Optimiser les montages et outillages pour la fabrication additive

Malgré la croissance rapide de la fabrication additive, de nombreuses entreprises n'ont pas encore pleinement adopté cette technologie pour la conception de montages. Les montages traditionnels restent contraints par les limites des centres d'usinage 3 axes et de l'usinage manuel, les outils les plus courants dans la plupart des ateliers.

Pour rester compétitifs, les fabricants conçoivent souvent des montages volumineux et coûteux. L'objectif est de minimiser le temps machine et de se concentrer sur la production des pièces clients. Par conséquent, la fabrication des montages est perçue comme une activité sans valeur ajoutée, bien qu'elle soit critique pour le résultat final.

Les défis les plus fréquents concernent le temps machine — souvent mesuré en semaines — et la pénurie d'opérateurs qualifiés. Même lorsqu'une machine est disponible, la programmation ou l'usinage manuel d'un montage requiert un technicien hautement qualifié, ce qui fait grimper les coûts de main-d'œuvre.

Bien que nous soyons spécialisés dans les pièces complexes aux géométries organiques, le montage standard « blocs sur plaque » reste prédominant. Ce statu quo entraîne des délais longs, une emprise de stockage importante et un ratio coût/pièce élevé quand on tient compte de la main-d'œuvre et du temps machine.

La « solution rapide » additive

Face à cela, de nombreux fabricants se tournent vers la fabrication additive comme solution rapide aux contraintes internes de temps et de ressources. En imprimant directement les montages, ils éliminent les files d'attente, réduisent les délais et permettent une production continue, sans surveillance, 24h/24.

Cette approche réduit aussi les coûts des montages et libère l'atelier du travail manuel, tout en offrant des avantages ergonomiques par rapport aux alternatives en métal massif. Nos enquêtes auprès d'utilisateurs FDM révèlent de nombreux tels designs.

Un client produit 12 montages en aluminium par an. Avec les méthodes traditionnelles, chaque montage coûte plus de 3 000 $ et prend 4 à 6 semaines à se procurer. La sous-traitance est courante dans de tels ateliers surchargés.

En revanche, un montage imprimé en 3D en ABS massif coûte 190 $ et est prêt en environ 19 heures — à peine une journée.

L'application de principes de conception pour l'additif peut réduire le coût à 76 $ et le temps d'impression à 11 heures — soit une réduction de 60 % du coût et 42 % du temps par rapport au design traditionnel.

Erreurs courantes lors de la conception pour la fabrication additive

Avant d'énoncer les bonnes pratiques, il est important de clarifier le terme « conception pour l'additif ». C'est un concept large qui doit être adapté à l'imprimante et au matériau spécifiques. Chaque technologie d'impression 3D — FDM, SLA, PolyJet, Binder Jet, DMLS, etc. — a ses propres contraintes et bonnes pratiques.

Certains concepteurs croient à tort que la fabrication additive résout tous les problèmes. Polyvalente, elle n'est pas une baguette magique. Par exemple, des pièces standard peu coûteuses — boulons, vis — peuvent rester plus économiques à l'achat qu'à l'impression.

Erreurs fréquentes

Deux écueils fréquents sont le creusage et le vidage des pièces FDM. Plutôt que de minimiser le remplissage, les concepteurs créent souvent de grandes cavités internes pour économiser la matière.

Le vidage réduit légèrement la matière mais peut augmenter dramatiquement le temps d'impression et piéger le matériau de support qui ne pourra pas être retiré.

6 règles de conception pour l'additif (FDM)

Voici six règles simples qui peuvent réduire drastiquement le temps d'impression, la consommation de matière et le coût des pièces FDM.

1. Angles auto-portants

La règle des 45° stipule que les porte-à-faux à moins de 45° de la verticale ne nécessitent pas de support. Cet ajustement simple réduit le matériau de support et accélère l'impression. Notez que la limite peut varier selon le matériau, généralement entre 40° et 60°.

2. Éliminer la matière des zones massives

Le creusage peut réduire le poids, mais doit être fait stratégiquement. Concentrez-vous sur les surfaces d'appui — concevez d'abord les points de contact, puis optimisez la géométrie environnante pour maintenir la résistance tout en supprimant le volume inutile.

3. Résistance sélective par faces

Des outils comme GrabCAD Print permettent d'assigner des densités de remplissage et des épaisseurs de paroi à des faces ou corps spécifiques. Cela permet de renforcer uniquement les zones critiques tout en gardant le reste de la pièce léger.

4. Résistance sélective par corps

De même, vous pouvez définir différents niveaux de remplissage pour des corps CAO distincts. L'ajout de nervures fines ou de structures internes apporte un soutien mécanique sans ajouter de volume.

5. Inserts métalliques

Lorsqu'une pièce imprimée subira de l'usure, intégrez des écrous, rondelles ou inserts filetés à chaud en métal. Concevez une cavité, mettez l'impression en pause pour insérer la pièce, puis reprenez. Prévoyez un léger excès de matière autour du trou pour un ancrage sûr.

Pour les inserts à chaud, laissez une paroi fine autour du trou et utilisez un fer à souder pour fixer l'insert après l'impression.

6. Assemblages consolidés

L'impression d'un montage unique intégré élimine le besoin d'assembler plusieurs pièces, réduisant la main-d'œuvre et les risques de désalignement. Les outils hybrides combinant composants imprimés en 3D avec fixations métalliques ou systèmes hydrauliques améliorent encore les performances tout en réduisant le poids.

Études de cas : Genesis Systems a remplacé un lourd outil de bout de bras par une version légère imprimée en 3D, permettant l'utilisation d'un robot plus petit et moins cher. Ford a redessiné un volumineux montage d'installation de vitre en aluminium en une alternative imprimée en 3D de 3,4 kg intégrant conduites d'air et fixations tout en conservant l'intégrité structurelle.

Résumé : conception pour l'additif

En résumé :

• La fabrication traditionnelle dicte la conception des montages, mais l'additif peut réduire drastiquement les délais, les coûts et améliorer l'ergonomie.
• Les idées reçues sur la conception additive peuvent mener à des inefficacités ; comprendre l'imprimante et le matériau spécifiques est crucial.
• Évitez les écueils du creusage et du vidage qui augmentent le support et le temps d'impression.
• Appliquez les six règles ci-dessus pour réduire la consommation de matière, le temps d'impression et améliorer les performances de la pièce.

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