La fabrication additive commence à mûrir au-delà de l'impression 3D de bureau

L'impression 3D se développe. Est-il aussi révolutionnaire que sa promesse ou juste un autre outil précieux dans la boîte à outils de travail, ou les deux ? Nous discutons avec MakerBot et un consultant en impression 3D dans la Rust Belt pour voir où en sont les choses et où elles se dirigent.

L'impression 3D n'a pas atteint son plein potentiel dans les environnements professionnels et centrés sur la fabrication, mais il y a beaucoup de place pour s'y développer, disent les ingénieurs, les consultants et les universitaires de la fabrication additive. Et de nouvelles technologies et machines apparaissent qui profitent des innovations dans les poudres métalliques. L'une des plus grandes questions concernant la technologie est de savoir si elle peut passer du statut de favori de la conception et du prototypage de pièces à un pilier de l'atelier. Atteindra-t-il son rythme à des niveaux de production plus élevés ? Et quels sont les obstacles pour faire de plus grosses vagues ?

Les initiés de l'industrie affirment que les ateliers de toutes tailles utilisent ces processus 3D de diverses manières ingénieuses :du serrage et des moules personnalisés aux pièces fonctionnelles d'utilisation finale présentant une géométrie qui n'est possible qu'avec la fabrication additive.

"Les ateliers CNC utilisent des choses comme MakerBot pour imprimer en 3D des structures complexes qui peuvent maintenir l'appareil dans l'usine à l'angle nécessaire pour pouvoir usiner la pièce", explique Chris Barrett, président de 3DDirections. "Donc, les ateliers fabriquent des gabarits, des montages et certains outils de cette façon."

Barrett est chimiste et physicien de métier, mais s'ennuyait avec les éprouvettes et a trouvé sa voie vers la science et l'ingénierie des matériaux. Parce qu'il est basé dans l'Ohio, Barrett a été exposé à la fabrication traditionnelle et au monde des technologies émergentes d'additifs et d'impression 3D. Il a commencé son activité de conseil avec une solide compréhension des deux mondes et s'attache à aider les entreprises à tirer parti de la technologie là où cela a le plus de sens.

Remarque :Barrett, en tant que formateur pour Tooling U-SME, a organisé un webinaire le 27 juin sur la fabrication additive sur Better MRO, où il a décrit sept grandes catégories d'impression 3D et discuté des avantages et des inconvénients de chaque type. Le replay est disponible dans le lien vidéo ci-dessus. Sujets inclus :

• Photopolymérisation en cuve
  • Contient la stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP)
• Fusion sur lit de poudre (PBF)
  • Contient du SLS, du frittage laser direct de métal (DMLS), du SLM et de la fusion par faisceau d'électrons (EBM)
• Impression par jet de liant (BJP)
• Impression par jet de matière (MJP)
• Laminage de feuilles (LOM)
• Extrusion de matière
  • Contient la modélisation des dépôts en fusion (FDM)

• Dépôt d'énergie dirigée (DED)

« Aujourd'hui, les fabricants et les ateliers utilisent les imprimantes 3D professionnelles de plusieurs manières », explique Dave Veisz, vice-président de l'ingénierie chez MakerBot. "Les entreprises les utilisent pour l'organisation du lieu de travail - pour les pièces qui aident un atelier à mettre en œuvre la fabrication au plus juste 5S, les montages d'assemblage et de mesure, les pinces de pièces, les jauges et là où les plastiques à haute résistance sont adéquats... Vous n'allez pas l'utiliser pour des exigences élevées uniques. -force ou applications à haute température comme les appareils de four, mais pour de nombreuses applications d'appareils et d'outils, cela fonctionne bien.”

Un avantage crucial de l'impression 3D :la complexité géométrique est « gratuite », déclare Veisz. Par exemple, disons que vous concevez une pince pour saisir et placer un moulage et qu'il a une forme complexe. Vous pouvez générer l'inverse de la géométrie de coulée en CAO, la modifier pour l'application et imprimer une correspondance parfaite. Étant donné que le coût et le temps d'impression 3D dépendent principalement du volume des pièces, il n'y a pas de coût supplémentaire pour les géométries difficiles à réaliser par le biais de processus de fabrication traditionnels."

Impression 3D métal, fabrication additive :qui l'utilise aujourd'hui ?

La fabrication additive utilisant de la poudre métallique ou des thermoplastiques à haute température est principalement utilisée dans le secteur de l'aérospatiale et de la défense, et pour cause :ces entreprises peuvent se permettre d'investir des dollars en recherche et développement dans des pièces plus petites, parfois complexes, qui ont le potentiel de réduire les coûts ou accélérer le délai de livraison. Les pièces comprennent :des conduits complexes pour les systèmes de contrôle de l'environnement, des composants de soufflerie et de véhicule aérien sans pilote, des réservoirs de carburant et d'autres liquides, des pièces de substitution et des couches composites.

"La plupart des principaux équipementiers de l'aérospatiale et de la défense, y compris Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, ceux qui ont de grandes bases de revenus, ils sont tous dedans", déclare Barrett. "Et les autres entreprises qui commencent à l'utiliser sont des entreprises biomédicales qui fabriquent aujourd'hui des implants de hanche en titane. Mais le problème auquel vous vous heurtez, c'est le coût."

Les équipementiers veulent pouvoir soumissionner le travail et sous-traiter à de plus petits fabricants. Le défi est que les normes n'ont pas encore rattrapé les pièces imprimées en métal. Les normes de la FAA pour les pièces aérospatiales, en particulier pour les avions à gros passagers, peuvent être rigoureuses à juste titre. De nombreuses recherches sont nécessaires pour comprendre quelles sont les anomalies mineures acceptables et celles qui ne le sont pas.

À l'heure actuelle, un atelier de travail plus petit peut être en mesure d'imprimer une pièce métallique pour un OEM, mais il ne peut utiliser, par exemple, qu'un seul type de poudre métallique dans sa machine conformément à la norme sur une machine approuvée. Les limitations sont donc coûteuses. , dit Barrett. Les ateliers d'emploi ont besoin de flexibilité pour réaliser des bénéfices.

Découvrez comment un fabricant de l'aérospatiale et de la défense a trouvé une niche dans le travail additif 3D. Lire " Comment commercialiser une pièce imprimée en 3D dans l'aérospatiale ."

« La bonne nouvelle est qu'au cours des cinq à dix prochaines années, les normes commenceront à avoir un impact », déclare Barrett. "Actuellement, le NIST (National Institute of Standards and Technology) fait beaucoup de recherches ici."

Mais cela ne se limite pas à l'aérospatiale ou aux implants. D'autres instruments médicaux sont fabriqués, tels que des appareils portatifs, des chariots médicaux et des guides et outils chirurgicaux, ainsi que des pièces pour les catégories de l'énergie, du transport et des produits de consommation. Dans le pétrole et le gaz, des pièces sont fabriquées pour les rotors et les stators. Dans l'automobile, les entreprises fabriquent des panneaux, des intérieurs et des calandres personnalisés. Et pour les consommateurs, pensez forme et ajustement :montures de lunettes et conceptions de pré-production.

 Avez-vous besoin d'une réponse à une question technique ? Demandez au Équipe technique MSC Métallurgie dans le forum.

La méthode de MakerBot cible le marché professionnel et les Job Shops

MakerBot est l'une des entreprises qui a suscité beaucoup d'intérêt et d'attention lors de la première adoption de l'impression 3D par les consommateurs. La société, qui a été rachetée par Stratasys en 2013, s'est concentrée ces dernières années sur la recherche et le développement au-delà des marchés des amateurs et des éducateurs. Stratasys fabrique des pièces 3D pour Airbus depuis 2015.

En décembre dernier, MakerBot a lancé une machine d'impression 3D plus avancée destinée au marché professionnel appelée Method, qui coûte environ le tiers d'une imprimante 3D industrielle d'entrée de gamme. MakerBot a collaboré avec Stratasys pour développer la technologie utilisée dans la nouvelle machine. Method est la première nouvelle plate-forme matérielle en trois ans environ pour MakerBot.

"C'est vraiment la première plate-forme que nous avons développée à partir de zéro en tant qu'affilié de Stratasys", déclare Veisz. "C'est une combinaison de la propriété intellectuelle et des vastes connaissances de Stratasys et de l'ADN de conception et d'ingénierie de MakerBot... Nous n'aurions pas été en mesure de réussir cette machine sans les deux."

L'ensemble de fonctionnalités de Method est totalement différent, et il est plus robuste que les machines d'impression 3D de bureau, affirme-t-il. Cet ensemble de fonctionnalités comprend une double extrusion de matériau de modèle solide et de PVA soluble, qui est un plastique soluble dans l'eau, et un cadre en métal usiné CNC, des baies de matériau de joint sec et une chambre chauffée en circulation qui crée un coussin d'air chaud essentiel pour créer un environnement contrôlé. . Chaque couche ajoutée voit le même environnement.

Pour voir les choses en action, regardez ce webinaire d'intégration sur l'impression 3D et l'usinage CNC [Source :MakerBot]

"C'est quelque chose que vous voyez sur les imprimantes 3D industrielles qui coûtent des dizaines de milliers de dollars et que vous ne voyez pas dans le monde des ordinateurs de bureau", déclare Veisz. Les imprimantes 3D de bureau utilisent une architecture amateur qui ne fournit pas une précision dimensionnelle reproductible, ce qui les rend inadéquates pour de nombreuses applications de fabrication avec des tolérances serrées.

Étant donné que l'environnement d'impression sur les imprimantes 3D de bureau n'est pas aussi contrôlé que sur les imprimantes 3D industrielles, la précision et la disponibilité de la machine en souffrent également. Dans la plupart des imprimantes 3D de bureau, lorsque vous vous déplacez vers le haut dans la direction Z, la pièce est exposée à un environnement plus frais, ce qui affaiblit la couche et la pièce se déforme différemment.

Avec la méthode, MakerBot prétend donner des tolérances pour la pièce finie à plus ou moins 0,2 millimètre pour les 100 premiers millimètres sur les axes X, Y et Z, puis il augmente à la même proportion, 0,002 millimètre par millimètre pour tout dimensions supérieures à 100 millimètres.

"Il ne s'agit donc pas de tolérances d'usinage CNC de précision, mais elles sont certainement suffisamment proches pour la plupart des travaux de gabarit, de fixation, d'outil et de prototype", déclare Veisz. "Et c'est conforme aux tolérances de moulage par injection de plastique de production. Vous ne voyez pas de déclarations de précision dimensionnelle dans la plupart des impressions 3D de bureau, et MakerBot n'a pas revendiqué la précision des pièces finies sur les machines précédentes… Vous ne voyez pas vraiment de déclarations de précision dimensionnelle pour les pièces [dans la plupart des impressions 3D de bureau]… C'est remarquable qu'il s'agit de la première imprimante que nous avons lancée qui peut vraiment imprimer n'importe quelle géométrie grâce au support soluble, et peut l'imprimer avec une précision de pièce constante grâce aux caractéristiques et aux commandes de la machine. »

Utilisez-vous aujourd'hui l'impression 3D pour fabriquer des prototypes, des gabarits et des fixations ? Parlez-en dans le forum . [inscription requise]