La fabrication additive est devenue une méthodologie de plus en plus populaire ces dernières années, les entreprises s'efforçant d'accroître l'efficacité de la production.
Selon Mordor Intelligence, l'industrie de la fabrication additive devrait atteindre 63,46 milliards de dollars d'ici 2026, l'innovation favorisant son adoption.
Si, historiquement, les fabricants se sont appuyés sur diverses techniques d'usinage pour produire des pièces et des composants, certains fabricants sont allés au-delà de cette méthode de production traditionnelle. L'une des principales technologies qu'ils ont adoptées est la fabrication additive.
Cette forme de fabrication fait appel à diverses techniques pour créer des produits en ajoutant de fines couches de matériau, ce qui donne un produit final imprimé en 3D.
Le processus implique une conception assistée par ordinateur (CAO) pour créer une version numérique du produit souhaité. Le logiciel forme des couches de section transversale du produit, fournissant les instructions numériques aux machines pour créer des produits 3D à partir du matériau préféré (thermoplastiques, métaux, céramiques, produits biochimiques, etc.) C'est pourquoi la fabrication additive est souvent appelée "impression 3D".
Lorsque la technologie a été mise au point, des formes moins avancées de cette technique étaient utilisées pour fabriquer des pièces uniques afin de guider le développement des produits - un processus connu sous le nom de prototypage rapide.
L'impression 3D et le prototypage rapide relèvent tous deux techniquement de la fabrication additive et sont simplement des techniques différentes qui intègrent la technologie d'impression 3D dans un cadre industriel. Examinons de plus près cette forme de fabrication de produits.
Types de procédés de fabrication additive
Au fil des ans, les fabricants ont beaucoup investi dans diverses techniques de fabrication additive pour fabriquer leurs produits. Ces différentes formes de fabrication additive comprennent :
L'extrusion de matériaux : Dans ce cas, les fabricants font passer des bobines d'un polymère thermoplastique dans une buse chauffée. Lorsque la buse se déplace sur la surface ou le plateau d'impression, elle extrude le polymère fondu en couches le long de la trajectoire dictée par la conception et le logiciel de CAO. Cette méthode est communément appelée modélisation par dépôt fondu (FDM) ou fabrication de filaments fondus (FFF) dans la fabrication additive.
Les couches sèchent au fur et à mesure que la buse ajoute du matériau, pour finalement former l'objet ou le produit requis. Dans certains cas, les couches ne dépendent pas du contrôle de la température pour adhérer et sécher ; le processus peut faire appel à des agents de liaison chimiques.
Fusion sur lit de poudre : Ce procédé englobe plusieurs techniques de fabrication additive qui font appel à une source d'énergie intensément concentrée dirigée dans un lit de matériau en poudre. Suivant les instructions du logiciel, l'énergie intense fait fondre ou sintériser le matériau, formant ainsi un produit solide.
Les techniques de fusion sur lit de poudre comprennent la fusion par faisceau d'électrons (EBM), le frittage direct par laser métallique (DMLS), le frittage par chaleur sélective (SHS) et le frittage sélectif par laser (SLS).
Jet de liant : Ce procédé de fabrication additive fait intervenir une tête d'imprimante, un matériau en poudre et un liant liquide. L'imprimante se déplace sur la couche de poudre, déposant l'agent de liaison liquide sur la position du produit.
La plateforme/étage s'élève, une autre couche de poudre est étalée et l'imprimante dépose davantage d'agent de liaison. Au final, l'article final repose solidement dans la poudre inutilisée.
Dépôt par énergie directe : Le DED utilise un laser, un faisceau d'électrons ou un arc plasma pour faire fondre le matériau à mesure qu'il est déposé sur le plateau de construction. Cette technique s'apparente à la soudure des matériaux pour former un objet 3D solide, mais à un niveau plus granulaire.
Photopolymérisation en cuve : Ce procédé de fabrication additive comprend des techniques de stéréolithographie, de traitement numérique de la lumière et de traitement numérique continu de la lumière. Il consiste à exposer des photopolymères à des rayons ultraviolets pour les solidifier. La méthode la plus courante de photopolymérisation en cuve est la stéréolithographie (SLA) qui utilise des lasers UV pour polymériser une résine liquide avec.
Les fabricants utilisent des miroirs pour exposer sélectivement différentes parties de la résine photopolymère afin de polymériser des couches successives, formant ainsi le produit 3D souhaité.
Stratification de feuilles : Ce procédé englobe la fabrication additive par ultrasons (UAM) et la fabrication d'objets laminés (LOM). La première est une technique à faible énergie et basse température qui utilise la soudure par ultrasons pour coller de fines couches de métal ensemble afin de former un objet.
Ce dernier utilise une alternance de couches de papier et d'adhésif pour créer un objet tangible, qui met généralement l'accent sur l'esthétique.
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Avantages de la fabrication additive
De grandes marques de fabrication dans divers secteurs ont adopté la fabrication additive dans différentes sphères de production. En effet, ce type de production d'articles offre plusieurs avantages, qui diffèrent sensiblement de la fabrication soustractive traditionnelle. Ces avantages sont les suivants :
Des conceptions de produits complexes : Les techniques de fabrication additive permettent aux fabricants de réaliser facilement des produits complexes. Dans le cadre traditionnel, les pièces aux conceptions complexes nécessiteraient généralement un assemblage manuel ou d'autres moyens de relier les pièces entre elles.
La fabrication additive est un moyen efficace de produire des articles complexes en 3D en un seul cycle, en utilisant un nombre illimité de matériaux différents.
Un temps de fabrication plus rapide : L'usinage et d'autres formes de fabrication nécessitent divers outils pour fabriquer un produit 3D relativement simple, ce qui rend le temps de production généralement plus long. En revanche, la fabrication additive permet de créer des articles en un seul cycle avec une seule imprimante, ce qui réduit le temps de production.
En outre, la fabrication additive ne nécessite qu'un fichier CAO en 3D pour lancer le processus, contrairement à la production traditionnelle, qui exige une configuration et une fabrication de matrices longues et fastidieuses.
Réduction des déchets : Le processus d'usinage traditionnel retire une quantité importante de matière de la pièce unique d'origine pour former le produit final. En revanche, la fabrication additive n'utilise que la quantité de matière nécessaire à la création de l'objet, ce qui réduit les déchets au minimum.
Quels domaines utilisent les techniques de fabrication additive ?
Les opérateurs d'un grand nombre d'industries manufacturières différentes utilisent la fabrication additive de diverses manières. Par exemple :
Lesfabricants de dispositifs médicaux utilisent l'impression 3D pour développer des produits à haute variance tels que les implants dentaires. En outre, des conceptions assistées par ordinateur peuvent être réalisées pour un patient spécifique, garantissant un ajustement plus confortable.
Dans l'industrie automobile, les techniques de fabrication additive ont dépassé le stade du prototypage rapide et sont désormais utilisées pour fabriquer des pièces automobiles solides et légères. Ainsi, les voitures haut de gamme peuvent obtenir des pièces en fibre de carbone plus légères et plus résistantes pour améliorer leurs performances.
L'industrie aérospatiale et de la défense utilise également la fabrication additive pour fabriquer des pièces légères et solides. Après tout, les avions et les navettes doivent résister aux forces excessives subies lors du décollage et du vol, et l'utilisation de pièces composites en couches imprimées en 3D est une excellente solution pour cet usage spécifique.
Les fabricants de produits discrets plus courants utilisent également les techniques de fabrication additive pour accélérer le développement et le prototypage des produits, réduisant ainsi le temps nécessaire pour faire passer un article du produit minimal viable à la production complète.
Comme nous l'avons vu tout au long de cet article, la fabrication additive est clairement une technologie qui offre des avantages significatifs dans différents cas d'utilisation, en fonction des besoins spécifiques d'un fabricant. Tulip travaille avec un certain nombre de fabricants qui utilisent sa plateforme d'opérations de première ligne pour aider à suivre et à gérer la production d'articles imprimés en 3D dans les fermes d'impression utilisées par Formlabs et les fabricants d'équipements originaux comme Stratasys.
En s'appuyant sur une plateforme comme Tulip, les fabricants qui utilisent la technologie d'impression 3D peuvent guider les opérateurs avec des flux de travail numériques, connecter et visualiser les données générées par les imprimantes 3D, suivre les statuts de production en temps réel et identifier les sources de problèmes de qualité pour favoriser l'amélioration continue.
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