L'impression 3D est-elle prête pour la production de pièces finies ?
L'une des plus grandes tendances de la fabrication additive au cours de la dernière décennie a été le passage du prototypage rapide à la production. Alors que l'impression 3D est encore communément considérée comme une solution de prototypage rapide de niche, le passage de la technologie du prototypage aux pièces d'utilisation finale est en bonne voie. Comment, alors, les fabricants peuvent-ils commencer à passer du prototypage rapide à la production de pièces finies avec l'impression 3D ? Et quels défis doivent être surmontés pour faire de cette FA une solution entièrement viable pour la production de pièces finales ?
Les avantages de l'impression 3D pour la production de pièces finies
L'impression 3D est devenue un outil inestimable pour le développement de produits et la validation de conception, offrant un moyen rapide et rentable de produire des prototypes conceptuels et fonctionnels sans avoir besoin d'un outillage coûteux. Cependant, les avantages de la technologie s'étendent bien au-delà de cette portée limitée.
Les développements des technologies additives signifient que les fabricants devraient désormais réfléchir à la manière dont ils peuvent utiliser l'impression 3D pour aider à la production en volume. Alors que les méthodes de fabrication soustractives conventionnelles telles que le moulage par injection et le moulage sont idéales pour produire de grandes quantités de pièces identiques, elles sont limitées pour certaines applications, telles que les pièces personnalisées et les produits qui doivent être fabriqués en petits volumes.
De toute évidence, l'impression 3D ne devrait pas remplacer ces méthodes de fabrication traditionnelles de si tôt, mais la technologie offre des avantages évidents pour les lacunes qu'elles ne peuvent pas combler.
Production à faible volume
Lorsqu'il s'agit de production à faible volume, par exemple, l'impression 3D devient une option viable et économiquement saine. La possibilité de passer d'une conception numérique à la production signifie que des produits complexes peuvent être créés qui seraient autrement impossibles et d'un coût prohibitif à fabriquer en utilisant des méthodes traditionnelles. Cette liberté de conception accrue permet aux fabricants de repousser les limites de l'innovation et de commercialiser de nouveaux produits innovants beaucoup plus rapidement.
L'un des exemples les plus célèbres d'impression 3D utilisé de cette manière est le jet LEAP gicleur de carburant par GE. Au lieu de produire séparément les 18 pièces séparées requises pour la buse, avec l'impression 3D, la buse peut être produite en une seule pièce - étant 25 % plus légère que son prédécesseur.
Personnalisation de masse
La personnalisation est plus qu'un simple mot à la mode ; c'est une réalité du paysage de la consommation d'aujourd'hui. Alors que les consommateurs attendent des services et des produits toujours plus personnalisés, les fabricants sont confrontés au défi de répondre efficacement à ces demandes. Ici, l'impression 3D offre la solution idéale :un moyen rentable de produire en série des produits adaptés aux besoins de chaque client. BMW n'est qu'une entreprise qui utilise la technologie de cette manière, avec son service de personnalisation pour sa gamme de voitures MINI. Les clients peuvent sélectionner des fonctionnalités personnalisées, telles que des poignées de porte ou des parties de la plaque latérale, qui sont ensuite personnalisées de manière additive.
Chaînes d'approvisionnement allégées
L'impression 3D offre deux avantages révolutionnaires pour des chaînes d'approvisionnement plus légères et simplifiées. Premièrement, les fabricants peuvent utiliser l'impression 3D pour passer d'un modèle de fabrication « sur stock » à un modèle de fabrication « sur commande ». Cela élimine le besoin de maintenir un stock supplémentaire, réduisant ainsi considérablement les coûts d'inventaire. Deuxièmement, avec la possibilité de fabriquer désormais des produits à la demande, la production peut se rapprocher des consommateurs, accélérant la livraison et rationalisant la chaîne d'approvisionnement. Les inventaires numériques, sous forme de fichiers CAO, couplés à une production localisée, pourraient donc transformer la gestion de la supply chain pour les industriels.
Passer du prototypage aux pièces finales ?
Les énormes progrès des technologies additives au cours de la dernière décennie ont fait de l'impression 3D pour la production de pièces finales plus qu'une simple possibilité. Cependant, pour que la transition vers la production à faible volume se fasse vraiment, des progrès dans les logiciels, les processus, les matériaux et le matériel doivent encore être réalisés. Bien que cela se produise déjà en grande partie, il faudra encore un certain temps pour que la FA soit adoptée en masse en tant que technologie de fabrication. Voici quelques-uns des défis qui doivent être surmontés :
Processus de workflow
De nombreux OEM qui commencent à explorer le cas d'utilisation de la FA pour les pièces d'utilisation finale ne disposent pas de l'infrastructure logicielle pour créer un processus de fabrication additive évolutif. La FA étant unique dans ses exigences, les solutions PLM et MES standard ne suffisent pas à garantir un processus de production bien huilé. Les choses manquent d'optimisation de fichiers - y compris la réparation et la conversion de fichiers - la planification des machines et l'optimisation de la construction nécessitent un logiciel de gestion de flux de travail dédié qui peut rationaliser les étapes de production clés et garantir un processus de production reproductible.
Vitesse
Un autre défi pour l'impression 3D à l'échelle industrielle a été la vitesse des systèmes matériels, bien que les développements récents puissent bien changer cela. Par exemple, la série d'imprimantes 3D de Desktop Metal aurait une vitesse 100 fois plus rapide que les systèmes laser. Ces machines AM en métal sont conçues pour un débit élevé de pièces métalliques complexes. HP est une autre entreprise qui cherche à étendre l'impression 3D pour des lots plus importants de pièces finales; ses imprimantes 3D Multi Jet Fusion se distinguent par leur vitesse et leur précision élevées, permettant la production rentable de jusqu'à 110 000 pièces.
Fiabilité des processus et contrôle qualité
Une différence clé entre les besoins du prototypage rapide et la production de pièces finies est que la qualité des pièces et la répétabilité du processus sont des facteurs beaucoup plus importants pour ce dernier. Pour les applications exigeantes telles que l'aérospatiale et le médical où la qualité des pièces est de la plus haute importance, par exemple, il est primordial que les processus puissent être répétés et que la sécurité soit assurée. Pendant de nombreuses années, garantir un processus de production de fabrication additive reproductible a été un défi auquel de nombreux fabricants sont toujours confrontés.
Cependant, des progrès sont réalisés dans ce domaine. Par exemple, des entreprises comme Expanse Microtechnologies contribuent à la standardisation des processus grâce à une technologie avancée de tomodensitométrie. Et récemment, l'Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC) a été créé pour accélérer le développement de normes et de spécifications de fabrication additive à l'échelle de l'industrie.
Regard vers l'avenir
Les fabricants reconnaissent de plus en plus les avantages de l'impression 3D pour les pièces d'utilisation finale, des géants industriels comme Siemens et BMW investissant massivement dans des installations de FA pour propulser la production à grande échelle. À la lumière de cela, les entreprises cherchent de plus en plus des moyens d'intégrer la technologie dans leurs opérations de fabrication plus larges. Bien que l'impression 3D ne concurrencera pas les méthodes de fabrication traditionnelles, elle a le potentiel de transformer la façon dont certaines pièces et certains produits sont fabriqués dans cette nouvelle ère de numérisation. Les fabricants ont donc besoin d'un plan stratégique et d'une feuille de route pour la mise en œuvre de la fabrication additive, couvrant toutes les parties du processus, de la conception à la production et au post-traitement.
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