Ce que vous devez savoir sur la fabrication de pièces aux géométries complexes

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

La solution a été de créer des pièces avec plusieurs composants qui, une fois fabriqués, sont attachés ensemble. Ces étapes supplémentaires dans le processus de fabrication peuvent rapidement augmenter le coût de production, ainsi que le coût par pièce lors de sa mise sur le marché.

Cependant, les processus de fabrication additive s'avèrent être des moyens beaucoup plus efficaces pour créer des pièces géométriquement complexes. En effet, les méthodes de fabrication additive créent des pièces en ajoutant du matériau une couche à la fois, ce qui permet aux ingénieurs et aux concepteurs de produire des pièces aux géométries complexes, même celles avec des espaces intérieurs ouverts, en une seule pièce.

Atténuation des pertes de coûts, de temps et de ressources grâce à l'additif

Étant donné 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 qu'à partir d'un bloc de matériau, des pièces aux géométries complexes peuvent être créées avec une efficacité accrue, souvent en une seule opération.

Ainsi, un certain nombre de marchés s'appuient désormais 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 de carburant et d'autres composants structurels de manière à augmenter la résistance de la pièce tout en réduisant son poids total.

Certains implants et dispositifs médicaux peuvent également être produits de manière plus efficace et plus rentable grâce à la fabrication additive. Certaines prothèses articulaires, telles que les genoux et les hanches artificiels, utilisent des structures en treillis complexes pour favoriser l'ostéointégration - des conceptions qui seraient très inefficaces, voire 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 ainsi le besoin de tubes et de vannes en excès en combinant plusieurs composants en une seule pièce. De tels processus réduisent les coûts, le temps et les ressources nécessaires à la fabrication de dispositifs et de 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 retirer de la matière d'une pièce afin de façonner la pièce ou le composant. En tant que tel, il existe certaines restrictions inhérentes en termes de types de pièces pouvant 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 procédés de fabrication additive est qu'ils bouleversent l'idée que la complexité géométrique signifie intrinsèquement un coût accru. En fait, c'est exactement le contraire qui est vrai :parce que l'impression 3D crée des pièces à partir de rien, moins de matière est perdue lors de la fabrication d'une géométrie complexe, ce qui se traduit par moins de temps dans la machine et des coûts de production réduits.

Prototypage de pièces aux géométries complexes

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

L'utilisation de méthodes de fabrication traditionnelles à des fins de prototypage nécessite des engagements de temps et d'argent considérables 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 fonctionnalités de conception.

La différence de fabrication additive

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

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