Fabrication additive et moulage par injection — une nouvelle vision des cycles de production

Il existe actuellement un grand intérêt pour les procédés hybrides parmi les fabricants :la pratique consistant à combiner plusieurs techniques de fabrication pour obtenir des résultats qui seraient autrement difficiles (voire impossibles). Il s'agit d'un élément clé du passage de la fabrication additive d'un simple outil de prototypage à une technique de production viable. Bien que beaucoup de choses aient été écrites sur la façon dont la FA remplacera éventuellement les méthodes soustractives traditionnelles dans les flux de production, les preuves actuelles ne soutiennent pas cette vision. Les récentes innovations et réussites de la FA indiquent que c'est en fait le développement de processus hybrides efficaces - et de systèmes robustes pour les utiliser - qui établira la FA comme partie intégrante des cycles de vie de production.

Considérez les projets où le moulage par injection est généralement utilisé (pièces automobiles, par exemple). Pendant des années, la meilleure pratique a consisté à utiliser des techniques de fabrication additive pendant la phase de prototypage, puis à utiliser le moulage par injection pour les pièces de production finales. Il s'agit d'un système logique :la FA signifie que des prototypes uniques peuvent être livrés rapidement et à un coût minimal, tandis que le moulage par injection offre cohérence, qualité et rentabilité lorsque la production à grande échelle commence. Cependant, cette approche n'est pas sans inconvénients.

Les moules métalliques sont coûteux et longs à produire, la production prenant généralement environ six semaines et les coûts d'outillage devenant souvent une dépense permanente majeure. Cela les rendait auparavant peu pratiques pour une utilisation dans l'étape de prototypage, où les pièces passent souvent par un certain nombre d'itérations, chacune nécessitant son propre moule. Pour contrer cette limitation, l'utilisation de moules d'injection imprimés en 3D pour les pièces de production gagne lentement en popularité. De cette façon, les moules peuvent être produits de manière rapide et économique chaque fois qu'ils sont nécessaires, en livrant des prototypes avec les mêmes qualités matérielles que les pièces de production prévues.

Le principal défi ici est de sélectionner des matériaux imprimables qui offriront les qualités mécaniques requises pour le moulage par injection. Les moules en plastique réagissent très différemment à la chaleur, par exemple, il est donc important d'en tenir compte lors des étapes de planification d'un projet afin d'éviter le gauchissement. De plus, les outils en plastique doivent être refroidis plus longtemps après utilisation (idéalement à l'aide d'air), ce qui doit être pris en compte dans les délais globaux du projet. Ils produiront également généralement moins de pièces qu'un moule en acier usiné, fournissant environ 50 pièces avant qu'elles ne deviennent inutilisables.

Les moules métalliques sont donc l'option la plus pratique une fois que la production à grande échelle commence, bien que la FA offre également des opportunités pour de nouvelles améliorations de processus et des économies de coûts. L'essor des techniques d'impression 3D métal (telles que DMLS) signifie que les moules métalliques peuvent également être imprimés, selon les mêmes normes rigoureuses que les versions usinées, sans les temps d'attente habituels - une option attrayante pour les petites séries, les pièces uniques, ou des projets où il est nécessaire de tester un moule avant qu'il ne soit produit en grand nombre.

Il ne s'agit donc pas simplement de brancher une imprimante 3D dans un cycle de prototypage/production établi - un tout nouveau flux de travail devra être mis en place pour obtenir des résultats optimaux. Cependant, les récompenses potentielles sont importantes, permettant aux fabricants d'adopter une approche plus rapide et plus agile du prototypage et de la production. Les prototypes peuvent être produits en utilisant exactement les mêmes matériaux que ceux qui seront utilisés pour les versions de production, ce qui permet d'identifier les erreurs et d'effectuer un réglage fin à un rythme beaucoup plus rapide. Cela réduira rapidement le temps nécessaire pour passer du prototype à la production. Une fois la production commencée, de nouveaux moules peuvent être produits selon les besoins, ce qui permet de réduire les coûts de stockage et d'améliorer l'efficacité opérationnelle.

L'utilisation de moules imprimés en 3D est déjà explorée dans de nombreux secteurs, notamment le médical (pour la création de pièces chirurgicales, soumises à des réglementations très strictes) et l'automobile (pour la création de pneus et autres pièces automobiles), bien que tout secteur où la flexibilité dans la création de pièces est nécessaire pourrait facilement bénéficier de l'approche.

Ceci n'est qu'un exemple de la façon dont la fabrication additive peut être utilisée pour compléter les méthodes traditionnelles plutôt que de les remplacer. Lorsqu'ils sont réunis dans le cadre d'un flux de travail bien géré, leurs inconvénients respectifs sont atténués et leurs points forts renforcés.