Repenser la consolidation des pièces avec la fabrication additive

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

Les avantages de la fabrication additive pour la consolidation de pièces

La fabrication additive est particulièrement capable de produire des géométries complexes qui ne peuvent pas être fabriquées à l'aide de méthodes de fabrication traditionnelles. Un assemblage mécanique qui aurait normalement de nombreuses pièces fabriquées en tant que composants séparés puis rassemblés peut être fabriqué de manière additive en une seule unité, même si la géométrie est très complexe. Outre la simplification de la conception, l'utilisation de la FA pour la consolidation des pièces présente d'autres avantages tangibles :

Réduction des coûts de projection globaux

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

Moins de matériel

Dans la fabrication traditionnelle, à mesure que la complexité des pièces augmente, le coût des pièces augmente également. Avec la FA, ce n'est pas le cas - à mesure que la complexité des pièces augmente, le coût des pièces n'augmente pas. Dans de nombreux cas, le coût des pièces diminuera, car une complexité accrue signifie souvent que moins de matériau est utilisé. Lors de l'utilisation de la FA, il est possible d'obtenir une réduction de plus de 70 % des matériaux utilisés par rapport à la fabrication traditionnelle.

Risque global réduit

La consolidation partielle 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 en mesure d'imprimer plusieurs pièces en une seule unité à l'aide de la FA, les risques de rencontrer ce problème diminuent considérablement.

Il existe d'autres risques qui sont également réduits. 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; lorsque la pièce atteint la fin de sa durée de vie, vous n'aurez plus de stock restant à éliminer.

Meilleures performances

Dans de nombreux cas, la fabrication additive vous permet de fabriquer une pièce plus performante, car elle permet d'obtenir des géométries souhaitables mais qui ne peuvent pas être réalisées avec la fabrication traditionnelle. Certaines des applications de la FA qui présentent des avantages intéressants pour l'amélioration des performances du produit incluent la légèreté, le rapport résistance/poids élevé, le transfert de chaleur et l'écoulement des fluides, ainsi que l'absorption d'énergie.

Comment pouvez-vous identifier les pièces à consolider ?

Lorsque vous pensez à la consolidation de pièces avec AM, la première étape consiste à vous concentrer sur la fonction de l'assemblage que vous prévoyez de remplacer. Ensuite, vous devez remettre en question les hypothèses qui ont conduit à votre conception originale réalisée à l'aide de la fabrication traditionnelle.

Il peut être utile d'utiliser une approche structurée pour analyser les parties 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 les fabricants à démarrer le processus de consolidation de l'assemblage :

1. La pièce doit-elle bouger par rapport aux pièces assemblées ?
2. Est-ce que plusieurs matériaux sont nécessaires pour la fonction de la pièce ?
3. La pièce doit-elle être séparée pour le montage ou le démontage ?

En réfléchissant à ces questions, les concepteurs peuvent déterminer le nombre minimum théorique de pièces nécessaires à 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 un additif pour la consolidation des pièces :

1. Est-ce que plusieurs pièces sont nécessaires pour répondre à cette exigence ?
2. Une seule pièce peut-elle répondre à cette exigence ?

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

Consultez le tableau ci-dessous pour vous aider à déterminer si la consolidation de pièces à l'aide d'additifs vous convient.

Consolidation des pièces et processus additifs

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

Le choix de la technologie additive à 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 en une seule pièce. Un excellent exemple de consolidation de pièces à l'aide de Carbon® est l'accoudoir de chaise SILQ de Steelcase :l'accoudoir était auparavant assemblé à l'aide de trois pièces distinctes, mais grâce aux structures en treillis et aux géométries complexes, il est désormais imprimé en un seul.

Exemples d'applications de consolidation de pièces

De nombreuses applications pourraient bénéficier de la consolidation de pièces à l'aide de la FA. Il existe déjà des applications sur le marché, telles que des assemblages mécaniques, des composants fluidiques, des pièces de structure, etc. Les fabricants constatent une augmentation des performances et de la durabilité grâce à la conception de plusieurs pièces en une seule. Examinons de plus près l'impact de la consolidation des pièces sur deux applications spécifiques.

Impulseurs de pompe

Les turbines de fabrication traditionnelle nécessitent souvent des pièces séparées qui sont soudées ensemble. Avec AM, ceux-ci peuvent être imprimés en une seule pièce. Lorsqu'une roue de pompe est traditionnellement fabriquée, elle aura des espaces entre ses composants. En fabriquant avec des additifs, l'écart peut être supprimé, ce qui améliore les performances globales de la pièce. Il est également important de noter que, comme les joints soudés ont été éliminés, le nombre de points de défaillance potentiels a été réduit et la corrosion au niveau des soudures ne se produira plus.

Conduits d'air

Les conduits d'air sont également d'excellents candidats pour la consolidation de pièces. En utilisant des géométries complexes activées par additif, la géométrie de la pièce et le flux d'air peuvent être optimisés. Un exemple de cas de ceci est un conduit de refroidissement dans la série d'imprimantes HP 500/300 qui utilise HP MJF. En regroupant huit pièces en une seule, HP a pu simplifier sa chaîne d'approvisionnement et réduire le coût des composants de 30 %.

Les fabricants s'efforcent de réduire les coûts, les risques de la chaîne d'approvisionnement et l'amélioration des performances grâce à la consolidation des pièces. La FA offre une opportunité unique de réduire davantage les assemblages grâce aux géométries complexes désormais possibles. Si vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont votre application peut être consolidée, contactez notre équipe d'experts dès aujourd'hui.

Prêt à fabriquer vos pièces avec Fast Radius ?

Commencez votre devis