sur la conception libre nécessitent un développement supplémentaire de logiciels CAO professionnels pour la technologie RP. La combinaison d'améliorations dans les outils de conception et de changements dans les concepts de conception des concepteurs peut exploiter le potentiel de la technologie RP.

En plus de concevoir directement le modèle du produit requis, les ingénieurs conçoivent souvent selon la conception physique existante, ce qu'on appelle l'ingénierie inverse. La détection rapide et les techniques de reconstruction 3D CAO fournissent un moyen d'obtenir des modèles CAO directement à partir d'objets physiques.

Rapidité

La raison pour laquelle la technologie RP est appelée « technologie de prototypage rapide » est qu'elle produit des produits avec un cycle plus court que le traitement traditionnel. La sensibilité du RP à la conception est très faible. Cela veut dire que le degré de flexibilité de la production est élevé, et le problème de forme du produit est à peine considéré au moment de la fabrication, économisant ainsi beaucoup de temps. Vu cela, de nombreuses entreprises utilisent la technologie RP pour fabriquer des pièces de test de produits pour comprendre rapidement la performance et d'autres paramètres du produit.

Économie et autres contraintes

Bien que la productivité de divers processus RP ait augmenté, les exigences de production pour la productivité RP n'ont pas été satisfaites. En outre, en raison de l'inégalité extrême que le processus RP peut fournir, cela conduit aussi à une exagération considérable des pertes d'équipement et de matériaux.

Actuellement, bien que la technologie RP ait de grands avantages dans le prototypage de produits et l'essai de production, le prix élevé et la perte de matériaux de l'équipement et la différence de productivité avec les processus traditionnels limitent la fabrication à grande échelle du processus RP. Bien sûr, l'économie n'est qu'une raison pour laquelle les processus RP sont rarement utilisés pour fabriquer des pièces durables. D'autres facteurs majeurs sont la résistance du produit, le matériau, la répétabilité du processus, et ainsi de suite.

Le développement de la technologie de fabrication de prototypes

En ce qui concerne le développement de la technologie RP, il y a encore un écart entre les produits fabriqués et les méthodes de fabrication traditionnelles en termes de rugosité de surface, précision, répétabilité et qualité du produit. On peut dire que le processus RP existant et la chaîne de processus doivent subir une période de développement pour atteindre une technologie fiable et sûre pour atteindre la précision et la qualité requises par le processus. Le processus RP mentionné ci-dessus a presque la même précision (0,1-0,2 mm/100 mm) et rugosité (Ra 5-20 μm), et la répétabilité est relativement faible. Des améliorations supplémentaires devraient être faites du côté de la conception mécanique, ce qui peut être réalisé par un système de rétroaction technique. Il est prévisible que pour améliorer la qualité des produits, il y aura un équipement de processus composite combinant processus RP et processus traditionnel.

Du point de vue de l'équipement lui-même et des matériaux, les principales directions de recherche sont axées sur les méthodes de traitement, l'équipement de traitement, les générateurs laser et les matériaux, visant à améliorer la résistance, la durabilité et la précision des produits, et le cycle des produits. Ces études fourniront finalement une impulsion puissante pour la transition du prototypage rapide vers la fabrication rapide.

Dans le domaine des composants, la technologie d'impression 3D peut être utilisée pour produire rapidement des produits complexes. Dans le domaine de la fabrication automobile traditionnelle, le développement de pièces automobiles nécessite souvent de la R&D à long terme et de la vérification. De la R&D à la phase de test, il est aussi nécessaire de faire un moule de pièce, ce qui n'est pas seulement long mais aussi coûteux. Quand il y a un problème, modifier la structure de la pièce et ainsi de suite nécessite aussi le même long cycle. Et la technologie d'impression 3D peut faire rapidement des pièces complexes. Quand il y a un problème au test, modifiez le fichier 3D et réimprimez pour tester à nouveau. On peut dire que la technologie d'impression 3D rend le développement de futures pièces moins cher et plus efficace.