À quoi s'attendre de la fabrication additive : guide complet

Alors que l'impression 3D à partir d'un fichier CAO pour un prototype non-fonctionnel est un processus de fabrication relativement simple, se lancer dans un projet de développement de produit entièrement nouveau — du concept à la production — peut être plus difficile, surtout si vous utilisez une technologie de fabrication additive inconnue.

Comprendre le processus d'impression 3D

Le processus d'impression 3D diffère des processus de fabrication traditionnels en ce qu'il implique l'addition progressive de matériau à une pièce. Par contraste, l'usinage CNC est un processus soustractif, puisque les pièces sont formées par l'enlèvement de matériau d'une pièce brute avec un outil de coupe, et le moulage par injection implique l'injection d'une quantité de thermoplastique fondu dans une chambre de moule préformée.

La technologie 3D présente de nombreux nouveaux défis procéduraux. Le volume de construction des imprimantes 3D, par exemple, peut exiger que les pièces soient divisées en plusieurs constructions pour l'assemblage post-processus, tandis que la chaleur générée pendant l'extrusion de matériau peut causer le gauchissement de certaines pièces. De même, certaines technologies d'impression 3D impliquent des considérations de production : la modélisation par dépôt de filament fondu (FDM), par exemple, laisse des lignes de couche sur les pièces ce qui peut affecter l'apparence, et le processus HP Multi Jet Fusion (MJF) implique un processus de refroidissement et nettoyage post-impression.

Avec ces facteurs à l'esprit, vous pouvez faire fonctionner votre projet de fabrication additive (FA) plus suavement et efficacement en sachant à quoi vous attendre quand vous commencez la production. À cette fin, nous avons mis ensemble un guide étape par étape du processus de fabrication additive, incluant une comparaison des approches de conception de produit additif, et un diagramme de flux mettant en évidence la décision impliquée dans chacune.

Trois approches du processus de fabrication additive

Bien que les détails procéduraux spécifiques pour les pièces et produits varient, il y a trois catégories générales dans lesquelles les projets de fabrication additive tombent :

• Approche A : Production et prototypage à délai rapide

Exemple : Vous avez un fichier CAO approuvé pour un prototype ou une pièce qui existe déjà — et vous avez besoin de recevoir la pièce dans 30 heures.

• Approche B : Modifier une conception existante pour optimiser pour la FA

Exemple : Vous produisez actuellement cette pièce avec le moulage par injection mais pensez que vous pourriez simplifier votre chaîne d'approvisionnement et éliminer les coûts d'entreposage en utilisant la fabrication additive pour la produire à la demande.

• Approche C : Concevoir une nouvelle pièce ou produit à partir de zéro pour la production avec la technologie additive

Exemple : Vous avez un concept pour une nouvelle pièce que vous voulez produire avec la FA pour l'une de deux raisons : Il n'est pas possible de produire la pièce avec les méthodes de fabrication traditionnelles. L'économie de la FA est favorable pour la production de faible à moyen volume.

Quelle approche de fabrication additive est la bonne pour moi ?

Concevoir une nouvelle pièce à partir de zéro pour la fabrication additive offre la plus grande opportunité de maximiser à la fois la performance et les avantages de coût. Bien que cela puisse prendre plus de temps, commencer avec une « page blanche » est un moyen d'optimiser pleinement la pièce en utilisant les principes de conception pour la fabrication additive (DFAM).

La majorité des projets que nous gérons chez Fast Radius tombent dans la deuxième catégorie : la modification d'une conception existante pour optimiser pour la FA. Dans ce scénario, une entreprise a une pièce qu'elle produit déjà avec des méthodes de fabrication traditionnelles et cherche à transitionner vers la production additive.

Dans les deuxième et troisième approches, le fichier initial sera vérifié pour la production à grande échelle selon vos exigences — ce qui pourrait exiger un processus complet d'approbation de pièce de production (PPAP). Après cela, les commandes subséquentes deviennent un processus de production rapide et simple. L'un des avantages significatifs d'utiliser un fournisseur FA comme Fast Radius est que nous pouvons accélérer le cycle de production et livrer vos pièces parfois dès le lendemain.

Le processus de fabrication additive : étapes et décisions

Les trois approches décrites ci-dessus couvrent différents processus de développement de produit. Nous avons décrit les étapes clés et points de décision dans ces processus dans le diagramme de flux ci-dessous. Rappelez-vous : quelle que soit la catégorie dans laquelle votre projet proposé tombe, vous aurez besoin d'un soutien de bout en bout de votre fournisseur FA pour assurer que vos pièces sont fabriquées et livrées avec le niveau de qualité, fiabilité et performance que vous exigez.

Le processus pour modifier une pièce existante pour la fabrication additive

Étape 1 : Identifier les pièces avec un fort cas d'affaires pour la production FA

Si vous voulez qualifier une pièce existante pour la fabrication additive de qualité production, votre première étape devrait être de s'assurer qu'il y a un fort cas d'affaires pour le faire.

C'est une bonne idée de trouver une entreprise, comme Fast Radius, qui peut travailler avec vous pour identifier les pièces qui sont appropriées pour le processus de fabrication additive d'une perspective d'affaires. Les pièces de rechange à fort roulement sont de bons candidats ici : alors que la pièce originale pourrait être faite avec le moulage par injection, il est possible de faire des pièces de rechange aux mêmes normes de performance avec les technologies additives. Et, parce que l'additif vous permet de commander en quantités de pièces uniques, vous pouvez aussi éliminer les coûts d'entreposage et adopter des programmes d'inventaire « jamais en rupture de stock ».

Étape 2 : Concevoir votre pièce

Quand les pièces de rechange sont modifiées pour la production FA, la géométrie de la pièce finie doit être faite pour s'insérer sans couture dans un assemblage existant.

Dans ces cas, le vrai travail de conception n'est pas de faire des changements significatifs à la forme de la pièce mais d'effectuer des modifications de conception mineures pour optimiser pour la production additive — et s'assurer que la pièce finie rencontre les dimensions critiques requises. Tout au long des itérations de conception, si la pièce est hors tolérance pour même une dimension critique (c'est-à-dire la dimension linéaire d'un clip ou d'un espace), vous aurez besoin de reconcevoir ou de réorienter la pièce pour obtenir une dimension stable. Essentiellement, cela signifie commencer avec la conception existante et effectuer l'ingénierie inverse requise pour la qualifier pour la production additive.

Étape 3 : Sélection du matériau et du processus

Avant la production, vous aurez besoin d'identifier les matériaux qui sont acceptables pour votre application — et puis comparer les technologies FA capables de produire des pièces avec ces matériaux.

Commencez avec les exigences de performance dont votre pièce a besoin (module, résistance à la traction, résistance à la compression, etc.) et puis considérez l'environnement dans lequel votre pièce sera utilisée (exposée aux éléments, à l'intérieur d'un compresseur, etc.). Utilisez ces facteurs pour générer une liste de matériaux appropriés et puis comparez les avantages et défis de vos technologies FA disponibles.

Quand plusieurs processus et matériaux sont acceptables pour une application, votre partenaire de production peut imprimer des pièces d'échantillon faites avec chacune de ces technologies, et vous laisser déterminer laquelle vous préférez pour la production à grande échelle.

Étape 4 : Conception et test de production itératifs

Après avoir choisi une liste de matériaux et processus acceptables, le processus d'ingénierie de production peut commencer.

Il est important que vous compreniez tous les deux, et verrouilliez, les variables du processus d'impression 3D quand vous atteignez le niveau de précision dimensionnelle, de performance et d'apparence dont vous avez besoin pour la production à grande échelle. Cela peut prendre plusieurs itérations pour atteindre votre sortie désirée, cependant, une fois que vous avez une pièce qui répond à vos exigences, vérifiée par toute inspection ou test nécessaire, toutes les informations de production seront compilées dans un paquet numérique contenant tout ce qui est nécessaire pour faire vos pièces ; chez Fast Radius, nous appelons cela le paquet de construction. Le paquet de construction contient toutes les informations nécessaires sur les paramètres d'impression, le post-traitement et les considérations d'emballage dont vous aurez besoin pour assurer que votre pièce est produite et livrée exactement comme prévu. Cette information concernera des facteurs incluant :

• Conception de structure de support
• Outils de retrait de support
• Paramètres de finition de surface
• Temps de cure
• Instructions de gabarit et fixation

Tous ces détails représentent un moyen de concevoir l'échec hors du processus de fabrication additive. Le paquet de construction règle essentiellement les paramètres nécessaires pour permettre à quiconque d'une entreprise comme Fast Radius d'imprimer la pièce de manière fiable, n'importe où dans le monde.

Étape 5 : Production à la demande et livraison globale

Après que votre pièce a été approuvée, elle sera prête à être produite à la demande, et livrée globalement.

La fabrication à la demande est un avantage clé de la production FA. Essentiellement, cela vous permet de stocker vos pièces numériquement jusqu'à ce que la demande nécessite la production, éliminant le besoin d'entreposer physiquement un grand inventaire de pièces de rechange à vendre et distribuer au fil du temps. Chez Fast Radius, nous avons maximisé cet avantage d'efficacité, et stockons à la fois vos fichiers de pièces et leurs paquets d'outillage virtuels associés dans notre Entrepôt Virtuel.

La conception et la production de pièces d'utilisation finale pour la fabrication additive est itérative. Si à tout moment, la pièce ne répond pas aux attentes du client — en performance, précision dimensionnelle ou apparence — le processus de développement de produit peut être arrêté pour que les ingénieurs puissent identifier le point de défaillance et trouver un moyen de le concevoir hors.

Commencez le processus aujourd'hui

Où que vous soyez dans le processus de conception de fabrication additive, Fast Radius peut fournir le soutien de bout en bout et l'expertise en conception additive dont vous avez besoin pour amener votre idée à la ligne d'arrivée. Contactez notre équipe aujourd'hui pour commencer.

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