De l'additif au moulage par injection : augmenter rapidement la production de visières de protection

Lorsque la pandémie de COVID-19 a frappé les États-Unis, notre équipe chez Fast Radius a rapidement réorienté une partie significative de nos capacités de fabrication additive vers la production de visières de protection. À ce jour, nous avons fabriqué et expédié des milliers de visières imprimées en 3D pour protéger les travailleurs de première ligne. La visière est réutilisable, très durable, facile à assembler et confortable, mais la demande a largement dépassé notre capacité de production additive.

Itération rapide de conception avec des outils de simulation

Nous devions modifier significativement la conception additive du « halo » (bandeau) de la visière pour le rendre compatible avec le moulage par injection, tout en conservant ses performances. Nous savions que la rigidité devait être optimisée pour éviter les conditions de paroi mince dans l'outillage qui pourraient endommager les outils pendant le moulage. Comme la rigidité du halo additif fonctionnait bien, nous avons simulé le déplacement flexible du halo additif et utilisé ce déplacement comme objectif pour la rigidité de la conception moulée par injection.

Pour comprendre les éléments contribuant à la rigidité, nous avons utilisé l'analyse par éléments finis (FEA) pour identifier les variables de conception donnant de meilleurs résultats. Nous avons utilisé le module de simulation d'Autodesk 360, un outil que nous utilisons pour la conception, l'analyse et la simulation. Nous avons testé les motifs de nervures et de couronne sur l'avant de l'anneau externe. Si les nervures ajoutaient de la rigidité, nous avons constaté qu'augmenter la hauteur de la couronne était plus efficace pour minimiser le déplacement.

Cependant, augmenter la hauteur de la couronne pouvait créer de mauvaises conditions d'outillage (acier mince) entre l'anneau externe et l'anneau intermédiaire. La fente d'insertion de l'écran est très fine — 1 à 2 mm ; plus les sections de la couronne sont hautes, plus l'acier de l'outil doit être fin, augmentant le risque d'endommagement pendant le moulage.

Nous devions trouver la hauteur optimale de la couronne pour réduire l'acier mince tout en préservant la rigidité de l'anneau externe. Pour cela, nous avons lancé 16 simulations, ajustant légèrement la conception à chaque fois pour améliorer les performances. À ce stade, nous avions déjà atteint notre objectif avec de nombreuses conceptions offrant un déplacement similaire ou meilleur que le halo additif.

Prototypage rapide avec HP Multi Jet Fusion (MJF)

Parmi les concepts simulés, nous en avons choisi trois à imprimer avec HP MJF, la technologie utilisée pour notre halo additif original. Normalement, il faut trois jours pour qu'une pièce MJF refroidisse suffisamment, mais nos ingénieurs de fabrication ont optimisé le conditionnement du build pour avoir les pièces le lendemain.

L'équipe d'exploitation de l'usine Fast Radius de Chicago a porté les trois halos conceptuels et les a comparés à la version additive originale pour le confort et la facilité d'assemblage. Le concept 10 (troisième conception) acceptait l'écran le plus facilement, mais l'équipe a suggéré plusieurs modifications pour améliorer le confort et l'assemblage. La conception résultante a servi à produire l'outillage de moulage par injection pour la prochaine version de notre halo de visière.

Finalement, le passage de l'additif au moulage par injection rendra le halo bien plus accessible. Nous avons réussi à réduire le prix de 55 %. Au début, nous répondions à une demande imprévisible. Quand il est devenu clair que nous pouvions rendre le produit plus accessible, nous avons adapté notre conception additive pour l'injection et mis un outil en production en seulement trois jours.

Notre équipe a travaillé sans relâche pour mettre ce produit crucial sur le marché. Ce délai remarquable a été possible grâce aux logiciels de simulation, à la fabrication numérique et à notre modèle de travail agile. Cette pandémie nous a forcés à devenir plus flexibles dans les cycles de développement produit, une tendance qui selon nous se poursuivra bien au-delà.

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