Optimisation des processus de production avec l'impression 3D

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Les entreprises ou les ateliers de fabrication de produits métalliques utilisent toute une palette de machines outils, qui diffèrent par leur âge, leur capacité, leur taille et leur coût. Des centres d'usinage 5-axes aux outils d'ébavurage, toutes sortes de technologies sont mises en œuvre pour réaliser des tâches en temps et en heure et en respectant le budget.

Si les appareils d'impression 3D à base de polymères ne sont pas la première solution qui vient à l'esprit lors du choix du prochain investissement, la baisse des coûts des machines et l'amélioration des matériaux amènent de plus en plus de fabricants d'objets métalliques à intégrer des procédés tels que l'impression 3D stéréolithographique au prototypage et à la production.

En lisant cet article, vous en saurez plus sur les opportunités qu'offre l'impression 3D d'augmenter l'efficacité et de réduire les coûts de sous-traitance de la fabrication de pièces d'outillage, de gabarits et de fixations, par l'intégration de l'impression 3D à la chaine logistique, de la pré-production aux pièces finales. Vous pouvez aussi regarder notre webinaire pour obtenir des informations détaillées.

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L'impression 3D accessible

De nos jours, le fabricant doit en permanence s'adapter à l'évolution des demandes de ses clients et trouver de nouvelles façons de rester efficace, réactif et compétitif.

Les ingénieurs et les concepteurs utilisent l'impression 3D SLA depuis les années 80, mais, jusqu'à récemment, les coûts élevés de possession et le besoin de techniciens qualifiés ont fait que ces appareils sont encore rares dans le secteur de la fabrication d'objets en métal.

Les imprimantes 3D SLA, peu coûteuses et faciles à utiliser, ont élargi la gamme des applications où la technologie est financièrement pertinente, et de nombreux secteurs industriels et domaines de fabrication traditionnels commencent à chercher comment intégrer des technologies additives comme la stéréolithographie (SLA) ou le frittage sélectif par laser (SLS), pour gagner du temps, réduire la main d'œuvre et offrir plus de valeur ajoutée à leurs clients.

Prototypage, programmation et pré-production

Les itérations de designs via l'usinage ou la fabrication de pièces en métal ou en plastique sont plus coûteuses que d'utiliser les procédés additifs. Les procédures de travail pour les pièces en métal nécessitent des heures d'opérateur qualifié, et les procédés soustractifs doivent encore être optimisés du point de vue des déchets de matières premières et d'usure des outils.

L'impression de prototypes en résines SLA permet d'évaluer la fonctionnalité et l'assemblage d'une pièce, ou encore la présentation d'un concept à moindre coût et en moins d'heures de travail.

Pour de nombreuses entreprises, le prototypage est la porte vers l'impression 3D.

Prototypage fonctionnel

L'impression 3D et les matériaux avancés facilitent le travail des ingénieurs et des concepteurs pour réaliser les essais des concepts, communiquer des spécifications et valider des conceptions pour la fabrication.

Le prototypage rapide permet aux ingénieurs de réaliser des petits lots, des solutions sur mesure en un seul exemplaire, des éléments d'assemblages pour les étapes de validation technique et de conception (EVT et DVT), ou encore des essais en interne avant d'investir dans des outillages de production coûteux.

De nombreuses entreprises utilisent d'abord l'impression 3D pour produire rapidement des prototypes et ensuite, comme avec tout autre outil, identifient rapidement d'autres applications pour lesquelles cette technologie peut leur faire gagner du temps et une valeur ajoutée.

Paralenz a utilisé des pièces imprimées en 3D pour ses essais fonctionnels et pour simplifier la communication avec les 17 fournisseurs qui fabriquent les pièces sur mesure pour son produit.

Modèles pour la communication

Les dessins techniques dimensionnels ont longtemps été la norme pour décrire une pièce à usiner, mais leur lecture exige un haut niveau de spécialisation et beaucoup d'attention, surtout pour des pièces et des assemblages complexes.

Des modèles réels facilitent la lecture des dessins 2D complexes et réduisent ainsi les risques d'erreurs ou de compréhension mutuelle. Les ingénieurs de production peuvent aussi mieux exposer aux clients ou aux autres acteurs concernés les règles DFM (conception en vue de la fabrication), comme l'accès aux outils, les rayons minimum et le nombre d'opérations requises.

Grâce à l'impression 3D, il devient facile de compléter des dessins dimensionnels avec des modèles réels. Les imprimantes de bureau peuvent fonctionner la nuit et ne requièrent que quelques minutes pour la configuration du logiciel de préparation d'impression, et un traitement minimal après impression. L'ingénieur peut préparer une tâche d'impression d'un modèle de communication en fin de la journée et récupérer la pièce imprimée le lendemain matin.

Un modèle 3D peut aider à comprendre des dessins techniques dimensionnels et simplifier la communication entre ingénieurs de production et des opérateurs d'usinage, surtout dans le cas de pièces complexes avec des détails fins.

Pièce de substitution

La rapidité de la mise sur le marché est un élément important du lancement d'un nouveau produit. Plus le produit est complexe, plus les retards logistiques risquent d'influencer la mise en place des lignes de production et leur démarrage.

Au lieu d'attendre que tous les composants requis soient disponibles au niveau de l'unité chargée de l'assemblage, ou encore pour éviter des essais coûteux des pièces finales, des pièces de substitution peuvent être imprimées en 3D et les remplacer pour les essais de l'ensemble du processus de travail. En utilisant ces pièces de substitution, les ingénieurs peuvent rapidement configurer les lignes de production, évaluer l'ergonomie des gabarits et des fixations et calibrer les automatismes de la ligne de fabrication.

Ces pièces sont également utiles pour remplacer des pièces ou des composants d'assemblage coûteux et fragiles, ou ceux qui sont consommés au cours du processus, comme celui de surmoulage. Les opérateurs peuvent s'entrainer avec des pièces de substitution peu coûteuses et tester le paramétrage des machines-outils sans risquer de détruire une pièce réelle.

Outils de production

L'impression 3D de bureau permet aux fabricants, aux ateliers et aux sous-traitants de toutes tailles de réaliser des gabarits, des fixations et des outillages en interne.

Pankl Racing Systems utilise des gabarits imprimés sur mesure en 3D pour la fabrication de transmissions pour motos.

L'impression en direct de gabarits et de fixations sur le lieu même de la fabrication et la sous-traitance peut faire gagner des jours voire des semaines de délai, améliorer la souplesse opérationnelle et réduire considérablement les coûts, comparés à ceux d'usinage à partir d'une billette de plastique ou de métal par un fabricant externe.

Les fabricants et les ateliers d'usinage utilisent des matériaux SLA avancés pour des applications très variées, dont les plus courantes sont la fabrication de gabarits et de fixations pour l'usinage, mais aussi la réalisation de masques protecteurs de certaines parties pendant des opérations de peinture, de revêtement ou de grenaillage de pièces, ou encore le remplacement de certains éléments d'unités de fabrication ou d'outils d'assemblage par des éléments sur mesure.

L'impression 3D de ces gabarits et fixations est particulièrement appréciable lorsque la pièce présente des surfaces complexes, des rayons minimaux, des contre-dépouilles, des orifices de passage ou des détails fins, coûteux à réaliser avec les outils conventionnels.

Téléchargez le livre blanc Conception de gabarits et de fixations avec l'impression 3D pour en connaitre les principes de base, les meilleures pratiques et des conseils pour la validation.

Pièces finales

Aujourd'hui, les fabricants délaissent les sous-traitants en faveur de l'impression 3D avec divers matériaux techniques pour fabriquer de petits composants d'outillage fabriqués auparavant à l'aide de tours ou de fraiseuses.

Lorsque des tolérances plus strictes sont requises ou qu'un autre composant doit être installé, comme un insert dans un casque audio, les pièces imprimées peuvent être percées, taraudées, forées, tournées ou fraisées.

En savoir plus sur la gamme des résines techniques Formlabs, conçues pour supporter des essais poussés et fonctionner sous contrainte.

Lorsqu'il s'est rendu compte qu'un anneau de couplage pour une polisseuse de lentilles optiques livré n'était pas de la bonne dimension, un ingénieur de A&M Tool and Design a imprimé une pièce en Durable Resin pour le remplacer rapidement, juste avant une présentation importante à un salon.

Tirer le maximum de profit de la fabrication additive

Pour de nombreux fabricants et ateliers, l'impression 3D de prototypes de haute précision et d'outils de production solides constitue seulement un premier pas.

Que ce soit en utilisant les matériaux ou en exploitant les capacités de l'atelier pour mettre en place une nouvelle ligne de production, les meilleures opportunités de tirer le profit maximum de la fabrication additive sont mieux identifiées par ceux qui travaillent au plus près de la fabrication quotidienne de pièces, qui répondent aux demandes des clients et accroissent ainsi les profits.

Ajouter des fraiseuses CNC supplémentaires requiert généralement d'augmenter le nombre d'opérateurs et de programmateurs, en plus des coûts d'équipement élevés, alors que des imprimantes 3D de bureau ou d'atelier peuvent commencer à produire des pièces en plastique simplement en chargeant un fichier et en appuyant sur un bouton. Leur faible coût permet leur acquisition en fonction de l'accroissement de la demande, sans contrainte budgétaire excessive.

Consultez le document Impression 3D et production industrielle et regardez notre webinaire pour en savoir plus sur les recettes du succès de cinq fabricants et ateliers d'usinage dans différents secteurs industriels.

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