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Remplacer les gabarits et fixations par des pièces imprimées en 3D

Les gabarits et les fixations sont utilisés pour simplifier les processus de fabrication et d’assemblage et les rendre plus fiables, tout en réduisant les délais et en améliorant la sécurité des opérateurs.
Les fabricants usinent généralement ces outils en métal, soit en interne, soit en recourant à des prestataires externes. Au vu des forces subies par la pièce, il n’est toutefois pas toujours nécessaire de fabriquer ces outils en métal.
Les matériaux d’impression en 3D utilisés pour la stéréolithographie (SLA) ont fait l’objet de progrès considérables, si bien que l’on dispose à ce jour de nombreuses résines techniques adaptées pour l’impression en 3D de gabarits et de supports, dont les résines standard et les résines techniques. Les fabricants du monde entier utilisent ces matériaux pour remplacer les fixations en métal dans les opérations d’usinage automatisées, les lignes d’assemblage en électronique, les fonderies et autres sites de production.

 
Gabarits personnalisés imprimés en 3D en cours d’utilisation pour la fabrication de boîtes de vitesses de motos chez Pankl Racing Systems.

Découvrez dans cet article sept exemples spécifiques de gabarits et de supports pouvant être imprimés en 3D et apprenez comment ils peuvent être intégrés dans votre ligne de production.

Cet article du blog est un extrait de notre Livre Blanc Conception de gabarits et de fixations par impression 3D. Téléchargez l’intégralité du Livre Blanc pour disposer d'un aperçu complet des bases de la conception des gabarits et des supports, des meilleures pratiques de la conception de gabarits et de supports imprimés en 3D et conseils pour la validation de supports imprimés.

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Conception de gabarits et de fixations par impression 3D

Mordaches pour étaux

Les mordaches (inserts à serrage) sont personnalisées pour épouser autant que possible la géométrie unique d’une pièce spécifique. Cela permet de serrer des pièces plus complexes tout en évitant de rayer les métaux mous ou les pièces en plastique. L’impression 3D avec un matériau tel que Tough Resinde Formlabs fonctionne très bien pour la production de mordaches et de gabarits en raison de sa rapidité de fabrication et du faible coût de production dans le cas de formes complexes.

Une pièce serrée entre deux mordaches imprimées en Tough Resin de Formlabs.
Une pièce serrée entre deux mordaches imprimées en Tough Resin de Formlabs.

Guides de perçage

Les guide de perçage permettent d’éviter qu’un foret dévie ou s’écarte de sa trajectoire en maintenant des exigences de tolérance angulaire et cylindrique.

Une douille de perçage dans un gabarit de perçage imprimé en Tough Resin de Formlabs.
Une douille de perçage dans un gabarit de perçage imprimé en Tough Resin de Formlabs.

Les douilles de guidage de foret fonctionnent par emboîtement ou par vissage, et sont disponibles à l’achat auprès de fournisseurs industriels. Les douilles spécifiquement conçues pour une utilisation dans les matières plastiques sont celles qui fonctionnent le mieux pour les gabarits imprimés par SLA.

Utilisez les principes de tolérance de notre
Livre Blanc sur l’ajustement en ingénierie pour déterminer la bonne taille de trou pour l’ajustement à la presse.

Calibres à limites

Une simple vérification de tolérance à l'aide d'un patron ou d'un calibre peut rapidement aider un inspecteur de contrôle qualité à déterminer si une pièce fonctionnera correctement dans son rôle final. Les calibres à limites imprimés en 3D sont utiles quand le bon fonctionnement des pièces est déterminé par de petites différences de forme et de dimensions, et que ces dimensions ne sont pas facilement ou rapidement mesurables à l'aide de compas, de micromètres ou d'autres outils de mesure standard, comme dans le cas de pièces complexes en caoutchouc

Calibre à limites  pour l’inspection d’un joint en caoutchouc, imprimé en Clear Resin de Formlabs.
Calibre à limites pour l’inspection d’un joint en caoutchouc, imprimé en Clear Resin de Formlabs.

Les calibres à limite sont un moyen rapide et peu coûteux de réaliser des contrôles de qualité supplémentaires dans une ligne d’assemblage ou de fabrication.

Conseil : Dans certaines applications, les calibres peuvent s'user avec le temps, ce qui entraîne des défaillances du contrôle de la qualité. En raison de leur faible coût et de leur facilité de fabrication, les calibres imprimés en 3D peuvent être facilement ré-imprimés et remplacés selon un calendrier déterminé ou selon les besoins, afin d'éviter que leur qualité ne baisse. C'est notamment le cas quand les parties qui entrent en contact avec le calibre à limites sont des métaux durs.

Gabarits d’assemblage

Pour de nombreux produits, l’assemblage de pièces et l’ajout de fixations pour créer des sous-ensembles ou des assemblages est la partie la plus laborieuse du processus de fabrication. L’impression en 3D de gabarits d’assemblage pour des pièces spécifiques permet de réduire les durées de cycle, d’améliorer l’ergonomie pour les opérateurs chargés de l’assemblage et d’améliorer la cohérence entre toutes les unités de production.

Gabarit d’assemblage utilisé pour la fabrication de l’imprimante 3D Form 2 de Formlabs.
Gabarit d’assemblage utilisé pour la fabrication de l’imprimante 3D Form 2 de Formlabs.

Gabarits de démontage

Inversement, le démontage est nécessaire pour examiner un produit qui a échoué à l'inspection, pour corriger une erreur ou accéder à un appareil pour le remettre à neuf ou le réparer. L'utilisation d'un gabarit de démontage accélère ce processus et réduit le risque de casse. Par exemple, la séparation d'un boîtier à emboîtage exige que chacun des clips s'ouvre simultanément pour éviter d'endommager les pièces.

Gabarit de démontage pour la séparation d’un boîtier à emboîtage élastique, en White Resin de Formlabs.
Gabarit de démontage pour la séparation d’un boîtier à emboîtage élastique, en White Resin de Formlabs.

Gabarits de collage

Le coût des gabarits de collage imprimés en 3D est bas, il est donc plus évident de les remplacer régulièrement, par rapport aux gabarits usinés à partir de plastique ou de métal. Théoriquement, les gabarits et supports de collage sont bien conçus et bien entretenus, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de les rectifier ou de les jeter. Dans la pratique, cela dépend beaucoup des procédures et de la culture de travail de l’atelier concerné.

Application de colle sur une pièce dans un gabarit de collage imprimé en Durable Resin de Formlabs.
Application de colle sur une pièce dans un gabarit de collage imprimé en Durable Resin de Formlabs.

Conseil : revêtez le gabarit de collage d’un agent de démoulage pour faciliter l’élimination de colle solidifiée si la colle s’est écoulée sur le gabarit.

Modèles d’étiquetage, de marquage et de masquage

Les gabarits imprimés en 3D sont utiles pour les applications requérant de faibles forces comme la vérification précise du positionnement d’étiquettes sur plusieurs unités ou le masquage d’une zone pour l’apposition de repères.
Un modèle de masquage conforme peut être conçu en Flexible Resin, de Formlabs pour épouser parfaitement la surface de la pièce. Pour les applications nécessitant un modèle plus rigide, la résine Durable fonctionne très bien..

Gabarit à charnière pour l’application de repères volumétriques, imprimé en Tough Resin et en Durable Resin de Formlabs.
Gabarit à charnière pour l’application de repères volumétriques, imprimé en Tough Resin et en Durable Resin de Formlabs.

Pièces de substitution

Bien qu'il ne s'agisse pas d'un accessoire ou d'un gabarit en soi, les pièces de substitution sont généralement utilisées pour passer des tests avant les pièces finales de production, de cette manière les chaînes de fabrication et d'assemblage sont mises en marche plus rapidement, et les problèmes de processus sont éliminés avant que les contraintes de production ne soient opérationnelles.
Les pièces de substitution permettent de valider le processus de fabrication avec des impressions 3D à faible coût au lieu de faire peser des risques sur des composants délicats de grande valeur, comme les assemblages électroniques.
Les impressions SLA sont efficaces comme pièces de substitution en raison de leur grande précision dimensionnelle, et de leur capacité à reproduire des caractéristiques précises pour traiter des points de fabrication ou d'utilisation que FDM ou d'autres méthodes d'impression peuvent rater. De plus, étant donné que les pièces imprimées en SLA sont très isotropes, elles se comporteront plus comme leurs équivalents moulés par injection que comme des pièces anisotropes FDM.

De meilleurs gabarits et supports imprimés en 3D

Gabarits et fixations imprimés en 3D sur la Form 2 avec les résines Tough et Durable

Téléchargez le Livre Blanc complet (20 pages)pour assimiler les principes de la création de gabarits et de supports efficaces. L’accent est mis sur la rentabilisation de l’impression 3D pour réduire les coûts, la réduction du temps de développement et la création de processus de production plus efficients, de l’ingénieur-concepteur au technicien en atelier.

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