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Les avantages de l'impression 3D

Written by Ben Redwood

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The Advantages of 3D Printing

Introduction

L'impression 3D permet de créer des pièces une couche à la fois. Cette méthode offre de nombreux avantages par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles (par exemple l'usinage CNC), dont les plus importants, s'appliquant à l'ensemble de l'industrie, sont couverts dans cet article.

Il est peu probable que l'impression 3D remplace de nombreuses méthodes de fabrication traditionnelles, mais il existe de nombreuses applications dans lesquelles une imprimante 3D est capable de produire une pièce rapidement, avec une grande précision dans une matière tout à fait fonctionnelle.

Comprendre les avantages de l'impression 3D permet aux concepteurs de prendre de meilleures décisions lors du choix d'un procédé de fabrication et leur permet de fournir un produit optimal.

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Impression 3D en ligne Impression 3D en métal

Vitesse

L'un des principaux avantages de la fabrication additive est la vitesse à laquelle les pièces peuvent être produites par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Les conceptions complexes peuvent être téléchargées à partir d'un modèle CAO et imprimées en quelques heures. Les avantages de cette méthode sont la vérification et le développement rapide des idées de conception.

Alors que dans le passé, il fallait parfois des jours, voire des semaines, pour recevoir un prototype, la fabrication additive place un modèle entre les mains du concepteur en quelques heures. Alors que les machines de fabrication additives industrielles prennent plus de temps pour imprimer et post-traiter une pièce, la possibilité de produire des pièces finales fonctionnelles en faibles ou moyens volumes offre un énorme gain de temps par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles (souvent, le délai de réalisation d'un moule à injection seul peut être de plusieurs semaines).

Un support fonctionnel personnalisé imprimé en 3D avec du nylon SLS.

Fabrication en une seule étape

L'une des plus grandes préoccupations d'un concepteur est de savoir comment fabriquer une pièce le plus efficacement possible. La plupart des pièces nécessitent un grand nombre d'étapes de fabrication pour être produites par des technologies traditionnelles. L'ordre dans lequel ces étapes se déroulent affecte la qualité et la faisabilité de la fabrication de la pièce.

Prenez par exemple un support en acier spécifique qui est fabriqué selon des méthodes de fabrication traditionnelles :

Comme pour la fabrication additive, le processus commence par un modèle de CAO. Une fois la conception finalisée, la fabrication commence par la découpe des pièces en acier. Ces éléments sont ensuite fixés en position et soudés un par un pour former le support. Parfois, il faut réaliser un gabarit sur mesure pour s'assurer que tous les éléments sont correctement alignés. Les soudures sont ensuite polies pour donner une bonne finition de surface. Ensuite les trous sont percés pour permettre de fixer le support au mur. Enfin, le support est sablé, apprêté et peint selon l'apparence finale souhaitée.

Les machines de fabrication additives accomplissent la fabrication complète en une seule étape, sans aucune interaction de la part de l'opérateur de la machine pendant la phase de réalisation. Dès que la conception CAO est finalisée, elle peut être téléchargée sur la machine et imprimée en une seule étape en quelques heures.

La possibilité de produire une pièce en une seule étape réduit considérablement la dépendance à l'égard de différents procédés de fabrication (usinage, soudage, peinture) et donne au concepteur un plus grand contrôle sur le produit final.

Le processus d'impression 3D (rouge) par rapport au processus de fabrication traditionnel (noir).

Coût

Le coût de fabrication peut être divisé en trois catégories : les coûts de fonctionnement des machines, le coût des matières première et les coûts de main-d'œuvre.

Coûts de fonctionnement des machines : la plupart des imprimantes 3D de bureau utilisent la même quantité d'énergie qu'un ordinateur portable. Les technologies de fabrication additives industrielles consomment une grande quantité d'énergie pour produire une seule pièce. Toutefois, la capacité à produire des géométries complexes en une seule étape se traduit par une efficacité et une vitesse de réalisation accrues. Les coûts de fonctionnement des machines sont généralement ceux qui contribuent le moins au coût global de fabrication.

Coûts de la matière première : le coût des matières premières en fabrication additive varie considérablement selon la technologie. Les imprimantes de bureau FDM utilisent des bobines de filament qui coûtent environ 25 euros le kg, tandis que l'impression SLA nécessite une résine qui se vend environ 150 euros le litre. La gamme de matériaux disponibles pour la fabrication additive rend difficile la comparaison avec la fabrication traditionnelle. La poudre de nylon utilisée dans le procédé SLS coûte environ 70 euros le kg, tandis que des granulés de nylon comparables utilisés dans le moulage par injection peuvent être achetés pour seulement 2 à 5 euros le kg. Le coût de la matière première est le principal facteur qui contribue au coût d'une pièce réalisée en fabrication additive.

Les coûts de main-d'œuvre : 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 majorité des imprimantes 3D ne nécessitent qu'un opérateur pour appuyer sur un bouton. La machine suit ensuite un processus entièrement automatisé pour produire la pièce. Par rapport à la fabrication traditionnelle, qui requiert généralement des mécaniciens et des opérateurs hautement qualifiés, les coûts de main-d'œuvre pour une imprimante 3D sont presque nuls.

La fabrication additive en faibles volumes est très compétitive en termes de coûts par rapport à la fabrication traditionnelle. Pour la production de prototypes permettant de vérifier la forme et l'ajustement d'une pièce, elle est nettement moins chère que d'autres méthodes de fabrication alternatives (par exemple, le moulage par injection) et est souvent compétitive pour la fabrication de pièces fonctionnelles uniques. Les techniques de fabrication traditionnelles deviennent plus rentables à mesure que le volume augmente et que les coûts de mise en route élevés sont justifiés par les grands volumes de production.

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Impression 3D en Plastique Impression 3D en Métal

Réduction des risques

La commande d'un prototype défectueux coûte du temps et de l'argent au concepteur. Même de petits changements dans un moule ou une méthode de fabrication peuvent avoir un impact financier important.

Le fait de pouvoir vérifier une conception en imprimant un prototype prêt pour la production avant d'investir dans des équipements de fabrication coûteux (par exemple, des moules ou des outils et des gabarits) élimine le risque pendant le processus de prototypage. Cela permet de renforcer la confiance dans sa propre conception avant de réaliser les investissements importants nécessaires à la production en série.

Complexité et liberté de conception

Les restrictions imposées par la fabrication traditionnelle en termes de faisabilité ne sont généralement pas pertinentes pour la fabrication additive. Comme les pièces sont construites une couche à la fois, les exigences de conception telles que les angles de dépouille, les contre-dépouilles et l'accès des outils ne s'appliquent pas, lors de la conception des pièces à imprimer en 3D.

Bien qu'il existe certaines restrictions quant à la taille minimale des éléments pouvant être imprimés avec précision, la plupart des limites de la fabrication additive portent sur la manière d'orienter une impression de manière optimale afin de réduire la dépendance à un support et la probabilité d'échec de l'impression. Cela donne aux concepteurs une grande liberté de conception et permet de créer facilement des géométries très complexes.

Des conceptions complexes peuvent facilement être produites par certaines technologies d'impression 3D.

Personnalisation

Non seulement l'impression 3D permet une plus grande liberté de conception, mais elle permet également une personnalisation complète des conceptions. Étant donné que les technologies actuelles de fabrication additives excellent dans la fabrication de pièces uniques, elles conviennent parfaitement pour la production unitaire.

Ce concept a été adopté par l'industrie médicale et dentaire pour la fabrication de prothèses, d'implants et d'appareils dentaires sur mesure. De l'équipement sportif de haut niveau adapté à un athlète, aux lunettes de soleil et aux accessoires de mode personnalisés, la fabrication additive permet une production rentable de pièces personnalisées en une seule série.

Écouteurs personnalisables imprimés en 3D conçus par Print+

Facilité d'accès

Bien que la fabrication additive existe depuis plus de 30 ans, la majeure partie de la croissance a eu lieu depuis 2010. L'arrivée massive des imprimantes 3D dans l'industrie, facilita considérablement l'accès des concepteurs à la technologie de fabrication additive.

Rien qu'en 2015, plus de 278 000 imprimantes de fabrication additive d'une valeur inférieure à 5 000 euros ont été vendues dans le monde. Et le nombre d'imprimantes vendues a constamment doublé depuis. Ce qui était à l'origine une technologie de niche accessible seulement à un petit segment de l'industrie manufacturière est maintenant une méthode de production de pièces facilement disponible et compétitive en termes de coûts, utilisée par un large éventail d'industries.

Nombre d'imprimantes de moins de 5 000 $ vendues dans le monde par an - rapport Wohlers 2015

Durabilité

Les méthodes de fabrication soustractives, telles que le fraisage ou le tournage CNC, enlèvent une quantité importante de matière d'un bloc initial, ce qui entraîne des volumes élevés de déchets.

Les méthodes de fabrication additive n'utilisent généralement que la matière nécessaire à la construction d'une pièce. La plupart des procédés utilisent des matières premières qui peuvent être recyclées et réutilisées pour plusieurs constructions. Par conséquent, la fabrication additive produit très peu de déchets.

Accessoires Fairphone imprimés en 3D fabriqués à la demande à partir de fibres de bois recyclées

L'augmentation du nombre de machines de fabrication additive dans le monde a également eu un impact sur la distance à laquelle les pièces sont expédiées :

Comme les imprimantes 3D de bureau demandent une courbe d'apprentissage relativement courte pour fonctionner avec succès, il n'est pas nécessaire d'envoyer les modèles à un expert pour les fabriquer. De plus, l'impact sur l'environnement d'un système de fabrication additive industriel est beaucoup plus faible que celui d'un système de fabrication traditionnel.

C'est pourquoi des services professionnels d'impression en 3D sont créés dans le monde entier, même dans des endroits où le coût du terrain est élevé (par exemple à Londres ou à New York). La réduction des besoins en matière de transport maritime a un impact positif sur l'environnement. Ceci, associé à la possibilité d'imprimer et de produire des pièces de rechange sur place, se traduit par une empreinte carbone beaucoup plus faible pour la plupart des pièces produites par la fabrication additive.

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