Au sommaire
  1. Vitesse et impression 3d
  2. Fabrication en une seule étape
  3. Coût de fabrication
  4. Coûts de fonctionnement d'une imprimante 3d :
  5. Coûts des matériaux :
  6. Coûts du travail :
  7. Atténuation des risques
  8. Complexité et liberté de conception
  9. Personnalisation
  10. Facilité d'accès
  11. Durabilité

L’impression 3D permet de produire des objets en créant des éléments une couche à la fois. Cette approche présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes de production conventionnelles (par exemple l’usinage CNC), dont les plus importants sont présentés dans cet article pour l’ensemble du secteur.
Il est peu probable que l’impression 3D remplace de nombreux procédés de production conventionnels, mais il existe de nombreuses utilisations où une imprimante 3D professionnelle est capable de produire un prototype rapidement et de haute précision à partir d’un matériau pratique.
Comprendre les avantages de l’impression 3D permet aux fabricants de faire des choix plus judicieux lors du choix du processus de production et leur permet de produire un résultat optimal

Vitesse et impression 3d

L’un des principaux avantages de la fabrication additive est la vitesse à laquelle les pièces peuvent être fabriquées par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles. Des prototypes complexes peuvent être téléchargés à partir d’un modèle CAO et imprimés en quelques heures. L’avantage de cette méthode est la vérification et la création rapides de concepts pour l’architecture.

Alors qu’un projet aurait pu prendre des jours, voire des semaines, dans le passé, la fabrication additive met le produit entre les mains du fabricant en quelques heures. Bien que les dispositifs de fabrication additive industrielle prennent plus de temps pour imprimer et post-traiter les composants, la possibilité de fabriquer des pièces finales utilisables à des cadences faibles ou moyennes offre un immense gain de temps par rapport aux techniques de fabrication conventionnelles (souvent, le délai d’exécution d’une seule matrice de moulage par injection peut être de plusieurs semaines).

Fabrication en une seule étape

L’un des principaux défis pour le designer est de savoir comment fabriquer une pièce aussi efficacement que possible. La plupart des pièces nécessitent un nombre important d’étapes de fabrication pour être produites à l’aide d’une technologie conventionnelle. L’ordre dans lequel ces phases se déroulent influence l’efficacité et les capacités de production de la conception.

Prenons l’exemple d’un support en acier sur mesure fabriqué à l’aide de méthodes de production conventionnelles :

De la même manière que pour la fabrication additive, le processus commence par le modèle CAO. Lorsque la spécification a été finalisée, le processus d’assemblage commence avec la première découpe des profils en acier à former. Les profilés sont ensuite serrés en place et soudés un à un pour former le support. Souvent, un gabarit sur mesure doit être réalisé pour s’assurer que les pièces sont parfaitement assorties. Les soudures sont ensuite polies pour obtenir un fini de surface résistant. Les trous suivants sont percés pour que le support puisse être placé sur le mur. Enfin, le support est sablé, poncé et fini pour en améliorer l’aspect.

Les imprimantes 3d professionnelles réalisent cette réalisation en une seule étape, sans aucune interaction de l’opérateur du système pendant tout le processus de fabrication. Si l’ébauche de la CAO a été finalisée, elle peut être soumise à l’ordinateur et imprimée en une seule phase en quelques heures.

La possibilité de fabriquer un composant en une seule phase réduit considérablement le recours à diverses méthodes de production (usinage, soudage, peinture) et permet à l’industriel d’avoir un meilleur contrôle sur le produit fini.

Coût de fabrication

Les coûts de fabrication peuvent être répartis en trois catégories : les coûts d’entretien des machines, les coûts des matériaux et les coûts de la main-d’œuvre.

Coûts de fonctionnement d’une imprimante 3d :

De nombreuses imprimantes de bureau 3D utilisent la même quantité de puissance qu’un ordinateur portable. Les procédés industriels de fabrication additive utilisent un volume élevé d’énergie pour la fabrication d’un seul composant. La capacité à générer des géométries complexes en une seule étape permet toutefois d’obtenir des performances et des délais d’exécution plus élevés. Le coût de fonctionnement d’un ordinateur est généralement le plus faible quant au coût total de production.

Coûts des matériaux :

Le coût des matériaux pour la fabrication additif varie considérablement selon la technologie. Les imprimantes 3d FDM professionnelles utilisent des bobines de filament qui coûtent environ 25 € par kg, tandis que l’impression SLA comprend une résine qui est disponible à environ 150 € par litre. La variété des matériaux utilisés pour l’impression 3D rend impossible toute comparaison avec les méthodes de fabrication conventionnelles. La poudre de nylon utilisée en SLA coûte environ 70 € par kg, alors que des granulés de nylon équivalents utilisés dans le moulage par injection peuvent être obtenus pour seulement 2 à 5 € par kg. Le coût des matériaux est donc le principal facteur qui contribue à la dépense d’un produit réalisé par un procédé de fabrication additive.

Coûts du travail :

L’un des principaux avantages de l’impression 3D est le faible coût de la main-d’œuvre. Mis à part le post-traitement, la plupart des imprimantes 3D ne nécessitent qu’une pression sur un bouton par l’utilisateur. L’ordinateur suit ensuite une méthode entièrement automatisée pour fabriquer la pièces. Par rapport à la fabrication conventionnelle, où des machinistes et des opérateurs hautement qualifiés sont généralement nécessaires, les coûts de main-d’œuvre d’une imprimante 3D sont presque nuls.

La fabrication additive à faible volume est très compétitive en termes de prix par rapport à la production conventionnelle. Pour le développement de prototypes qui valident la forme et l’ajustement, il est considérablement moins cher que d’autres méthodes de fabrication alternatives (par exemple, le moulage par injection) et est également compétitif pour la production de pièces conventionnelles uniques. Les méthodes de fabrication standard deviennent plus rentables à mesure que le volume augmente et que les coûts de mise en place élevés se justifient par les importantes quantités de production.

Atténuation des risques

La commande d’un échantillon défectueux coûte du temps et des ressources au fabricant. Des améliorations mineures apportées au moule ou au processus de production peuvent également avoir un effet financier important.
Le fait de pouvoir vérifier le concept en imprimant une version prête à la production avant d’investir dans des machines de fabrication coûteuses (par exemple, des moules ou des machines et des gabarits) réduit le risque pendant le processus de prototypage. Cela permet de créer la confiance dans son propre design avant d’effectuer les investissements majeurs nécessaires à la production de masse.

Complexité et liberté de conception

En général, les limites imposées à ce qui peut être réalisé par la fabrication conventionnelle ne s’appliquent pas à l’impression 3d. Étant donné que les pièces sont assemblés sur une seule couche à la fois, les critères de construction tels que la conception des angles, le décolletage et l’accès aux outils n’existent pas lors de la conception de pièces pour la fabrication additive.

Bien qu’il y ait certaines contraintes sur les caractéristiques de taille minimale qui peuvent être correctement imprimées, la plupart des inconvénients du centre de fabrication additive sont l’orientation optimale de l’impression pour minimiser la dépendance du support et la probabilité d’échec de l’impression. Cela donne aux concepteurs une grande flexibilité architecturale et permet de construire des géométries très compliquées.

Personnalisation

Impression 3d : customisation casque

L’impression 3D permet non seulement une plus grande liberté de conception, mais aussi une personnalisation complète des dessins. Comme les technologies de fabrication additive excellent dans la construction de pièces uniques une à la fois, elles conviennent parfaitement à la production ponctuelle.

Ce concept a été adopté par l’industrie médicale et dentaire pour la fabrication de prothèses, d’implants personnalisés.De l’équipement sportif de haut niveau adapté à l’athlète aux lunettes de soleil et aux accessoires de mode personnalisés, la fabrication additive permet de produire des pièces sur mesure en une seule fois et à moindre coût.

Facilité d’accès

Bien que la fabrication d’additifs existe depuis plus de 30 ans, la majorité des développements ont eu lieu depuis 2010. Cela a contribué à l’arrivée sur le marché d’un nombre important d’imprimantes 3D, ce qui a permis aux concepteurs d’accéder beaucoup plus facilement aux technologies de fabrication additive.

Rien qu’en 2015, plus de 278 000 imprimantes de fabrication additive d’un prix inférieur à 5 000 dollars ont été vendues dans le monde. Depuis lors, le nombre d’imprimantes vendues n’a cessé de doubler. Ce qui était autrefois une technique de niche ouverte seulement à une partie limitée du secteur automobile est maintenant largement disponible et la forme rentable de fabrication de composants utilisée par une grande variété d’industries.

Durabilité

Les procédés de fabrication soustractif, tels que le fraisage ou le tournage CNC, extraient une grande quantité de matière du bloc d’origine, ce qui se traduit par un volume important de déchets.
En général, les techniques de fabrication additive n’utilisent que le matériau nécessaire pour créer une pièce. De nombreux procédés utilisent des matières premières qui peuvent être recyclées et réutilisées. Par conséquent, le processus de fabrication additive génère très peu de déchets.

L’augmentation du nombre d’équipements de fabrication additive dans le monde a également influencé la distance d’expédition des prototypes :

Comme les imprimantes 3D de table ont une courbe d’apprentissage très courte pour fonctionner efficacement, il n’est pas nécessaire d’envoyer les prototypes à l’expert du fabricant. En comparaison, la taille de l’environnement moderne de fabrication additive est nettement inférieure à l’empreinte du site de fabrication conventionnel.

Pour cette raison, des installations professionnelles d’impression 3D sont mises en place dans le monde entier, y compris dans les régions où le coût des terrains est élevé (par exemple à Londres ou à New York). La suppression des conditions d’expédition a un effet positif sur l’environnement. Ceci, combiné à la possibilité d’imprimer et d’assembler des pièces de rechange sur place, se traduit par une empreinte carbone nettement plus faible pour la plupart des pièces fabriquées par fabrication additive.