Vue d'ensemble de la technologie :Quand devriez-vous vraiment opter pour l'impression 3D métal

Depuis sa création, la fabrication additive métallique a attiré l'attention des ingénieurs et des passionnés de technologie pour son approche ascendante non conventionnelle et le buzz entourant ce dont elle est capable. Est-il vraiment avantageux d'utiliser la fabrication additive pour une pièce qui a été produite de manière fiable par des procédés soustractifs pendant des années ? Cet article aborde cette question et souligne les cas où l'impression 3D métallique peut être un bon choix pour la production de pièces et quand ce n'est pas le cas.

Impression 3D métal (DMLS) :aperçu du processus

Les technologies de fabrication conventionnelles telles que l'usinage CNC sont normalement des processus soustractifs, ce qui signifie qu'elles enlèvent de la matière afin de façonner un produit, tandis que la technologie d'impression 3D métallique est additive. L'une des technologies d'impression 3D métal les plus courantes et les plus populaires est le frittage laser direct de métal (DMLS).

Le processus DMLS typique commence par découper les données du fichier CAO de conception 3D en couches extrêmement fines, générant ainsi un modèle 2D pour chaque couche.

La machine utilise un laser optique de haute puissance. À l'intérieur de la zone de la chambre de construction, il y a une plate-forme de distribution de matériau et une plate-forme de construction avec un rouleau utilisé pour déplacer la nouvelle poudre sur la plate-forme de construction. La technologie fusionne la poudre métallique en une pièce solide en la faisant fondre localement à l'aide du faisceau laser focalisé. Les pièces sont construites de manière additive couche par couche.

Cas où choisir l'impression 3D métal

L'impression 3D métal présente ses propres avantages par rapport à l'usinage traditionnel. Nous avons répertorié ici quelques cas où il vaut la peine d'envisager l'impression 3D métal plutôt que l'usinage CNC.

Votre conception est complexe

Lorsqu'il s'agit de complexité et de liberté de conception, l'impression 3D métal a un énorme avantage sur les produits conventionnels. De nombreuses conceptions complexes ne peuvent pas être fabriquées avec des technologies conventionnelles aussi facilement qu'avec l'impression 3D. Regardez l'exemple ci-dessous

Ce type de conception complexe peut être très difficile à usiner avec des technologies conventionnelles, même avec des machines CNC à 5 axes.

Un autre avantage ici est le faible coût de la complexité. Créer des pièces mécaniques complexes via la fabrication traditionnelle demande de la précision et du savoir-faire, notamment pour l'assemblage de pièces complexes, ce qui signifie que le prix augmente avec la complexité. Ce n'est pas le cas avec l'impression 3D, qui crée une pièce entière en un seul processus, au lieu de créer chaque composant avant l'assemblage. Par conséquent, il n'y a pas de coût supplémentaire pour la complexité.

Vous avez un besoin urgent de prototypes métalliques

Si le nombre de pièces nécessaires est inférieur, disons de 1 à 5 environ ou pour le prototypage, la FA métallique est beaucoup plus avantageuse. Étant donné que le coût est presque le même pour chaque unité ajoutée, il est possible d'apporter le nombre nécessaire de modifications à la pièce. Il peut être utilisé pour le prototypage :vous utiliseriez l'impression 3D pour créer un prototype et mettre à jour le prototype jusqu'à ce que les fonctionnalités requises soient remplies. Il s'agit d'une étape cruciale avant d'amener le produit à la production de masse. Il peut également être utilisé pendant le reste du processus de fabrication, pour créer des pièces uniques qui peuvent être plus adaptées à vos besoins.

De plus, il peut être plus rapide d'obtenir des impressions 3D métalliques plutôt que des pièces usinées CNC. L'usinage CNC nécessite normalement plus de temps pour stocker les matériaux, configurer la machine, obtenir le bon outillage. De ce fait, cela peut prendre plusieurs semaines pour avoir la première partie en main. Pour l'impression 3D, même pour le DMLS qui est plus complexe que les traditionnels, la pièce peut être imprimée à la demande et expédiée sans aucune montée en puissance ni outillage, ce qui réduit les délais par rapport aux technologies conventionnelles. La combinaison du délai d'exécution réduit et du processus de prototypage plus efficace réduit le délai d'exécution. C'est l'un des plus grands avantages de l'impression 3D métal.

Vous voulez des composants légers et durables

Les industries aérospatiale et médicale ont naturellement besoin de pièces légères mais durables. Les super alliages comme l'Inconel 718, l'AlSi10Mg, le cobalt-chrome sont connus pour être légers par rapport à leurs homologues usinés de manière conventionnelle. La fabrication d'une pièce avec ces alliages les rend naturellement relativement légères. Par exemple, les célèbres injecteurs de carburant imprimés en 3D de GE pour sa famille de moteurs LEAP étaient autrefois fabriqués à partir de 20 pièces distinctes provenant de fournisseurs indépendants, mais l'utilisation du frittage laser direct de métal (DMLS) a donné un composant monobloc 25 % plus léger et cinq fois plus solide que les pièces d'origine. Cliquez ici pour en savoir plus.

Vous souhaitez éviter le gaspillage de matériel

L'impression 3D est incroyablement économe en ressources puisque le seul matériau consommé est ce qui passe sous le laser (ou à travers l'extrudeuse, etc.), alors que l'usinage CNC traditionnel laisse des copeaux et de petits morceaux de métal qui doivent être recyclés. Le fait que les fabricants n'aient pas à produire autant d'un produit donné pour justifier les coûts d'installation réduit également les déchets.

Inconvénients du choix de l'impression 3D métal

Outre les avantages de l'impression 3D métal par rapport aux technologies conventionnelles, il y a quelques considérations pour lesquelles il est conseillé de préférer cette dernière.

Finition de surface granuleuse

L'impression 3D est un processus additif, ce qui signifie que les surfaces ne seront pas aussi lisses qu'avec l'usinage CNC et qu'il ne sera pas aussi facile de produire les textures de surface souhaitées. Donc, si la texture de la surface est importante pour vous, l'usinage CNC doit être envisagé à la place. Néanmoins, de nombreuses techniques de post-traitement sont disponibles pour supprimer les structures de support, améliorer la finition et améliorer l'esthétique, le coût augmente également en conséquence.

Pièces moins solides

En raison de la technologie additive elle-même, les pièces métalliques imprimées en 3D ne peuvent pas être aussi solides que celles fabriquées à partir d'un bloc de métal solide. La résistance finale dépend de la conception, de la taille et du matériau, mais en général, la résistance à la compression des impressions 3D métalliques est en moyenne de 40 à 50 % inférieure à celle des pièces usinées CNC.

Production en série coûteuse

Il devient moins cher de produire en masse grâce à l'usinage CNC. La production de masse est toujours un facteur décisif dans tous les secteurs et c'est là que l'impression 3D est à la traîne et la vitesse à laquelle une imprimante 3D peut assembler un objet est souvent dérisoire par rapport à la chaîne de montage traditionnelle.

Volume de construction limité

Lorsqu'une grande taille de pièce est requise, il est toujours préférable d'opter pour l'usinage CNC. Par exemple, la taille de pièce maximale obtenue avec DMLS est de 250 x 250 x 325 mm et pour l'usinage CNC, elle est de 2000 x 800 x 1000 mm. La comparaison de taille montre clairement l'incapacité de l'impression 3D à fabriquer des pièces énormes en raison de la taille limitée de son lit de poudre.

Sélection de matériaux limitée

Les options de fabrication conventionnelles telles que le moulage par injection et l'usinage CNC peuvent offrir une grande sélection de matériaux. En ce qui concerne l'impression 3D métal, la sélection de matériaux est plus faible, ce qui peut être un facteur limitant lorsque des matériaux spécifiques sont nécessaires pour la pièce requise et doivent être pris en considération lors du choix des propriétés techniques que vous souhaitez que votre produit ait. À l'heure actuelle, chez Xometry, nous avons cinq poudres de métal/alliage qui prennent en charge le DMLS, alors que si la pièce requise nécessite un autre matériau, il n'y a pas d'autre option que les processus d'usinage traditionnels.

Résumé

On ne peut pas dire que l'impression 3D métallique remplace les technologies de fabrication traditionnelles dans tous les aspects, car ces deux éléments ont leurs propres avantages là où ils brillent et leurs inconvénients là où ils ne le font pas. Voici un bref résumé des points forts des deux technologies :

Impression 3D métal	Usinage CNC
Exécution plus rapide	Production en série
Prototypage et production à faible volume	Structure de surface solide
Facilité de réalisation de conceptions complexes	Utilisation de matériaux et besoin de caractéristiques techniques indisponibles avec l'impression 3D
Réduction des déchets	Pièces de grande taille
Personnalisation et adaptabilité	Pièces solides

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