Une société de fabrication de métaux imprime en 3D des gabarits de soudage en Rigid 10K Resin
Les aides à la fabrication telles que les gabarits et fixations sont essentielles dans le travail des métaux pour garantir la précision, la répétabilité et l'efficacité. Cependant, la fabrication de supports et de dispositifs à l'aide de méthodes traditionnelles peut prendre plusieurs semaines, coûter des milliers d'euros et limiter la liberté de conception. Red Oak Fabrication est un atelier d'usinage du sud-ouest de l'Iowa qui utilise l'impression 3D stéréolithographique (SLA) pour produire des gabarits personnalisés en quelques heures, pour un dixième du prix de l'usinage CNC, et dans des géométries complexes et des formes organiques.
Red Oak Fabrication fabrique des produits en acier, en acier inoxydable et en aluminium. Ils sont spécialisés dans la découpe de précision au plasma, au laser et au jet d'eau, les opérations de commande numérique par ordinateur, le sablage de l'acier, le revêtement de poudre, le formage des tôles et le soudage robotisé de pointe. Le soudage, principalement le soudage au gaz inerte métallique (MIG), représente une grande part de leur activité, avec une quinzaine de postes de soudage manuel et trois cellules de soudage robotique automatisées.
« L'impression 3D a ouvert une voie intermédiaire facile. Je peux passer du design à un gabarit fini en quelques jours au lieu de plusieurs mois. »
Taylor Smith, responsable de la conception technique et de l'ingénierie chez Red Oak Fabrication
Avant l'impression 3D, Red Oak Fabrication disposait de deux méthodes internes pour fabriquer des gabarits de soudage :
- Assembler des pièces de tôle entre elles : une méthode simple et pratique, mais imprécise.
- Usinage mécanique CNC : permet de réaliser des gabarits métalliques de haute qualité, mais à des coûts élevés et avec des délais de livraison longs.
Cela compliquait la satisfaction des commandes de petite et moyenne taille qui nécessitaient des délais de livraison plus courts. Pour pallier cette lacune, ils ont intégré une imprimante 3D SLA Form 3L afin de fabriquer des gabarits et des fixations en résine précis et robustes en une seule journée, avec une réduction des coûts et des délais pouvant atteindre 90 % par rapport aux méthodes précédentes.
Production rapide de gabarits et de fixations à faible coût pour la fabrication de pièces métalliques
Ce livre blanc présente une méthodologie pour l’utilisation d’imprimantes 3D afin de produire des gabarits, des fixations et d’autres outils pour le travail des métaux. Des études de cas en situation réelle montrent comment les imprimantes Formlabs créent des outils durables, précis et résistants à la chaleur, qui se comportent bien dans des environnements exigeants. Ce livre blanc explique comment les entreprises peuvent réduire les délais et les coûts de production jusqu’à 90 % tout en améliorant la personnalisation et la complexité des outils.
Réalisation de formes organiques et de géométries complexes
« Un gabarit à appliquer sur un tube serait presque impossible à réaliser par usinage mécanique en raison de sa forme organique. Réaliser ces modèles avec une méthode autre que l'impression 3D nécessiterait de nombreuses heures de travail. Si nous réalisions un gabarit en métal, il serait de qualité inférieure et beaucoup moins fiable. Cela représenterait un travail supplémentaire pour l'opérateur. L'impression 3D simplifie le processus. »
Taylor Smith, responsable de la conception technique et de l'ingénierie chez Red Oak Fabrication
L'usinage mécanique CNC peut limiter les géométries des gabarits réalisables. En revanche, les géométries organiques sont faciles à obtenir avec l'impression 3D. L'impression 3D résine peut être utilisée pour créer des caractéristiques internes complexes telles que des canaux, des contre-dépouilles et des structures creuses, et permet de réaliser des conceptions précises et complexes avec des épaisseurs de paroi d'environ 2 à 3 mm. De plus, la stéréolithographie est idéale pour les détails et les surfaces lisses, ce qui peut améliorer les performances et réduire les coûts.
Cette géométrie est complexe et présente une forme organique difficile à réaliser par usinage mécanique. Ce gabarit a réalisé des milliers de soudures et fonctionne toujours, même si, avec le temps, sa couleur est passée du blanc au noir en raison de sa proximité avec le point de soudure.
Production rapide de gabarits et de fixations à faible coût pour la fabrication de pièces métalliques
The Factory Amsterdam (TFA), un atelier d’usinage CNC axé sur l’automatisation, tire parti de la technologie SLS de Formlabs pour gagner en flexibilité et s’adapter plus rapidement aux besoins de ses clients. Ce webinaire donne un aperçu de la méthode étape par étape ainsi que des exemples pratiques avec l’analyse des coûts, les considérations de conception et les meilleures pratiques pour imprimer en 3D des gabarits & fixations et d’autres outils.
Gabarits pour l'impression 3D : réalisables en quelques jours et non en plusieurs mois, pour un dixième du coût
Le temps nécessaire pour concevoir et réaliser une fixation par usinage mécanique est toujours le même, quel que soit le nombre de pièces à produire. Pour Red Oak Fabrication, la production de gabarits pour les petits et moyens travaux nécessite le même temps et le même coût que ceux destinés aux travaux de plus grande envergure.
Cependant, grâce à l'impression 3D, Red Oak Fabrication a découvert qu'elle pouvait économiser près de 90 % de ses coûts et réduire le temps de production des gabarits de plusieurs mois à quelques jours. De plus, si des modifications de conception s'avèrent nécessaires, elles peuvent être facilement mises en œuvre et réalisées, sans perte de temps et à moindre coût.
Analyse des coûts des gabarits de soudage
| Méthode alternative | Impression 3D en interne | |
|---|---|---|
| Équipement | Machine CNC en interne | Form 3L, Rigid 10K Resin |
| Coût | 1000 € | 100 € |
| Délai | Mois | Jours* |
* Avec la Form 4L, la nouvelle génération de la Form 3L, l'impression de ces pièces prendrait quelques heures au lieu de plusieurs jours. En savoir plus sur la Form 4L ici.
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Que vous ayez besoin de prototyper à grande vitesse ou de produire des pièces finales, nous sommes là pour vous aider. L’équipe commerciale de Formlabs est composée de spécialistes dévoués qui savent exactement comment vous assister et répondre aux besoins de votre société.
Rigid 10K Resin : un matériau qui répond aux exigences de production
Le gabarit en zigzag soude 20 barres rondes le long d'un tube et est positionnée près du point de soudure, ce qui lui donne sa couleur noire.
Les opérations de soudage atteignent généralement des températures de quelques milliers de degrés Celsius, ce qui crée un environnement difficile pour les équipements en polymère. L'équipe a donc choisi d'imprimer avec Rigid 10K Resin, un matériau rigide chargé de verre offrant une température de fléchissement sous charge (TFC) de 238 °C @ 0,45 MPa qui était recommandé par Formlabs.
Comme les gabarits ne sont pas directement en contact avec la soudure et que la durée du traitement n'est que d'environ 10 secondes, les outils ne chauffent pas de manière excessive. Un certain noircissement se produit sur le matériau blanc, mais il n'affecte pas les performances. Toutefois, dans le boîtier d'un gabarit, il est possible d'en réimprimer un autre en quelques heures.
90 % des soudures sont réalisées en acier, le reste étant en aluminium et en acier inoxydable. Contrairement aux gabarits métalliques, les résidus de métal liquide qui se forment à partir des projections de métal fondu pendant le soudage n'adhèrent pas aux gabarits en plastique imprimés en 3D, qui n'ont donc pas besoin d'être nettoyés.
Remarque : pour les processus de soudage à basse température, tels que le soudage par ultrasons ou par points, les gabarits peuvent être imprimés en 3D avec Nylon 12 Powder sur les imprimantes 3D à frittage laser sélectif (SLS) de la série Fuse.
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Des gabarits à la hauteur de la tâche
Chez Red Oak Fabrication, la plupart des gabarits de soudage individuels sont utilisés plus de 1000 fois par mois. Les gabarits imprimés en 3D avec Rigid 10K Resin sont capables de résister à une telle fréquence d'utilisation.
Le gabarit à bras droit est composé de deux petites pièces imprimées en 3D fixées à une plaque en acier. Cette géométrie est complexe et présente des formes organiques difficiles à réaliser par usinage mécanique. En outre, l'équipe avait besoin de l'outil en un jour. Le gabarit est encore utilisable après environ 2000 soudures, malgré les marques laissées par des chocs accidentels avec certains outils.
Bouchons de protection avant (à gauche) et après (à droite) utilisation. Ils sont insérés à l'intérieur d'un demi-joint en acier avec des aimants pour protéger le filetage interne lors du soudage d'un tube. Cela empêche la soudure et les scories de pénétrer dans le demi-joint et d'endommager le filetage. Après avoir effectué environ 3000 soudures sur le gabarit, elles fonctionnent toujours.
Production rapide de fixations personnalisées pour le soudage grâce à l’impression 3D
Découvrez comment optimiser votre processus d’outillage pour accélérer le prototypage rapide et la production de petites séries de pièces métalliques grâce à des fixations de soudage rapides et modulables. Notre coordinateur de l’atelier d’usinage R&D partage les meilleures pratiques pour l’impression 3D de fixations de soudage, en couvrant les instructions de conception, l’analyse thermique de l’outil, des exemples concrets et une évaluation des coûts.
Commencez à imprimer en 3D des gabarits et des fixations
L'impression 3D a permis à Red Oak Fabrication de gagner du temps et de l'argent en facilitant la production de gabarits aux géométries complexes et aux formes organiques impossibles à obtenir avec l'usinage CNC. Le grand volume d'impression de l'imprimante 3D SLA Form 3L de Formlabs permet de réaliser des gabarits de grande taille en un seul projet ou plusieurs gabarits de petite taille, afin que plusieurs stations de soudage puissent commencer à travailler simultanément.
Découvrez d'autres études de cas et apprenez-en davantage sur l'impression 3D de gabarits et de fixations dans notre livre blanc. Vous pouvez également contacter notre service commercial pour nous présenter votre application spécifique.
