Maîtriser la fabrication de géométries complexes : points clés et meilleures pratiques

Dans le monde de la fabrication, les « géométries complexes » font référence à des pièces avec des conceptions tridimensionnelles présentant des caractéristiques telles que des contre-dépouilles, des espaces creux ou des structures internes complexes. Les géométries complexes peuvent refléter des structures plus arrondies et organiques, ce qui les a historiquement rendues extrêmement difficiles ou coûteuses à créer en utilisant des méthodes de fabrication traditionnelles comme le moulage, le fraisage CNC ou le tournage CNC, qui s'appuient toutes sur des outils droits pour enlever de la matière.

La solution de contournement a été de créer des pièces avec plusieurs composants qui, une fois fabriqués, sont fixés ensemble. Ces étapes supplémentaires dans le processus de fabrication peuvent rapidement faire grimper le coût de production, ainsi que le coût par pièce lorsqu'elle arrive sur le marché.

Cependant, les procédés de fabrication additive se révèlent être des moyens beaucoup plus efficaces pour créer des pièces géométriquement complexes. C'est parce que les méthodes de fabrication additive créent des pièces en ajoutant du matériau couche par couche, permettant aux ingénieurs et aux concepteurs de produire des pièces avec des géométries impliquées — même celles avec des espaces intérieurs ouverts — en une seule pièce.

Atténuer les pertes de coûts, de temps et de ressources grâce à l'additif

Parce que les processus additifs créent des pièces à partir de zéro en utilisant des matériaux dans un état constitutif, comme un liquide ou une poudre — plutôt que depuis un bloc de matériau — les pièces aux géométries complexes peuvent être créées avec une efficacité accrue, souvent en une seule opération.

En tant que tel, un certain nombre de marchés comptent maintenant sur la fabrication additive pour produire des pièces géométriquement complexes. La FAA a approuvé la première pièce imprimée en 3D pour une utilisation commerciale dans les moteurs à réaction en 2015, et depuis lors, l'industrie aérospatiale a profité de la capacité de l'additif à fabriquer efficacement des injecteurs de fusée, des buses à carburant et d'autres composants structurels de manière à augmenter la résistance de la pièce tout en réduisant son poids global.

Certains implants et dispositifs médicaux peuvent également être produits plus efficacement et rentablement en utilisant la fabrication additive. Certains remplacements articulaires, tels que les genoux et les hanches artificiels, utilisent des structures de treillis complexes pour favoriser l'ostéo-intégration — des conceptions qui seraient hautement inefficaces, sinon impossibles à créer en utilisant des méthodes de fabrication traditionnelles.

Les dispositifs nécessitant des tubes pour transporter de l'air ou des fluides peuvent également être produits par des processus additifs, éliminant le besoin de tubes et de vannes excessifs en combinant plusieurs composants en une seule pièce. De tels processus réduisent les coûts, le temps et les ressources nécessaires pour produire des dispositifs et produits médicaux.

Pour fabriquer des pièces viables et de haute qualité avec des géométries complexes, les ingénieurs doivent évaluer plusieurs facteurs clés, notamment la méthode de production, les coûts de production et l'optimisation de la conception.

Méthodes et coûts de fabrication

Les méthodes traditionnelles de fabrication sont soustractives, ce qui signifie que des outils sont utilisés pour enlever de la matière d'une pièce brute pour façonner la pièce ou le composant. En tant que tel, il existe certaines restrictions inhérentes en termes de types de pièces qui peuvent être créées.

En utilisant des méthodes traditionnelles, le temps nécessaire pour couper des géométries complexes à partir de blocs de matériau est directement lié au coût de production, ce qui est particulièrement vrai pour les pièces métalliques, qui ont tendance à avoir des cycles de production plus longs.

L'avantage des processus de fabrication additive est qu'ils renversent l'idée que la complexité géométrique signifie inévitablement un coût accru. En fait, le contraire est vrai : parce que l'impression 3D crée des pièces à partir de zéro, moins de matériau est perdu en déchets lors de la fabrication d'une géométrie complexe, ce qui se traduit par moins de temps dans la machine et des coûts de production plus faibles.

Prototypage de pièces aux géométries complexes

Les phases de prototypage et de test de production pour les pièces aux géométries complexes ont tendance à être coûteuses lorsqu'elles sont exécutées par des méthodes de fabrication traditionnelles. Cependant, la fabrication additive garantit souvent un faible coût individuel du produit dès le départ, assouplissant les contraintes sur les fabricants pendant le cycle de conception.

L'utilisation de méthodes de fabrication traditionnelles pour des fins de prototypage nécessite des engagements intensifs en temps et en coûts tout au long du cycle de conception. La fabrication additive permet aux concepteurs et aux ingénieurs de prototyper plus rapidement et avec une plus grande flexibilité en termes de caractéristiques de conception.

La différence de la fabrication additive

Quand il s'agit de créer des pièces géométriquement complexes, la fabrication additive est de loin plus efficace en termes de temps, de ressources et de coûts que les méthodes traditionnelles. Les processus additifs accélèrent les temps de prototypage rapide et de production de bout en bout, réduisant ainsi les coûts.

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