6 raisons pour lesquelles vous devez envisager la conception pour la fabrication additive

À mesure que la fabrication additive évolue, l'optimisation des conceptions pour la technologie devient de plus en plus importante pour libérer le plein potentiel de la technologie.

Les géométries complexes, les composants légers et la distribution optimisée des matériaux ne sont que quelques-uns des avantages qui offres de fabrication additive. Cependant, une telle liberté et complexité de conception se fait au prix d'une refonte de la manière dont les objets sont conçus pour la fabrication additive.

Le défi auquel sont confrontés de nombreux ingénieurs consiste à adopter une approche entièrement nouvelle de la conception pour la fabrication additive. L'application de méthodes traditionnelles (soustractives) à la fabrication additive est intrinsèquement peu pratique, car les exigences et les considérations des deux sont très différentes. Par conséquent, la compréhension des considérations et des limites de la FA, telles que les structures de support, le post-traitement et une gamme de nouveaux matériaux, sera essentielle pour réussir la mise en œuvre de la technologie.

Alors, que pouvez-vous accomplir en faisant de la conception pour la fabrication additive un élément central de votre stratégie FA ?

1. Créer des pièces avec une plus grande complexité

La fabrication additive peut surmonter les limitations des méthodes de fabrication traditionnelles pour créer des pièces très complexes avec une fonctionnalité améliorée.

Un exemple est la fabrication traditionnelle de moules à injection :ici, les canaux de refroidissement sont généralement droits, ce qui conduit à un refroidissement moins homogène d'une pièce moulée. En revanche, avec l'impression 3D, les canaux de refroidissement peuvent être repensés pour créer des formes plus complexes ou incurvées, offrant un transfert de chaleur plus homogène. Cela se traduit par des caractéristiques de refroidissement améliorées, aidant à produire des pièces de meilleure qualité tout en prolongeant la durée de vie d'un moule.

2. Déchets de matériaux minimes

Avec les nouvelles possibilités de conception offertes par l'impression 3D, les ingénieurs peuvent produire des pièces légères en partie en optimisant la répartition du matériau, entraînant des économies substantielles de matière.

Ceci peut être réalisé en partie grâce à des logiciels avancés tels que l'optimisation de la topologie et des outils tels que la conception générative et les structures en treillis. Sur la base de calculs mathématiques, l'optimisation de la topologie peut aider à analyser la meilleure forme pour une pièce et à éliminer les matériaux inutiles sans compromettre l'intégrité structurelle de la pièce. En utilisant des méthodes traditionnelles (soustractives), ce matériau serait simplement découpé

Couplé à l'impression 3D, des logiciels de conception générative et d'optimisation de la topologie sont déjà utilisés par des géants industriels comme Siemens et General Motors. Alors que Siemens a utilisé un logiciel de conception générative pour développer ses aubes de turbine à gaz imprimées en 3D, General Motors vise à réduire le poids d'un véhicule en explorant diverses options pour la distribution des matériaux au sein d'un composant.

3. Assemblage simplifié

La consolidation des pièces est un autre avantage de conception révolutionnaire de la fabrication additive. Avec la fabrication traditionnelle, plusieurs composants doivent être produits puis assemblés pour créer la pièce finale.

Cependant, avec l'impression 3D, plusieurs composants plus petits peuvent être intégrés dans une seule pièce personnalisée pendant la phase de conception, permettant vous d'imprimer la partie entière à la fois. Cela simplifie considérablement le processus d'assemblage et peut même parfois éliminer le besoin d'assemblage. En plus de cela, une pièce consolidée élimine le besoin d'acheter et de stocker des sous-composants ou des pièces de rechange supplémentaires, réduisant ainsi les coûts d'inventaire et de maintenance.

4. Innovation matérielle

Les progrès de la recherche sur les matériaux ont conduit au développement passionnant de nouveaux matériaux. Par conséquent, des matériaux d'impression 3D uniques ont été développés qui seraient difficiles à usiner ou à mouler, tels que les filaments de TPU et les poudres de superalliages métalliques). Ou prenez par exemple l'impression 3D avec des thermoplastiques hautes performances, développés spécifiquement pour les applications d'ingénierie. Dans certains cas, ces matériaux hautes performances peuvent même remplacer les pièces métalliques, offrant une alternative légère et économique.

Par conséquent, lors de la conception d'une pièce pour l'impression 3D, les ingénieurs peuvent explorer de nouvelles options qui offrent de meilleures propriétés des matériaux, telles que la conductivité thermique ou la malléabilité. En plus de cela, l'impression 3D donne la possibilité de concevoir des pièces avec des propriétés multi-matériaux (par exemple rigidité et flexibilité) ou des propriétés isolantes et conductrices intégrées.

5. Personnalisation économique

L'impression 3D permet des itérations de conception rapides et multiples sans frais supplémentaires, portant les possibilités de personnalisation à de nouveaux sommets. Et comme la fabrication additive crée des pièces directement à partir de fichiers numériques, le processus de fabrication est considérablement accéléré. Cela signifie que les entreprises peuvent produire des produits personnalisés beaucoup plus rapidement et à moindre coût.

Les conceptions personnalisées permettront une personnalisation de masse dans tous les secteurs, des biens de consommation au médical et à l'automobile. Par exemple, dans l'industrie médicale, la personnalisation de masse se révèle déjà dans les dispositifs imprimés en 3D, adaptés aux besoins du patient. Ces appareils vont des appareils orthodontiques et prothèses individualisés aux guides chirurgicaux et appareils auditifs, conçus pour s'adapter parfaitement à l'anatomie du patient.

6. Structures de soutien minimales

L'orientation des pièces est l'un des principaux avantages lors de la conception pour la fabrication additive. Le choix de l'orientation correcte de la pièce pendant la phase de conception peut réduire le temps d'impression et de post-traitement tout en minimisant le besoin de supports. Malgré le fait que les structures de support soient pratiquement une nécessité pour de nombreuses pièces complexes imprimées en 3D, il est idéal de concevoir des pièces avec le moins de supports possible, car cela facilitera le post-traitement, vous fera gagner du temps et du matériel.

Bien qu'il n'y ait pas de solution unique pour minimiser le nombre de supports utilisés, avec une conception soignée, une pièce peut souvent être orientée et optimisée pour se transporter tout en utilisant un minimum de support structures, économisant du temps de post-traitement.

À l'avenir, alors que les tendances d'automatisation s'installent dans l'industrie de la FA, l'orientation des pièces, ainsi que les supports, pourraient être générés automatiquement avec une nouvelle génération de logiciels de FA.

Le futur

Actuellement, face à la FA, de nombreux concepteurs et ingénieurs sont limités par les conventions de la fabrication traditionnelle . Cependant, le développement de nouvelles approches pour la FA sera crucial à mesure que la technologie évoluera en une solution industrielle robuste.

Pour cette raison, il sera vital pour les universités, les instituts de recherche et les entreprises elles-mêmes de développer de nouveaux programmes éducatifs pour soutenir la formation pour le DfAM. Beaucoup est déjà fait dans ce domaine; par exemple, l'Université de Loughborough a lancé son programme de maîtrise en fabrication additive, tandis qu'il existe une gamme de programmes et de cours pour ceux qui cherchent à approfondir leurs connaissances.

Comme de plus en plus d'universités proposent des diplômes en fabrication additive, la prochaine génération de professionnels de la FA sera en mesure de forger de nouvelles tendances dans l'industrie de la FA, en particulier dans le domaine de la numérisation et de l'automatisation.

À l'avenir, nous prévoyons qu'une grande partie de la conception du processus de fabrication additive être automatisé, de l'optimisation de la conception, de la validation et de la simulation de processus aux supports et structures en treillis générés automatiquement.

En fin de compte, la maîtrise des considérations de conception pour la FA libérera vraiment son véritable potentiel, permettant à la technologie de réécrire les règles de développement de produits.

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