Réduire le surdimensionnement : remplacer les pièces métalliques par des plastiques avancés

Les ingénieurs s'appuient souvent sur les métaux pour créer des produits robustes car ils sont solides, généralement résistants à la corrosion, thermiquement stables et bien compris dans la communauté de l'ingénierie. Compte tenu des avancées dans les thermoplastiques et thermodurcissables hautement conçus, les techniques de fabrication et les outils de conception numérique, les plastiques sont plus performants que vous ne l'imaginez. Il est possible que vous surdimensionniez votre pièce en la fabriquant en métal et que vous passiez à côté des nombreuses propriétés favorables des plastiques.

Éléments à considérer

Pour décider si votre pièce est une bonne candidate pour la conversion du métal, il est important de comprendre les exigences de performance de votre produit. Quelles sont les conditions d'exploitation ? Quels sont les cas de charge ? Quel fluage/fatigue est acceptable ? Quelles sont les spécifications concernant la résistance chimique et aux UV ? Votre pièce peut avoir des exigences non négociables la rendant impropre à la conversion, mais la large gamme de propriétés matérielles et de variétés de plastiques sur le marché rend la recherche d'une alternative appropriée plus facile que jamais.

Assez solide

Bien que les plastiques n'aient pas la résistance du métal, certains plastiques sont assez solides pour de nombreuses applications. Par exemple, l'ester cyanate, un polymère propriétaire conçu pour la technologie Digital Light Synthesis (DLS) de Carbon®, possède une haute déflexion thermique, une résistance et une rigidité élevées. En particulier, la rigidité est comparable à celle d'un nylon chargé de verre et a été utilisée pour remplacer certains composants métalliques existants lorsque le coût ou le poids sont des considérations plus importantes. Une reconception réfléchie utilisant des caractéristiques structurelles complexes telles que des nervures et des goussets pourrait vous permettre de convertir votre pièce du métal au plastique tout en respectant vos exigences fonctionnelles.

Dans certains cas, les pièces en plastique peuvent même surpasser les pièces métalliques. Les pièces métalliques aux géométries complexes nécessitent parfois des procédés secondaires comme le soudage de composants séparés pour atteindre la géométrie finale. Les soudures introduisent des points de faiblesse et de corrosion potentiels, alors qu'un composant en plastique peut être produit en une seule pièce sans ces défauts, comme le montre l'image ci-dessous.

Gains de performance

Les plastiques d'aujourd'hui offrent également un large éventail d'avantages fonctionnels. Par exemple, les engrenages sont de bons candidats pour la conversion, car le bon plastique pourrait ne pas nécessiter de lubrification externe, ce que le métal exige souvent. De plus, dans un environnement hautement corrosif, la pièce en plastique pourrait avoir une durée de vie plus longue et finalement surpasser son homologue métallique.

D'autres avantages fonctionnels du plastique incluent une meilleure étanchéité, une réduction des vibrations, un amortissement acoustique, et une résistivité électrique et thermique. Les méthodes de fabrication du plastique atteignent également des tolérances plus élevées que les composants en tôle ou moulés. Enfin, les méthodes de fabrication du plastique offrent un meilleur contrôle sur l'esthétique de votre produit, vous permettant de personnaliser les couleurs, d'ajouter des logos personnalisés ou d'appliquer des textures.

Économiser de l'argent et du temps

Il existe de nombreuses économies à réaliser en reconcevant des pièces métalliques. Un exemple évident est l'aérospatiale, où la réduction de masse de quelques onces se traduit par des dollars significatifs. D'autres domaines où vous pourriez trouver des économies incluent :

• Économies de matériaux et de temps en éliminant le besoin de revêtement ou de peinture supplémentaire requis pour de nombreuses pièces métalliques
• Économies de coûts grâce à une efficacité matérielle accrue des procédés near-net-shape
• Réduction des coûts de temps et de main-d'œuvre réalisée grâce à la consolidation d'assemblage rendue possible par le moulage et l'impression 3D

Voici un exemple réel d'économies de coûts de notre entreprise. Les conduits d'air sont d'excellents candidats pour la consolidation de pièces car la géométrie et le flux d'air peuvent être optimisés avec l'additif. Fast Radius fabrique le conduit de refroidissement de la série d'imprimantes HP 500/300 en utilisant HP MJF. En consolidant huit pièces (principalement métalliques) en une seule, HP a pu simplifier sa chaîne d'approvisionnement et réduire le coût du composant de 30 pour cent.

Moulage ou impression ?

De nombreux facteurs entrent en jeu dans la décision du procédé de fabrication plastique à utiliser. Les facteurs suivants fournissent des indications sur quand envisager la fabrication additive plutôt que les techniques de moulage traditionnelles.

• Délai d'exécution — Alors que la préparation de l'outillage pour le moulage peut prendre des mois, la fabrication additive réduit le délai à quelques jours ou semaines, ce qui peut accélérer le lancement de votre produit.
• Point d'équilibre — De nombreux procédés de moulage nécessitent de gros volumes pour être rentables en raison des coûts d'outillage et de mise en place élevés. À faibles volumes, la fabrication additive offre des économies de coûts significatives.
• Liberté de conception — La fabrication additive rend possibles des conceptions auparavant impossibles à fabriquer, débloquant beaucoup de valeur. Ajout de caractéristiques structurelles complexes telles que des treillis, des géométries organiques et une personnalisation entre pièces.

Rendre les choses meilleures

Ce n'est pas parce que quelque chose fonctionne qu'il ne faut pas essayer de le faire fonctionner mieux. La conversion de pièces ou d'assemblages métalliques en plastique peut être un excellent endroit pour trouver de l'efficacité et des économies de coûts dans votre nomenclature. Ici chez Fast Radius, nous avons aidé d'innombrables entreprises à améliorer la conception et les performances de leurs produits en passant du métal au plastique. Par exemple, nous avons converti l'échangeur de chaleur traditionnel en ester cyanate et obtenu une amélioration de 2x du transfert de chaleur. Nous avons également aidé Bastian Solutions à créer un bras plus léger pour son robot de manutention de matériaux en fabriquant une seule pièce de manière additive avec du PA 12 au lieu d'un assemblage principalement composé de métal.

Alors, la prochaine fois que vous concevez une pièce métallique, nous vous mettons au défi de vous arrêter et de vous demander : cette pièce pourrait-elle être améliorée avec du plastique ?

Voulez-vous arrêter de surdimensionner vos pièces métalliques ? Contactez les experts de Fast Radius, qui peuvent vous aider à identifier les pièces, les reconcevoir et les fabriquer plus efficacement.

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