Révolutionner la consolidation de pièces avec la fabrication additive

Les assemblages mécaniques sont courants dans les produits de consommation et les produits industriels. Même des produits relativement peu coûteux peuvent avoir des douzaines de composants individuels, et dans les machines complexes, il peut facilement y avoir des centaines ou des milliers de composants. La fabrication additive (FA) permet des niveaux élevés de consolidation de pièces, supprimant parfois même le besoin d'assemblage.

Les avantages de la fabrication additive pour la consolidation de pièces

La FA est uniquement capable de produire des géométries complexes qui ne peuvent pas être fabriquées en utilisant les méthodes traditionnelles de fabrication. Un assemblage mécanique qui aurait normalement de nombreuses pièces fabriquées comme composants séparés et puis réunis peut être fabriqué additivement comme une seule unité, même si la géométrie est très complexe. En plus de la simplification de la conception, il y a d'autres avantages tangibles à utiliser la FA pour la consolidation de pièces :

Coûts globaux de projet inférieurs

Le meilleur et plus évident avantage de la consolidation de vos pièces avec la FA est que le besoin de moins de pièces à assembler signifie que vous dépensez moins d'argent en coûts d'assemblage. Retirer l'assemblage de l'équation signifie aussi que vous réduirez les facteurs potentiels de coûts tels que le contrôle qualité ou la gestion des stocks. En utilisant la fabrication additive pour faire plusieurs pièces comme une seule, vous diminuez le risque de coûts cachés et de retards de projet.

Moins de matériau

Dans la fabrication traditionnelle, à mesure que la complexité de la pièce augmente, le coût de la pièce augmente aussi généralement. Avec la FA, ce n'est pas le cas — à mesure que la complexité de la pièce augmente, le coût de la pièce n'augmente pas. Dans de nombreux cas, le coût de la pièce diminuera, car une complexité accrue signifie souvent que moins de matériau est utilisé. En utilisant la FA, il est possible d'atteindre une diminution de 70 % du matériau utilisé comparé à la fabrication traditionnelle.

Risque global inférieur

La consolidation de pièces réduit ou élimine entièrement un certain nombre de risques. Par exemple, vous pouvez contourner le risque que votre fournisseur ne puisse plus fournir la pièce en question. Ce risque fournisseur est multiplié par le nombre de pièces dans l'assemblage. Si vous êtes capable d'imprimer plusieurs pièces comme une seule unité en utilisant la FA, les chances de rencontrer ce problème diminuent grandement.

Il y a d'autres risques qui sont réduits aussi. Les cas de défaillance de pièce diminuent lorsque la pièce a été fabriquée comme une seule unité plutôt qu'assemblée séparément. Un autre risque est l'obsolescence ; quand la pièce atteint la fin de sa vie, vous n'aurez pas d'inventaire restant qui doit être éliminé.

Meilleure performance

Dans de nombreux cas, la FA vous permet de faire une pièce qui performe mieux, car elle permet des géométries qui sont souhaitables mais qui ne peuvent pas être faites avec la fabrication traditionnelle. Certaines des applications de la FA qui ont des avantages excitants pour une performance de produit améliorée incluent l'allègement, le rapport résistance/poids élevé, le transfert de chaleur et l'écoulement de fluide, et l'absorption d'énergie.

Comment identifier les pièces pour la consolidation ?

En pensant à la consolidation de pièces avec la FA, la première étape est de se concentrer sur la fonction de l'assemblage que vous prévoyez de remplacer. Ensuite, vous devez questionner les hypothèses qui ont conduit à votre conception originale faite en utilisant la fabrication traditionnelle.

Il peut être utile d'utiliser une approche structurée pour analyser les pièces à consolider. Une méthodologie efficace et populaire pour analyser la fabrication et l'assemblage est connue sous le nom de Design for Manufacture and Assembly (DFMA®). Le modèle est composé de trois questions qui aident les ingénieurs et fabricants à commencer le processus de consolidation d'assemblage :

1. La pièce a-t-elle besoin de bouger par rapport aux pièces assemblées ?
2. Plusieurs matériaux sont-ils nécessaires pour la fonction de la pièce ?
3. La pièce a-t-elle besoin d'être séparée pour l'assemblage ou le désassemblage ?

En réfléchissant à travers ces questions, les concepteurs peuvent déterminer le nombre théorique minimum de pièces requis pour l'assemblage. Bien que ces questions puissent servir de point de départ, il y a quelques considérations de suivi qui vous aideront à déterminer si vous devriez penser à l'additif pour la consolidation de pièces :

1. Plusieurs pièces sont-elles nécessaires pour satisfaire cette exigence ?
2. Une seule pièce peut-elle satisfaire cette exigence ?

En d'autres termes, plusieurs pièces sont-elles vraiment nécessaires pour que la pièce fonctionne correctement ? Y a-t-il d'autres solutions, telles que les structures de treillis (ou autres géométries complexes), qui pourraient être incorporées dans une conception qui pourrait essentiellement servir la même fonction tout en réduisant la quantité de pièces et de matériaux requis globalement ?

Jetez un œil au graphique ci-dessous pour aider à déterminer si la consolidation de pièces en utilisant l'additif est faite pour vous.

Consolidation de pièces et procédés additifs

Concevoir pour réduire le nombre de composants séparés n'est qu'un facteur dans la consolidation de pièces. Une autre façon de minimiser le nombre de pièces assemblées dans votre produit est d'utiliser des technologies qui rendent la consolidation possible. Avec les technologies additives, telles que HP Multi Jet Fusion (MJF), les composants séparés ont la capacité non seulement d'être imprimés comme une pièce entière, mais sont capables d'une gamme complète de mouvement directement depuis l'imprimante.

Décider quelle technologie additive utiliser dépend de vos exigences de conception. Par exemple, avec HP MJF, les pièces ne nécessitent pas de supports, ce qui a permis aux ingénieurs de créer des conceptions plus complexes et des pièces mobiles. La technologie Carbon® nécessite des supports, mais est capable d'imprimer des composants durables avec des épaisseurs de paroi variables comme une seule pièce. Un excellent exemple de consolidation de pièces utilisant Carbon® est l'accoudoir de la chaise SILQ de Steelcase : l'accoudoir était auparavant assemblé en utilisant trois pièces séparées, mais grâce aux structures de treillis et géométries complexes, est maintenant imprimé comme une seule pièce.

Exemples d'applications de consolidation de pièces

Il y a de nombreuses applications qui pourraient bénéficier de la consolidation de pièces en utilisant la FA. Il y a déjà des applications sur le marché, telles que les assemblages mécaniques, les composants fluidiques, les pièces structurelles, et plus. Les fabricants voient une performance et une durabilité accrues grâce à la conception de plusieurs pièces comme une seule. Examinons de plus près comment la consolidation de pièces impacte deux applications spécifiques.

Roues de pompe

Les roues de pompe fabriquées traditionnellement nécessitent souvent des pièces séparées qui sont soudées ensemble. Avec la FA, celles-ci peuvent être imprimées comme une seule pièce. Quand une roue de pompe est fabriquée traditionnellement, elle aura des espaces entre ses composants. En fabriquant avec l'additif, l'espace peut être enlevé — ce qui améliore la performance globale de la pièce. Il est aussi important de noter que parce que les joints soudés ont été éliminés, le nombre de points de défaillance potentiels a été réduit et la corrosion aux soudures ne se produira plus.

Conduits d'air

Les conduits d'air sont aussi de grands candidats pour la consolidation de pièces. En utilisant des géométries complexes permises par l'additif, la géométrie de la pièce et le flux d'air peuvent être optimisés. Un cas d'exemple de ceci est un conduit de refroidissement dans la série d'imprimantes HP 500/300 qui utilise HP MJF. En consolidant huit pièces en une, HP a pu simplifier leur chaîne d'approvisionnement et réduire le coût du composant de 30 pour cent.

Les fabricants s'efforcent d'atteindre la réduction des coûts, le risque de chaîne d'approvisionnement, et l'amélioration de la performance par la consolidation de pièces. La FA offre une opportunité unique de réduire davantage les assemblages en raison des géométries complexes qui sont maintenant possibles. Si vous voulez en savoir plus sur comment votre application peut être consolidée, contactez notre équipe d'experts aujourd'hui.

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