Guide de fabrication rapide

Pour toute entreprise émergente ou en expansion, il est crucial de rechercher des solutions pour accélérer la mise sur le marché des produits. Une fabrication rapide peut accélérer et augmenter la flexibilité de la production, et aider à réduire le temps et les coûts associés à la fabrication traditionnelle pour les produits personnalisés et les pièces de série à faible volume.

Dans ce guide, découvrez les différentes méthodes et solutions de fabrication rapide disponibles aujourd'hui, et comment vous pouvez les utiliser pour choisir celle qui convient le mieux à votre entreprise.

Qu'est-ce que la fabrication rapide ?

La fabrication rapide désigne les différents processus de fabrication qui permettent la production rapide et flexible de pièces d'utilisation finale pour des produits personnalisés, la fabrication en série à faible volume ou la production de ponts.

La plupart des procédés de fabrication traditionnels tels que le moulage par injection et le moulage nécessitent un outillage coûteux et long à fabriquer. En revanche, les processus de fabrication rapides permettent de produire des pièces complexes à moindre coût et à moindre coût.

La fabrication rapide implique une variété de processus différents :fabrication additive, usinage CNC et outillage rapide, par exemple. La plupart de ces méthodes combinent également la conception numérique et l'automatisation logicielle pour accélérer le processus de fabrication.

Fabrication rapide contre prototypage rapide

Le prototypage rapide est le groupe de techniques utilisées pour fabriquer rapidement un modèle à l'échelle d'une pièce ou d'un assemblage physique à l'aide de données de conception assistée par ordinateur (CAO) en trois dimensions pendant le développement du produit. Grâce au prototypage rapide, les concepteurs et les ingénieurs peuvent créer des prototypes directement à partir de données CAO plus rapidement que jamais, et exécuter des révisions rapides et fréquentes de leurs conceptions sur la base de tests et de retours d'expérience dans le monde réel.

Étant donné que ces pièces ou assemblages sont généralement construits à l'aide de techniques de fabrication additives par opposition aux méthodes soustractives traditionnelles, l'expression est devenue synonyme de fabrication additive et d'impression 3D.

Alors que les outils de prototypage rapide ont continué à se développer au fil des ans, les entreprises peuvent désormais utiliser ces mêmes techniques pour créer des pièces d'utilisation finale. Grâce à des matériaux résistants et à des coûts décroissants, les entreprises peuvent de plus en plus se tourner vers ces outils pour remplacer les outils de fabrication traditionnels ou compléter leurs flux de travail afin de faciliter un délai d'exécution plus rapide pour les produits finis.

Fabrication rapide vs fabrication additive

Les technologies de fabrication additive (AM) ou d'impression 3D créent des pièces en trois dimensions à partir de modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) en ajoutant successivement du matériau couche par couche jusqu'à ce qu'une pièce physique soit créée.

Les technologies FA ne nécessitent pas d'outillage et peuvent créer des conceptions complexes pour le prototypage ou la fabrication qui seraient autrement trop coûteuses ou chronophages, ce qui les rend idéales pour un large éventail d'applications d'ingénierie et de fabrication.

Les techniques de fabrication additive font partie des processus sur lesquels la fabrication rapide s'appuie pour créer de nouvelles pièces. En produisant un outillage rapide, la fabrication additive peut également réduire les délais et les coûts associés aux processus de fabrication traditionnels.

Méthodes de fabrication rapide

La fabrication rapide repose sur une variété d'outils et de processus pour créer des produits. Ceux-ci incluent la fabrication additive, les outils soustractifs comme l'usinage CNC et l'outillage rapide pour les méthodes de fabrication traditionnelles.

Fabrication additive

Modélisation du dépôt par fusion (FDM)

L'impression 3D FDM, également connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF), est une méthode d'impression 3D qui construit des pièces en faisant fondre et en extrudant un filament thermoplastique, qu'une buse d'imprimante dépose couche par couche dans la zone de construction.

La FDM est la forme d'impression 3D la plus largement utilisée au niveau du consommateur, alimentée par l'émergence d'imprimantes 3D pour amateurs. Cependant, les imprimantes FDM industrielles sont également populaires auprès des professionnels de la conception et des fabricants.

La FDM a la résolution et la précision les plus faibles par rapport aux autres processus d'impression 3D plastique et n'est pas la meilleure option pour imprimer des conceptions complexes ou des pièces avec des caractéristiques complexes. Des finitions de meilleure qualité peuvent être obtenues par des procédés de polissage chimique et mécanique. Les imprimantes 3D FDM industrielles utilisent des supports solubles pour atténuer certains de ces problèmes.

FDM fonctionne avec une gamme de thermoplastiques standard, tels que l'ABS, le PLA et leurs divers mélanges. Les imprimantes FDM industrielles offrent également une gamme plus large de thermoplastiques techniques ou même de composites. Pour la fabrication, les imprimantes FDM sont particulièrement utiles pour produire des pièces simples, telles que des pièces qui peuvent généralement être usinées.

Stéréolithographie (SLA)

Les imprimantes 3D SLA utilisent un laser pour durcir la résine liquide en plastique durci dans un processus appelé photopolymérisation. Le SLA est l'un des processus les plus populaires parmi les professionnels en raison de sa haute résolution, de sa précision et de la polyvalence des matériaux.

Les pièces SLA ont la résolution et la précision les plus élevées, les détails les plus clairs et la finition de surface la plus lisse de toutes les technologies d'impression 3D plastique, mais le principal avantage du SLA réside dans sa polyvalence. Les fabricants de matériaux ont créé des formulations innovantes de résine photopolymère SLA avec une large gamme de propriétés optiques, mécaniques et thermiques pour correspondre à celles des thermoplastiques standard, techniques et industriels.

SLA est une excellente option pour les pièces très détaillées nécessitant des tolérances serrées et des surfaces lisses, telles que des moules, des modèles et d'autres pièces d'utilisation finale fonctionnelles. SLA est utilisé pour la fabrication rapide dans une gamme d'industries allant de la dentisterie à la bijouterie, aux soins de santé, à la fabrication de modèles et, de plus en plus, aux produits de consommation.

L'impression 3D SLA peut être utilisée pour une variété d'applications, y compris la fabrication rapide d'écouteurs personnalisés, d'écouvillons médicaux et de semelles de chaussures.

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Frittage laser sélectif (SLS)

Le frittage laser sélectif est la technologie de fabrication additive la plus courante pour les applications industrielles, à laquelle les ingénieurs et les fabricants de différents secteurs font confiance pour sa capacité à produire des pièces solides et fonctionnelles.

Les imprimantes 3D SLS utilisent un laser haute puissance pour fusionner de petites particules de poudre de polymère. La poudre non fondue soutient la pièce pendant l'impression et élimine le besoin de structures de support dédiées. Cela rend SLS idéal pour les géométries complexes, y compris les éléments intérieurs, les contre-dépouilles, les parois minces et les éléments négatifs. Les pièces produites avec l'impression SLS ont d'excellentes caractéristiques mécaniques, avec une résistance semblable à celle des pièces moulées par injection.

L'impression 3D SLS peut produire des pièces solides et fonctionnelles pour des applications telles que la fabrication en petites séries, les produits de grande consommation personnalisés et les pièces de rechange.

Dans la fabrication, l'impression 3D SLS est utilisée pour la fabrication en petits lots, la production de nouveaux produits de grande consommation personnalisés, la production de pièces de rechange, ainsi que des gabarits et accessoires durables et durables (par exemple des clips et des pinces) et des outils. SLS peut également être utilisé pour fabriquer en interne des dispositifs médicaux prêts à l'emploi et spécifiques au patient, tels que des prothèses, des orthèses (c.-à-d. remplacements de membres + appareils orthodontiques), des modèles chirurgicaux et des outils.

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Outils CNC

Les outils à commande numérique par ordinateur (CNC), contrairement au FDM, au SLA ou au SLS, sont des processus de fabrication soustractifs. Ils commencent par des blocs solides, des barres ou des tiges de plastique, de métal ou d'autres matériaux qui sont façonnés en enlevant de la matière par coupe, perçage, perçage et meulage.

Les outils CNC incluent l'usinage CNC, qui enlève de la matière soit à l'aide d'un outil de filage et d'une pièce fixe (fraisage), soit d'une pièce de filage avec un outil fixe (tour). Les découpeuses au laser utilisent un laser pour graver ou couper à travers une large gamme de matériaux avec une grande précision. Les découpeuses à jet d'eau utilisent de l'eau mélangée à de l'abrasif et à haute pression pour couper pratiquement n'importe quel matériau. Les fraiseuses et tours CNC peuvent avoir plusieurs axes, ce qui leur permet de gérer des conceptions plus complexes. Les découpeuses au laser et au jet d'eau sont plus adaptées aux pièces plates.

Les outils CNC peuvent façonner des pièces en plastique, métaux mous, métaux durs (machines industrielles), bois, acrylique, pierre, verre, composites. Pour une fabrication rapide, ils sont idéaux pour produire des pièces d'utilisation finale personnalisées ou à faible volume, des pièces structurelles et des outils pour un large éventail d'industries.

Par rapport aux outils de fabrication additive, les outils CNC sont plus compliqués à configurer et à utiliser, tandis que certains matériaux et conceptions peuvent nécessiter un outillage, une manipulation, un positionnement et un traitement spéciaux. Cela les rend coûteux pour les pièces uniques par rapport aux procédés additifs et mieux adaptés aux petites séries.

Outillage rapide

La fabrication hybride combine des outils de fabrication rapides avec des procédés de fabrication traditionnels comme le moulage par injection, le thermoformage ou le moulage. Il améliore le processus de production en améliorant sa flexibilité, son agilité, son évolutivité et sa rentabilité. En conséquence, il permet aux fabricants de répondre rapidement aux besoins changeants de l'entreprise.

Un moule imprimé en 3D pour l'emballage de produits sous vide.

• Outillage

Créez des outils personnalisés qui résistent aux rigueurs de l'usine et peuvent aider à résoudre les défis de fabrication les plus difficiles. Validez les processus de fabrication, résolvez les problèmes de DFM et augmentez la flexibilité en imprimant directement l'outillage pour des applications allant du moulage par injection au cintrage de tubes CNC.

• Jigs et montages

Réduisez les coûts et augmentez l'agilité en assurant la production de gabarits et de fixations en interne sans quantités minimales de commande, sans programmation de parcours d'outil (pour l'impression 3D), une large sélection de matériaux et de faibles coûts d'équipement . Améliorez continuellement les produits et répondez rapidement et efficacement aux problèmes de votre ligne de fabrication avec des gabarits et des montages qui améliorent les processus d'assemblage ou d'assurance qualité.

Papier blanc

Moulage par injection rapide à faible volume avec des moules imprimés en 3D

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Conception de gabarits & Appareils avec impression 3D

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Choisir le bon processus de fabrication rapide

Comme les processus de fabrication évoluent constamment, les points d'inflexion où il est logique de passer d'une technique à une autre se déplacent en raison des améliorations apportées aux équipements, aux matériaux et aux économies d'échelle.

Les outils de fabrication rapide s'ouvrent à un plus large éventail d'applications à faible et moyen volume, à mesure que le matériel et les matériaux s'améliorent et que le coût par pièce continue de baisser.

Tenez compte des facteurs suivants lors de la sélection d'un processus de fabrication rapide :

• Forme : Vos pièces ont-elles des caractéristiques internes complexes ou des exigences de tolérance strictes ? Selon la géométrie d'une conception, les options de fabrication peuvent être limitées, ou elles peuvent nécessiter une optimisation significative de la conception pour la fabrication (DFM) pour les rendre économiques à produire.

• Volume/coût : Quel est le volume total ou annuel de pièces que vous prévoyez de fabriquer ? Certains processus de fabrication ont des coûts initiaux élevés pour l'outillage et la configuration, mais produisent des pièces peu coûteuses par pièce. En revanche, les processus de fabrication à faible volume ont des coûts de démarrage faibles, mais en raison de temps de cycle plus lents, de moins d'automatisation et de main-d'œuvre manuelle, le coût par pièce reste constant ou ne diminue que légèrement lorsque le volume augmente.

• Délai : En combien de temps avez-vous besoin de pièces ou de produits finis produits ? Certains processus créent les premières pièces dans les 24 heures, tandis que l'outillage et la configuration pour certains processus de production à haut volume prennent des mois. Dans certains cas, un outillage rapide peut raccourcir considérablement ce délai.

• Matériel : À quelles contraintes et contraintes votre produit devra-t-il résister ? Le matériau optimal pour une application donnée est déterminé par un certain nombre de facteurs. Le coût doit être mis en balance avec les exigences fonctionnelles et esthétiques. Considérez les caractéristiques idéales pour votre application spécifique et comparez-les avec les choix disponibles dans un processus de fabrication donné.

Externalisation vs production interne

Les entreprises qui cherchent à capitaliser sur la puissance des outils de fabrication rapide ont la possibilité d'externaliser le travail à un bureau de service ou de produire en interne.

Des entreprises comme 3D Hubs, Protolabs, Fictiv ou des bureaux de services locaux proposent des services de fabrication et de prototypage rapide à la demande. Ces bureaux ont généralement plusieurs technologies disponibles, y compris des processus additifs et soustractifs.

Les principaux inconvénients de l'externalisation vers des bureaux de services sont les coûts et les délais. L'un des plus grands avantages de la fabrication rapide est sa rapidité par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, qui diminue rapidement lorsqu'une pièce sous-traitée met une semaine voire plusieurs semaines à arriver.

L'externalisation de la fabrication des pièces est aussi souvent très coûteuse. Mais selon le nombre de pièces et le volume d'impression, une entreprise peut atteindre son seuil de rentabilité en quelques mois en investissant simplement dans une imprimante 3D et en imprimant en interne.

Initiation à la fabrication rapide

Les méthodes traditionnelles ont encore une place dans la fabrication car elles sont plus adaptées à la production de masse. Mais de plus en plus, les entreprises se tournent vers la fabrication rapide comme moyen d'effectuer des productions en petites séries. Les progrès technologiques et les processus associés bénéfiques, tels que les outils de production rapides et la fabrication hybride, ont une influence sur ce changement.

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