Arrêtez la sur-ingénierie :Conversion de pièces métalliques en plastique

Les ingénieurs comptent souvent sur les métaux pour créer des produits robustes car ils sont solides, généralement résistants à la corrosion, thermiquement stables et sont assez bien compris dans la communauté des ingénieurs. Compte tenu des progrès réalisés dans les thermoplastiques et les thermodurcissables hautement techniques, les techniques de fabrication et les outils de conception numérique, les plastiques sont plus capables que vous ne l'imaginez. Il est possible que vous sur-conceviez votre pièce en la fabriquant en métal et en passant à côté des nombreuses propriétés favorables des plastiques.

Éléments à considérer

Afin de décider si votre pièce est un bon candidat pour la conversion du métal, il est important de comprendre les exigences de performance de votre produit. Quelles sont les conditions de fonctionnement ? Quels sont les cas de charge ? Quelle quantité de fluage/fatigue est acceptable ? Quelles sont les spécifications entourant la résistance aux produits chimiques et aux UV ? Votre pièce peut avoir des exigences non négociables qui la rendent impropre à la conversion, mais la large gamme de propriétés de matériaux et de variétés de plastiques sur le marché facilite plus que jamais la recherche d'une alternative appropriée.

Assez fort

Bien que les plastiques n'aient pas la résistance du métal, certains plastiques sont suffisamment solides pour de nombreuses applications. Par exemple, le Cyanate Ester, un polymère exclusif conçu pour la technologie de synthèse numérique de la lumière (DLS) de Carbon's®, présente une déflexion, une résistance et une rigidité élevées à la chaleur. En particulier, la rigidité est comparable à un nylon chargé de verre et a été utilisé pour remplacer certains composants métalliques hérités où le coût ou le poids sont des considérations plus importantes. Une refonte réfléchie utilisant des caractéristiques structurelles complexes telles que des nervures et des goussets peut vous permettre de convertir votre pièce du métal au plastique tout en répondant à vos exigences fonctionnelles.

Dans certains cas, les pièces en plastique peuvent même être plus performantes que les pièces métalliques. Les pièces métalliques aux géométries complexes nécessitent parfois des processus secondaires comme le soudage de composants séparés ensemble pour obtenir 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 performances

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 peut ne pas nécessiter de lubrification externe, ce que le métal fait souvent. De plus, dans un environnement hautement corrosif, la pièce en plastique peut avoir une durée de vie plus longue et finalement surpasser son homologue en métal.

Parmi les autres avantages fonctionnels du plastique, citons l'amélioration de l'étanchéité, des vibrations, de l'insonorisation et de la résistivité électrique et thermique. Les méthodes de fabrication du plastique atteignent également des tolérances plus élevées que la tôle ou les composants moulés. Enfin, les méthodes de fabrication du plastique vous donnent plus de 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 de coûts à découvrir grâce à la refonte des pièces métalliques. Un exemple évident est dans l'aérospatiale, où la réduction de masse de quelques onces se traduit par des dollars significatifs. Voici d'autres domaines où vous pourriez réaliser des économies :

• Économies de matériel et de temps grâce à l'élimination du besoin de revêtement ou de peinture supplémentaire requis pour de nombreuses pièces métalliques
• Économies de coûts grâce à l'amélioration de l'efficacité des matériaux grâce à des processus proches de la forme nette
• Réduction du temps et des coûts de main-d'œuvre grâce à la consolidation de l'assemblage rendue possible grâce au moulage et à l'impression 3D

Voici un exemple d'économies réelles réalisées par 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 des additifs. Fast Radius fabrique le conduit de refroidissement de la série d'imprimantes HP 500/300 à l'aide de HP MJF. En regroupant huit pièces (principalement en métal) en une seule, HP a pu simplifier sa chaîne d'approvisionnement et réduire le coût des composants de 30 %.

Moulage ou impression ?

De nombreux facteurs jouent dans le choix du procédé de fabrication du plastique à utiliser. Les facteurs suivants indiquent quand envisager la fabrication additive par rapport aux techniques de moulage traditionnelles.

• Délai – Alors que 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.
• Seuil de rentabilité – De nombreux processus de moulage nécessitent des volumes élevés pour avoir un sens financier en raison des coûts élevés d'outillage et d'installation. À des volumes inférieurs, la fabrication additive permet de réaliser d'importantes économies.
• Liberté de conception – La fabrication additive rend possibles des conceptions auparavant impossibles à fabriquer, libérant ainsi beaucoup de valeur. Ajout de caractéristiques structurelles complexes telles que des treillis, des géométries organiques et la personnalisation des pièces.

Améliorez-le

Ce n'est pas parce que quelque chose fonctionne qu'il ne faut pas essayer de l'améliorer. La conversion de pièces ou d'assemblages métalliques en plastique peut être un excellent endroit pour trouver l'efficacité et les économies de coûts dans votre nomenclature. 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 Cyanate Ester et obtenu une amélioration de 2 fois le transfert de chaleur. Nous avons également aidé Bastian Solutions à créer un bras plus léger pour son robot de manutention en fabriquant une seule pièce de manière additive avec du PA 12 au lieu d'un assemblage composé principalement de métal.

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

Vous voulez arrêter la sur-ingénierie de vos pièces métalliques ? Contactez les experts de Fast Radius, qui peuvent vous aider à identifier les pièces, à les reconcevoir et à les fabriquer plus efficacement.

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