Comment Steam Factory a réduit les délais et les coûts de production pour l’utilisation finale grâce à la Form 4L
Steam Factory LLC à Saint Paul, dans le Minnesota (États-Unis), offre des services de conception, d’ingénierie, de fabrication et d’impression 3D hautement personnalisables, dans le but de rendre la technologie de l’impression 3D accessible à tous. Rick Beddoe, ingénieur principal et PDG de Steam Factory, prend en charge toute une série de projets, collaborant avec les clients pour faire de leurs idées une réalité. Utilisateur de Formlabs depuis la Form 2, il imprime actuellement sur 15 imprimantes 3D différentes, dont 10 imprimantes Formlabs, notamment la Form 4, la Form 4L, la Form 3+, la Form 3L, et une Fuse 1.
Le vRad® Grip est un projet que Rick Beddoe a démarré en 2023 pour vRad®, une société offrant des services de radiologie. Le vRad Grip est un contrôleur hautement personnalisé pour les radiologues, avec une conception ergonomique et deux dimensions. Rick Beddoe a commencé par imprimer le dispositif d’utilisation finale sur la Form 3 et la Form 3L, mais au cours de l’année 2024, a effectué une transition de la fabrication vers la Form 4 et la Form 4L. En passant de la Form 3/L à la Form 4/L, Rick Beddoe a pu augmenter son rendement de plus de 4 fois et réduire le coût par pièce de 10 à 15 %, tout en raccourcissant les délais de production et en diminuant les coûts par rapport à la fabrication par moulage par injection.
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Impression 3D vs. moulage par injection
Diminution des coûts et raccourcissement des délais
Le vRad® Grip a une forme ergonomique – il est organique, nécessite de l’espace pour les boutons et se compose de deux pièces imprimées en 3D. L’impression 3D stéréolithographique (SLA) peut facilement produire des formes organiques avec des géométries complexes et de petites ouvertures, ce qui la rend idéale pour des pièces telles que le vRad® Grip.
vRad® souhaitait disposer d’un stock de sécurité initial d’environ 500 unités, puis de 30 à 40 unités par mois. L’outil nécessaire au moulage par injection aurait probablement été fabriqué à l’étranger et un devis a été établi pour un montant d’environ 70 000 dollars. Cette solution serait rentable pour des volumes plus importants (de l’ordre de 100 000 pièces), mais il s’agissait d’un volume beaucoup plus important que celui requis, ce qui signifiait que vRad® serait enfermé dans une conception unique. Les produits finis évoluent en fonction des retours des utilisateurs finaux. La flexibilité de la conception permet à vRad® d’appliquer ce retour d’information et d’améliorer le produit au fil du temps.
Selon Rick Beddoe, « le principal gain de temps est lié aux délais de production ». Pour le moulage par injection, les commandes doivent être passées deux à trois semaines avant que les pièces ne soient nécessaires, et une commande initiale peut prendre trois à quatre mois en raison de la durée nécessaire pour créer le moule. En revanche, l’impression de pièces en 3D prendrait des heures au maximum. Selon Rick Beddoe, « Le moulage par injection est perdant lorsqu’il s’agit de petites séries. L’utilisation de l’équipement de Formlabs nous a permis de conserver toute la fabrication à proximité du client, pour une diminution des délais de production et un meilleur contrôle de la production ».
L’impression avec les imprimantes 3D SLA de Formlabs permet également à Rick Beddoe d’obtenir les surfaces lisses et les tolérances serrées que l’on attendrait d’un moulage par injection.
« Pour nous, l’apparence est très importante. Nous imprimons en fait un modèle "semblable à du cuir" dans la pièce ainsi qu’un modèle moleté pour lui donner de la texture. Les pièces lisses sont parfaites, mais la résolution de la Form 4 est si bonne que nous pouvons capturer des détails subtils comme le grain du cuir. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
Paramétrage des pièces
La mise au point de la pièce n’a pas été sans obstacles. La production de pièces d’utilisation finale avec l’impression 3D SLA exige que les pièces soient configurées de manière optimale, notamment en ce qui concerne l’orientation des pièces et les supports qui garantissent une impression réussie placée sur des surfaces qui n’ont pas besoin d’être impeccables. Rick Beddoe utilise PreForm, le logiciel PreForm de Formlabs, pour configurer les pièces à imprimer. Il explique que « le plus grand défi pour le vRad® Grip a été d’obtenir une géométrie parfaite sur la plateforme de fabrication ». Il s’agissait d’apporter des ajustements à la conception du fichier en CAO avant de l’importer dans PreForm pour l’impression. Il ajoute, « nous ne voulions pas d’un tas d’artefacts d’assistance Formlabs sur la surface ergonomique ». La recherche de l’orientation optimale de la pièce et l’ajout d’une texture à la surface ont finalement « très bien fonctionné et les appareils ont désormais une très belle apparence », explique Rick Beddoe.
« Les améliorations apportées par PreForm ont permis d’identifier plus facilement les zones problématiques potentielles. Nous avons également ajouté des structures supplémentaires à l’intérieur de la pièce. Finalement, tout a fonctionné parfaitement. Nous avons livré avec succès environ 300 unités avec très peu d’échecs, voire aucun. Surtout sur la Form 4/4L. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
La personnalisation rendue possible
« L’un des plus grands avantages de l’impression 3D est la possibilité de modifier la conception à tout moment. Il peut s’agir de changements subtils comme l’ajout de caractéristiques internes supplémentaires pour rendre l’assemblage plus efficace ou la modification de la texture. Nous sommes en mesure d’apporter toutes les modifications dont ils ont besoin sans qu’il y ait d’interruption dans la production. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
Un avantage supplémentaire de l’impression 3D est apparu lorsque les boutons du vRad® Grip ont été confrontés à d’importantes augmentations du délai de production. Rick Beddoe a pu revoir le composant électrique et imprimer les boutons en 3D. Il précise : « Cela a en fait permis de réduire considérablement le coût de nos pièces et de donner à l’appareil un bien meilleur aspect ».
Pour le vRad® Grip, la possibilité de personnaliser les pièces a été pleinement exploitée. Il s’agit d’un numéro de pièce et de version, ainsi que de quelques mots imprimés au bas de l’appareil. En outre, les poignées vRad® peuvent être produites pour des mains de différentes dimensions et pour les gauchers, ce que de nombreuses sociétés renoncent à faire en raison du coût de production des moules.
Fiabilité de la Form 4 et d’autres imprimantes 3D résine testée de manière indépendante
Une importante société indépendante de test de produits a mesuré un taux de réussite d’impression de 98,7 % pour la Form 4 de Formlabs. Lisez une description complète de la méthodologie d’essai et consultez les résultats dans notre livre blanc.
Les avantages d’une mise à niveau vers les imprimantes 3D de la série Form 4
« La vitesse de la Form 4 par rapport à la Form 3 est tout simplement spectaculaire. Et même si le volume d’impression n’est que légèrement plus important, pour le dispositif vRad® Grip, cela a changé radicalement la donne. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
L’extérieur du vRad® Grip est imprimé sur les imprimantes 3D de Formlabs. Rick Beddoe a constaté que l’impression sur une Form 4L coûte 25 % de moins que sur une Form 3L.
Rick Beddoe a commencé la production du vRad® Grip sur la Form 3 et la Form 3L. Mais en passant à la Form 4, puis à la Form 4L, il a découvert qu’il pouvait augmenter son rendement non seulement grâce à la vitesse d’impression accrue de la technologie Low Force Display™ (LFD), mais aussi grâce à un volume d’impression plus important. En effet, la Form 4 a un volume d’impression 30 % plus important que la Form 3+, tandis que la Form 4L a un volume d’impression 13 % plus important que la Form 3L. Cette augmentation permet à Rick Beddoe de placer plus de pièces dans une seule fabrication, pour des augmentations significatives du rendement.
| Imprimante | Quantité | Temps d’impression |
|---|---|---|
| Form 3L | 2 ensembles | 38 h |
| Form 4L | 3 ensembles | 9 h |
| Form 4 | 2 ensembles (dimensions réduites) | 4 h 30 min |
En outre, Rick Beddoe estime que « les bacs de la Form 4 surpassent ceux de la Form 3 et durent plus longtemps ». Il affirme également que la technologie de stéréolithographie masquée (MSLA) de la Form 4 est plus robuste que celle de la Form 3+ en raison du nombre réduit de parties mobiles et, par conséquent, de points d’échec potentiels.
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De nouvelles résines permettent de réduire les coûts et d’améliorer les finitions
« Les nouveaux matériaux sont phénoménaux. La nouvelle Clear Resin V5 est limpide et très cool une fois polie. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
La sortie de la Form 4 a ouvert la possibilité de développer des résines optimisées pour l’impression sur le nouveau matériel, notamment les nouvelles Résines standard. Outre le fait que Clear Resin V5 est plus claire et moins jaune que Clear Resin V4, Rick Beddoe précise que « Black Resin V5 est plus foncée. Elle présente également une brillance intéressante que l’on ne peut voir que lorsque la lumière l’éclaire correctement. Cela lui confère un aspect beaucoup plus complet. Elle semble également mieux se nettoyer au lavage que la V4. Je n’ai pas besoin d’autant de supports avec la V5 et les points de contact sont plus petits, ce qui facilite le retrait des supports. »
Outre l’aspect esthétique, le coût des résines standard V5 démarre à 99 €/l, avec des remises supplémentaires pour les commandes en gros. Cela signifie que l’impression sur les imprimantes 3D de la série Form 4 avec les nouvelles résines est nettement plus rentable pour la production.
« Les pièces imprimées coûtent 25 % de moins à imprimer sur la Form 4L que lorsque nous imprimions sur les Form 3L. C’est la combinaison d’un coût de matériau plus faible et de vitesses plus élevées. »
Rick Beddoe, ingénieur principal/PDG, Steam Factory Design and Development
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Évolutivité
Maintenant que Steam Factory produit de manière fiable le vRad® Grip, vRad® envisage d’ajouter des fonctionnalités. Grâce à l’impression 3D, cela est facile par rapport au moulage par injection. Rick Beddoe précise : « Nous pouvons ajouter des boutons supplémentaires, des lumières ou toute autre fonction sans interruption ».
En plus de continuer à développer le vRad® Grip, Rick Beddoe est en train d’adapter Steam Factory, en ajoutant un lieu près du campus Twin Cities de l’université du Minnesota (États-Unis) pour offrir des services d’impression 3D, des séminaires et des cours aux étudiants et aux chercheurs.
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