Impression 3D métal : quand est-ce le bon choix ?

Depuis sa création, la fabrication additive métal a capté l'attention des ingénieurs et des passionnés de technologie pour son approche non conventionnelle bottom-up et le buzz entourant ses capacités. 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 discute de cette question et souligne les cas où l'impression 3D métal 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 comme l'usinage CNC sont normalement des procédés soustractifs, ce qui signifie qu'elles retirent du matériau pour façonner un produit, tandis que la technologie d'impression 3D métal est additive. L'une des technologies d'impression 3D métal les plus courantes et populaires est le frittage laser direct de métal (DMLS).

Le processus DMLS typique commence par le tranchage des données du fichier CAO 3D en couches extrêmement fines, générant efficacement 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 plateforme de distribution de matériau et une plateforme de construction ainsi qu'un rouleau utilisé pour déplacer la nouvelle poudre sur la plateforme de construction. La technologie fusionne la poudre de métal en une pièce solide en la fondant 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 possède son propre ensemble d'avantages par rapport à l'usinage traditionnel. Nous avons listé ici quelques cas où il vaut la peine de considérer l'impression 3D métal plutôt que l'usinage CNC.

Votre design est complexe

En ce qui concerne la complexité du design et la liberté, l'impression 3D métal a un énorme avantage sur le conventionnel. De nombreux designs complexes ne peuvent pas être fabriqués avec les technologies conventionnelles avec autant de facilité qu'avec l'impression 3D. Regardez l'exemple ci-dessous.

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

Un autre avantage ici est le faible coût de la complexité. La création de pièces mécaniques complexes via la fabrication traditionnelle nécessite de la précision et des compétences, surtout 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 d'assembler. Par conséquent, il n'y a pas de coût supplémentaire pour la complexité.

Vous avez urgemment besoin de prototypes métalliques

Si le nombre de pièces requis est faible, disons 1 à 5 ou pour du prototypage, la fabrication additive métal est beaucoup plus avantageuse. Comme le coût est presque le même pour chaque unité ajoutée, il est possible d'apporter les modifications nécessaires à la pièce. Elle peut être utilisée pour le prototypage : vous utiliseriez l'impression 3D pour faire un prototype et mettre à jour le prototype jusqu'à ce que les caractéristiques requises soient atteintes. C'est une étape cruciale avant de mettre le produit en production de masse. Elle peut également être utilisée pendant le reste du processus de fabrication, pour créer des pièces uniques qui peuvent être plus réactives à vos besoins.

De plus, il peut être plus rapide d'obtenir des impressions 3D métal 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. En conséquence, cela peut prendre plusieurs semaines pour avoir la première pièce en main. Pour l'impression 3D, même pour le DMLS qui est plus complexe que les traditionnelles, la pièce peut être imprimée à la demande et expédiée sans aucune mise en route ou outillage, résultant en un délai plus court comparé aux technologies conventionnelles. La combinaison du délai réduit et du processus de prototypage plus efficace réduit le temps de rotation. 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 nécessitent naturellement des pièces légères mais durables. Les superalliages comme l'Inconel 718, l'AlSi10Mg, le Cobalt-chrome sont connus pour être légers par rapport à leurs homologues usinés conventionnellement. La fabrication d'une pièce avec ces alliages les rend naturellement plus légers comparativement. Par exemple, les buses de carburant imprimées en 3D renommées de GE pour sa famille de moteurs LEAP étaient auparavant constituées de 20 pièces distinctes provenant de fournisseurs indépendants, mais l'utilisation du frittage laser direct de métal (DMLS) a abouti à un composant monobloc qui est 25 % plus léger et cinq fois plus résistant que les pièces originales. Cliquez ici pour en savoir plus.

Vous souhaitez éviter le gaspillage de matériau

L'impression 3D est incroyablement efficace 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 de mise en place réduit également les déchets.

Inconvénients du choix de l'impression 3D métal

Outre les avantages que l'impression 3D métal possède sur les technologies conventionnelles, il y a quelques considérations où préférer ces dernières est conseillé.

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 surface est importante pour vous, l'usinage CNC devrait être considéré à la place. Néanmoins, il existe de nombreuses techniques de post-traitement disponibles pour retirer les structures de support, améliorer la finition et l'esthétique, le coût augmentant en conséquence.

Pièces moins résistantes

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

Production en série coûteuse

Il devient moins cher de produire en masse par usinage CNC. La production de masse reste un facteur décisif énorme dans toutes les industries et c'est là que l'impression 3D prend du retard et la vitesse à laquelle une imprimante 3D peut assembler un objet pâlit souvent en comparaison à la chaîne d'assemblage traditionnelle.

Volume de construction limité

Lorsque une grande taille de pièce est requise, il est toujours préférable d'opter pour l'usinage CNC. Par exemple, la taille maximale de pièce atteinte avec le 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 d'énormes pièces en raison de sa taille de lit de poudre limitée.

Sélection de matériaux limitée

Les options de fabrication conventionnelles comme le moulage par injection et l'usinage CNC peuvent offrir une large 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 doit être pris en compte lors de la décision des propriétés techniques que vous voulez pour votre produit. À ce jour, chez Xometry, nous avons cinq poudres de métal/alliage qui supportent le DMLS, alors que si la pièce requise a besoin d'un autre matériau, il n'y a pas d'autre option que les procédés d'usinage traditionnels.

Résumé

On ne peut pas dire que l'impression 3D métal remplace les technologies de fabrication traditionnelles dans tous les aspects, car les deux ont leur propre ensemble d'avantages où elles brillent et d'inconvénients où elles ne le font pas. Voici un bref résumé des forces des deux technologies :

Impression 3D métal	Usinage CNC
Délai plus court	Production de masse
Prototypage et production de faibles volumes	Structure de surface solide
Facilité d'atteindre des designs 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 résistantes

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