Impression 3D industrielle pour la production de pièces

Jack Lie Expert en usinage CNC

Spécialisé dans le fraisage CNC, le tournage CNC, l'impression 3D, le moulage d'uréthane, l'outillage rapide, le moulage par injection, le moulage de métal,


impression en 3D figure parmi les principaux procédés de fabrication, également appelé procédé additif, paradoxe de l'usinage CNC, procédé soustractif. Après s'être attardé au stéréotype d'être simplement un «prototype», l'impression 3D industrielle est devenue un processus de fabrication approprié. Il implique principalement la fabrication industrielle de divers produits tels que les supports de cabine de l'Airbus A350, le remplacement de la cage thoracique, les injecteurs de carburant pour le moteur à sauts de General Electric, le boîtier d'indicateur de puissance à LED pour les robots et les aides auditives explicites pour le patient.

Règles fondamentales de l'impression 3D industrielle

L'impression 3D a été le procédé le plus célèbre et le plus fiable pour la préparation de prototypes utilisés pour assurer la validité 100% du produit souhaité. Mais maintenant, le processus de prototypage est bien au-delà du concept confiné de prototypage. C'est devenu un processus de fabrication approprié qui offre une commodité ultime pour la production de produits à faible volume, en particulier lorsque les moules à injection ne sont pas justifiés. Pendant ce temps, le prototypage peut mieux prendre en compte la complexité de la pièce que l'usinage. Nous allons donc discuter ici des règles et informations fondamentales de l'impression 3D industrielle.

1. Technologie 

Typiquement, cela implique trois processus de fabrication additive comme stéréolithographie (SLA), frittage laser direct de métal (DMLS), et frittage laser sélectif (SLS). Toutes ces technologies sont spécifiées à la nature de leur travail. Par exemple, le DMLS convient parfaitement aux applications d'utilisation finale. De la même manière, SLS et SLA sont également pleinement efficaces contre différentes applications, y compris les pièces d'utilisation finale à faible volume et les processus centrés sur les prototypes.

2. Sélection du matériel 

Lors du prototypage de différentes pièces, une vingtaine de poudres et résines imprimables en 3D sont disponibles et possèdent les qualités requises par divers composants mécaniques et électriques. De nombreuses pièces d'utilisation finale peuvent être fabriquées à partir de nylon chargé de verre jusqu'au chrome-cobalt, ce qui entraîne des coûts inférieurs et une durabilité accrue.

3. Considérations importantes pour la conception 

Parfois, il peut y avoir une différence minime entre une conception de prototype et un modèle qui possède la capacité de servir pendant des années. Voici la véritable puissance de l'impression 3D, qui élimine cette différence mineure par rapport au prototype et en fait une conception réalisable avec design complexe et formes organiques. Cependant, une telle flexibilité n'est certainement pas possible avec les procédés de fabrication conventionnels, tels que l'usinage CNC et le moulage par injection.

4. Quantité de la production 

La détermination de la quantité de production est une partie essentielle du processus de conception. Techniquement, l'impression 3D ne convient qu'à la production à faible volume, ce qui nécessite de connaître la quantité exacte requise pour les produits d'utilisation finale. Néanmoins, il est un fait que les pièces imprimées en 3D sont les plus rentables par rapport aux méthodes de fabrication alternatives.

Décisions concernant le frittage laser direct de métal

Qu'il s'agisse DMLS ou tout autre procédé, le choix dépend du matériau et de ses propriétés conséquentes. Supposons que le matériau soit un métal comme l'aluminium, l'acier inoxydable ou le titane. DMLS semble une option appropriée. Parallèlement, DMLS est impliqué dans la fabrication de nombreuses pièces utilisées dans l'aérospatiale et industrie médicale. En ce qui concerne l'utilisation de la poudre métallique dans le DMLS, les experts collaborent désormais avec les clients pour éliminer les failles produites par l'utilisation de la poudre métallique.

De plus, le métal est le plus adapté à la fabrication de pièces d'utilisation finale. Cependant, cela n'indique pas que le DMLS est un processus tout à fait approprié pour fabriquer ces pièces d'utilisation finale. Le DMLS consiste à utiliser un laser puissant pour fusionner et faire fondre les particules métalliques afin de former la forme souhaitée à l'aide de couches. Pendant tout ce processus, une chaleur extrême est nécessaire pour faire fondre les particules métalliques. Ce facteur initie le besoin d'utiliser une structure de support semblable à un échafaudage pour maintenir les boucles et les enveloppements. Ils sont susceptibles d'être supprimés une fois le processus construit, ce qui rend le processus moins rentable.

Sélection du frittage laser sélectif (SLS)

Le frittage laser direct de métal est le procédé le plus célèbre et le plus fiable pour la fabrication de pièces à faible volume et d'utilisation finale sans aucun argument. Mais frittage laser sélectif est un concurrent proche du DMLS tout en étant sur le deuxième numéro. En ce qui concerne son processus de travail, il est similaire à DMLS. Les deux approches utilisent une grande quantité de chaleur pour faire fondre le matériau couche par couche dans un lit de poudre pour former la forme requise.

Comme le plastique nécessite moins de chaleur pour être fondu, les structures de support telles que les boucles et les enveloppements ne sont pas nécessaires. Cela en fait un processus assez simple pour utiliser pleinement tout le volume de la chambre de construction. Il simplifie également différents processus (configuration des pièces et post-traitement) qui réduisent le coût global du processus. La seule restriction à laquelle est confronté le SLS est sa compatibilité avec les plastiques de la famille des nylons. D'autre part, les matériaux chargés de fibres et de verre sont utilisables. Contrairement au DMLS, le SLS peut former une couche dont l'épaisseur est de 0,0004 pouces.

Autre considération pour SLS

Lorsqu'il est nécessaire d'avoir une finition supplémentaire sur la pièce fabriquée à l'aide de SLS, le nylon non chargé est utilisé pour développer les exigences. En revanche, le nylon chargé est une application plus appropriée pour les engrenages et les poulies. L'utilisation du nylon dans l'industrie médicale est également écrasante, car elle peut supporter le processus d'autoclavage. De même, les pièces fabriquées en nylon sont hygroscopiques et poreuses, ce qui les rend moins adaptées aux conditions humides. En dehors de cela, le nylon est largement utilisé dans le moulage par injection. Par la suite, le Nylon en SLS offre une solution potentielle pour la fabrication d'outils de production censés servir un terme spécifique ou mériter d'être construits à moindre coût.

Ne sous-estimez pas l'importance de SLUN

C'est un fait admis que stéréolithographie a été déterminant dans prototypage rapide. La raison du succès de SL en tant que processus fiable et précieux est qu'il offre des pièces très précises et finement produites. Néanmoins, il n'est pas adapté à la fabrication de pièces d'usage final. Habituellement, une résine photodurcissable est utilisée dans SL, qui réagit avec la lumière UV si elle y est exposée pendant une longue période. Cette exposition à la lumière UV entraîne un mouvement de la pièce et une dégradation du matériau.

Mais si ces produits d'utilisation finale sont enfermés dans un nickel chargé de céramique léger, ils deviendront aussi résistants que des clous et stables pour fournir leurs services pendant de nombreuses années.

Avantages des processus d'impression 3D

La taille du marché mondial de l'impression 3D devrait atteindre $62,79 milliards d'ici 2028. Cette croissance rapide montre explicitement les avantages complets des différents processus associés à l'impression 3D. Voici les avantages significatifs offerts par les différentes techniques d'impression 3D :

  • Il fournit un prototypage rapide qui apporte rapidement un modèle physique du produit à venir.
  • CA offre plus de flexibilité dans la conception et simplification du montage.
  • Les pièces fabriquées à l'aide de l'impression 3D sont principalement légères et solides.
  • Les déchets sont massifs dans les procédés de fabrication soustractifs, mais pas dans l'impression 3D.
  • Plus rentable pour la production de pièces nécessaires à faible volume.

Conclusion

Quel que soit le procédé utilisé pour l'impression 3D, le premier facteur est de considérer la complexité de la pièce. Seul ce processus doit être choisi, ce qui est pratique pour répondre à ce niveau de complexité. Cette étape offre aux utilisateurs un potentiel infini d'amélioration du produit. Alors que les experts souhaitent explorer l'impression 3D pour différentes applications d'utilisation finale, la croissance de l'impression 3D et de ses capacités est inévitable.