Ce n’est pas surprenant que l’impression 3D métallique soit un sujet brûlant depuis un certain temps, compte tenu du potentiel de la technologie. Quels facteurs influencent le prix des commandes d’impression 3D métallique ? Il est compréhensible que la taille et la géométrie des pièces affectent les prix de l’impression 3D métallique, mais il existe également d’autres facteurs pouvant les influencer. La fabrication additive métallique (AM) est parfois mal comprise par les concepteurs et les ingénieurs, ce qui les dissuade de poursuivre cette technologie.
La production industrielle est en pleine transformation grâce à la fabrication additive. Il existe diverses méthodes et matériaux pour imprimer des métaux en 3D. En général, les imprimantes 3D métalliques représentent la majorité des coûts de l’impression 3D, le reste étant réparti entre les matières premières, le travail, la préparation et le post-traitement.
Une Brève Histoire de l’Impression 3D Métallique
À la fin des années 1980, le Dr Carl Deckard de l’Université du Texas a développé la première imprimante 3D à frittage laser pour plastiques. Grâce à ce développement, l’impression 3D métallique est devenue possible. Le premier brevet pour la fusion laser des métaux a été déposé en 1995 par l’Institut Fraunhofer en Allemagne. Des entreprises comme EOS et de nombreuses universités ont dirigé le développement de ce processus. En 1991, le Dr Ely Sachs du MIT a introduit un processus d’impression 3D aujourd’hui mieux connu sous le nom de Binder Jetting. Le Binder Jetting de métal a ensuite été concédé sous licence à ExOne en 1995. L’impression 3D métallique a connu une croissance lente mais régulière dans les années 2000. Cela a changé après 2012 lorsque les brevets originaux ont commencé à expirer et que de gros investissements ont été réalisés par des entreprises comme GE, HP et DM. Aujourd’hui, le rapport de Wohler estime que l’impression 3D métallique représente un marché de 720 millions de dollars et croît rapidement. Les ventes d’imprimantes 3D métalliques ont augmenté de 80 % en 2017.
Impression 3D Métallique vs Fabrication Traditionnelle
Lorsqu’il s’agit de choisir entre l’impression 3D métallique et une technologie soustractive (usinage CNC) ou formative (moulage des métaux), il est toujours nécessaire de réaliser une analyse Coût vs Performance. Le coût de fabrication est généralement déterminé par le volume de production, tandis que la performance d’une pièce est largement déterminée par sa géométrie.
L’impression 3D métallique est particulièrement adaptée aux pièces avec des géométries complexes et optimisées. En d’autres termes, elle est idéale pour fabriquer des pièces haute performance. Cependant, elle ne se prête pas aussi bien que l’usinage CNC ou le moulage des métaux à des volumes élevés.
En général :
Le coût élevé de l’impression 3D métallique ne peut être justifié financièrement que si cela entraîne une augmentation de la performance ou de l’efficacité opérationnelle.
Diverses exigences industrielles sont satisfaites par différents processus d’impression 3D métallique. Voici quelques lignes directrices générales pour vous aider à décider quel processus est le mieux adapté à vos besoins :
- DMLS/SLM : Pour augmenter l’efficacité des applications les plus exigeantes, DMLS/SLM est la meilleure solution pour les pièces avec une complexité géométrique élevée (structures organiques, optimisées topologiquement).
- Binder Jetting : Pour les petites et moyennes séries, le Binder Jetting est économiquement plus avantageux pour les pièces avec des géométries qui ne peuvent pas être fabriquées efficacement par des méthodes soustractives et pour les petites pièces, le Binder Jetting est la meilleure alternative.
- Extrusion Métallique : L’extrusion métallique est la meilleure option pour le prototypage et la fabrication de pièces métalliques uniques avec des géométries complexes qui nécessiteraient sinon une machine CNC à 5 axes.
Avantages et Limitations de l’Impression 3D Métallique
Comprendre que l’impression 3D métallique présente de nombreux avantages uniques est essentiel. Cependant, ses limitations ne la rendent pas toujours la meilleure option pour la fabrication de pièces métalliques.
Avantages de l’Impression 3D Métallique
Complexité Géométrique sans Coût Supplémentaire
Sa flexibilité de conception exceptionnelle est le plus grand avantage de l’impression 3D métallique par rapport à la fabrication « traditionnelle ». Les géométries qui ne peuvent pas être fabriquées par d’autres moyens (comme un moule ou un outil de découpe) peuvent facilement être imprimées en 3D puisque aucun outillage spécifique n’est nécessaire. De plus, si une pièce a une complexité géométrique accrue, le coût de fabrication ne augmente pas. Ainsi, les structures organiques et optimisées topologiquement peuvent être imprimées sur des pièces métalliques pour améliorer considérablement leurs performances.
Structures Légères Optimisées
La flexibilité de conception et la structure légère vont de pair avec l’impression 3D métallique. En suivant les meilleures pratiques de conception pour l’impression 3D métallique, des solutions légères sont toujours possibles. Les techniques CAD avancées, telles que l’optimisation topologique et la conception générative, sont généralement utilisées à cet effet. En conséquence, les pièces sont à la fois plus légères (généralement de 25 à 50 %) et plus rigides. Cela est important pour les applications haut de gamme dans des industries telles que l’aviation et l’aérospatiale.
Fonctionnalité Accrue des Pièces
Les pièces avec des structures internes peuvent être fabriquées avec l’impression 3D métallique puisque l’accès aux outils n’est pas un problème. Les canaux internes pour le refroidissement conformal, par exemple, sont un excellent moyen d’augmenter la performance d’une pièce. Les noyaux de moulage par injection fabriqués avec DMLS/SLM et un refroidissement conformal peuvent réduire les cycles d’injection jusqu’à 70 %. Ajouter de l’extrusion métallique à la fonctionnalité d’un composant est une autre façon d’augmenter sa fonctionnalité. Ce processus permet de créer des gabarits et des fixations personnalisés lorsque nécessaire, augmentant ainsi l’efficacité des autres processus industriels sur le site de production.
Fusion des Assemblages en Une Seule Pièce
Une autre force de l’impression 3D métallique est sa capacité à fusionner un assemblage en une seule pièce. Cela élimine le besoin de fixations et crée des pièces pouvant effectuer plusieurs fonctions simultanément. Les coûts de main-d’œuvre et les délais sont également réduits, ainsi que les besoins en maintenance et en service. Une autre façon de créer des structures légères est de réduire le nombre de pièces.
Chaînes d’Approvisionnement de Fabrication Simplifiées
Il peut falloir 20 processus ou plus pour fabriquer une pièce à géométrie complexe en utilisant des méthodes « traditionnelles », même si elle peut être fabriquée avec ces méthodes. L’impression 3D métallique est une option de fabrication viable dans ces cas. Le Binder Jetting, par exemple, peut réduire le nombre total d’étapes à cinq ou moins (y compris le post-traitement et la finition). De cette manière, la chaîne d’approvisionnement en fabrication est simplifiée.
Excellentes Propriétés Matériaux
Contrairement à l’impression 3D de plastiques, les pièces fabriquées avec DMLS/SLM ou le Binder Jetting ont un comportement mécanique plus isotrope. De plus, leur résistance matérielle est comparable à celle des métaux travaillés (et dans certains cas même meilleure). Par conséquent, les pièces imprimées en 3D métallique ont trouvé des applications dans les industries les plus exigeantes, telles que l’aérospatiale. Il est cependant important de noter que les pièces imprimées en 3D ont généralement une résistance à la fatigue inférieure. La rugosité de surface et la porosité interne (typiquement, les pièces DMSL/SLM ont * 0,2 % de porosité et les pièces Binder Jetting ont * 2 % de porosité) jouent un rôle à cet égard.
Limitations de l’Impression 3D Métallique
Coût Plus Élevé que la Fabrication Traditionnelle
Le coût de l’impression 3D métallique est aujourd’hui très élevé par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Une pièce typique en DMLS/SLM coûtera environ 5 000 à 10 000 dollars à imprimer et à finir. L’utilisation de l’impression 3D métallique est économiquement viable uniquement si elle est associée à des améliorations substantielles de la performance. Cependant, des solutions d’impression 3D métallique abordables sont en demande. Dans un avenir proche, les nouveaux systèmes d’extrusion métallique de banc et les systèmes de Binder jetting de production pourraient combler cette lacune.
Économies d’Échelle Limitées
En termes de grands volumes, l’impression 3D métallique n’est pas encore en mesure de rivaliser avec la fabrication traditionnelle. L’absence d’outillage personnalisé entraîne un faible coût de démarrage, mais signifie également que les coûts de fabrication totaux ne sont pas significativement affectés par le volume de production. Cela signifie que le prix unitaire reste presque inchangé pour des quantités plus élevées, et les économies d’échelle ne peuvent pas être réalisées. Cependant, l’industrie travaille vers des systèmes d’impression 3D métallique capables de rationaliser la production. Actuellement, des machines DMLS/SLM avec plusieurs lasers et des systèmes de Binder Jetting capables de production continue sont introduits sur le marché.
Un Ensemble Unique de Règles de Conception
Concevoir des pièces imprimées en 3D métallique suit un ensemble de règles différent de la fabrication « traditionnelle ». En conséquence, les conceptions existantes doivent souvent être redessinées. De plus, les outils fournis par les anciens logiciels CAD peuvent ne pas être suffisants pour tirer pleinement parti des avantages de l’impression 3D métallique. Dans la dernière section de ce guide, vous trouverez une description détaillée des principales considérations de conception, des outils CAD avancés et des règles de conception pour l’impression 3D métallique.
Post-traitement Presque Toujours Nécessaire
Les pièces imprimées en 3D métallique nécessiteront presque toujours un post-traitement avant d’être prêtes à l’emploi. Cela augmentera le coût global et le délai de livraison. Pour produire la pièce finale, des traitements thermiques, de l’usinage, du polissage et d’autres méthodes de finition sont presque toujours nécessaires, indépendamment de la technologie choisie. Dans les sections suivantes, nous verrons plus de détails sur les étapes de post-traitement requises pour chaque technologie.
Fusion de Lit de Poudre Métallique 3D
La méthode d’impression 3D métallique la plus populaire est la fusion de lit de poudre métallique. Le frittage laser sélectif est connu sous le nom de SLS. Un laser haute puissance est utilisé pour friter la poudre métallique en une structure solide.
Tout d’abord, la machine dépose une fine couche de poudre métallique sur la plateforme de construction. En chauffant la poudre juste en dessous de son point de fusion, le laser sera capable de créer un modèle solide à partir de celle-ci. Après un long processus de superposition, votre prototype est enfin complet ! La poudre restante soutiendra la structure au fur et à mesure de sa construction et peut être réutilisée pour des projets futurs. Une fois terminé, la structure refroidira dans la machine pour éviter la déformation et optimiser ses propriétés mécaniques.
Le post-traitement est bien sûr nécessaire. La poudre excédentaire doit être retirée et la pièce doit être séparée. Pour traiter davantage la pièce, vous pouvez utiliser des techniques de roulage ou de sablage. Le frittage laser direct (DMLS) ou la fusion laser sélective (SLM) sont d’autres noms pour ce processus. Quel que soit le nom, cette technique lie sélectivement les particules métalliques une à une à l’aide de lasers. Le coût moyen d’une imprimante SLS ou SLM est de 550 000 dollars, mais il peut atteindre 2 000 000 dollars en fonction des fonctionnalités choisies !
Dépôt d’Énergie Dirigée (DED)
Le dépôt d’énergie dirigée, également connu sous le nom de DED, est un autre type d’impression 3D métallique. Étant donné que la poudre métallique est poussée à travers une buse spéciale, cette méthode peut être comparée à l’extrusion de filament. Le métal sous forme de fil peut également être utilisé, car il peut également être poussé à travers la buse. Contrairement au SLS, qui fritte le matériau sur le lit d’impression, le DED solidifie le matériau au fur et à mesure qu’il est déposé à l’aide d’un laser. Il possède également un laser qui fait fondre le matériau sur le lit d’impression pendant que le bras robotisé le dépose. Les machines SLS sont connues pour leur grande quantité de déchets de matériau, donc ce processus augmente la vitesse et l’efficacité de l’impression 3D.
Pour éviter l’oxydation indésirable et maximiser le contrôle, tout le processus doit également se dérouler dans une chambre scellée remplie de gaz inerte. Les machines DED sont idéales pour réparer des pièces ou construire des objets métalliques de grande taille. De plus, sa vitesse d’impression élevée la rend idéale pour fabriquer de grands volumes de pièces. Cependant, elle sacrifie la qualité de surface et la finition. Ce n’est pas nécessairement une option bon marché, car la plupart des machines DED coûtent plus de 500 000 dollars !
Extrusion de Filament Métallique
Une imprimante 3D métallique utilisant l’extrusion de filament est également une option. Chauffer le matériau métallique, ou filament, permet de le traiter à travers des buses. Au lieu de la poudre métallique dangereuse utilisée dans les options précédentes, ce filament est composé de particules métalliques mélangées avec un agent liant. En d’autres termes, il est facile à manipuler et sûr à utiliser, mais nécessite des étapes de post-traitement supplémentaires. Pour atteindre sa forme finale, il doit subir une désagrégation et un frittage.
Une machine moyenne de ce type coûte environ 140 000 dollars avec les outils de post-traitement inclus. Bien que le prix d’une machine plus grande et plus avancée puisse grimper beaucoup plus haut, comme pour tout choix.
Jetage de Matériaux et Jetage de Liant
Vous pouvez considérer ces machines comme des imprimantes à jet d’encre – elles pulvérisent du métal sur la surface de construction, et une fois qu’il durcit, une autre couche d’encre métallique est ajoutée. Le Binder Jetting utilise le même principe, sauf qu’un liant liquide est également appliqué aux matériaux métalliques. Le processus est couche par couche, donc il faut du temps pour le compléter. En conséquence, le prototype que vous construisez sera très fragile jusqu’à ce que toutes les étapes de post-traitement soient terminées. Le frittage et l’infiltration le transformeront de son état vert en une pièce métallique plus solide. Avec ce processus, vous pouvez utiliser plus de matériaux que le métal en raison de la technologie unique. Le sable ou les céramiques sont d’excellentes options pour ceux qui sont intéressés par ces sujets.
Vous pouvez vous attendre à débourser 400 000 dollars ou plus pour un système de jetage de liant métallique.
Qu’est-ce que l’impression 3D DMLS/SLM ?
Deux technologies d’impression 3D métallique par fusion de lit de poudre sont le DMLS (Direct Metal Laser Sintering) et le SLM (Selective Laser Melting). Le SLM et le DMLS ont très peu de différences pratiques. Par conséquent, ils peuvent être considérés comme une seule technologie.
Couche par couche, ils utilisent des lasers haute puissance pour lier les particules de poudre métallique ensemble. En raison des températures extrêmement élevées, le SLM atteint une fusion complète, tandis que le DMLS provoque la fusion des particules métalliques à un niveau moléculaire. Les alliages métalliques peuvent être utilisés en DMLS, mais seuls certains matériaux métalliques (purs) peuvent être utilisés en SLM.
Comment fonctionne le DMLS/SLM ?
Les étapes impliquées dans l’impression 3D avec DMLS et SLM sont les suivantes :
Tout d’abord, la chambre de construction est remplie de gaz inerte puis chauffée à la température optimale pour l’impression. La plateforme de construction est recouverte d’une fine couche de poudre métallique (typiquement 50 microns). Le laser scanne la section transversale de la pièce et lie sélectivement les particules métalliques.
Après que toute la zone a été scannée, la plateforme de construction descend d’une couche et le processus se répète jusqu’à ce que l’ensemble de la construction soit complet.
Après l’impression, la construction doit refroidir avant que la poudre libre puisse être extraite. L’étape d’impression 3D n’est que le début du processus DMLS/SLM. Après que l’impression soit terminée, des étapes supplémentaires (obligatoires ou optionnelles) de post-traitement doivent être effectuées avant que les pièces ne puissent être utilisées. Les étapes de post-traitement requises comprennent :
- Détente des Contraintes : En raison des températures de traitement très élevées pendant l’impression, des contraintes internes se développent. Avant toute autre opération, celles-ci doivent être éliminées par un cycle thermique.
- Retrait des Pièces : Le SLM/DMLS soude essentiellement les pièces à une plateforme de construction. Ici, des scies à bande ou des coupe-fils sont utilisées.
- Retrait du Support : Pour atténuer la déformation et la déviation qui peuvent survenir pendant l’impression, un support est toujours nécessaire en DMLS/SLM. Ce support est soit retiré manuellement soit usiné CNC.
Des étapes de post-traitement supplémentaires sont souvent nécessaires pour répondre aux spécifications d’ingénierie. Cela peut inclure :
- Usinage CNC : Afin de respecter des tolérances plus strictes que le standard * 0,1 mm, l’usinage est utilisé comme étape de finition. Très peu de matériau est retiré de cette manière.
- Traitements Thermiques : Les traitements thermiques ou le Pressage Isostatique à Chaud (HIP) peuvent être utilisés pour améliorer les propriétés matérielles d’une pièce.
- Lissage/Polissage : Une surface plus lisse que le standard RA 10 *m de DMLS/SLM imprimé telle quelle est requise pour certaines applications. L’usinage CNC, le polissage manuel, l’électropolissage et le polissage chimique sont toutes des options disponibles.
Poudres métalliques pour l’impression 3D
La poudre est la matière première utilisée dans les processus DMLS/SLM et de nombreuses autres technologies d’impression 3D.
Pour obtenir un résultat final de qualité, les caractéristiques des poudres métalliques sont très importantes. Afin d’assurer un bon écoulement et un compactage optimal, les particules métalliques doivent être sphériques et mesurer entre 15 et 45 microns. Pour répondre à ces exigences, des méthodes telles que l’atomisation par gaz ou par plasma sont couramment utilisées. Un facteur clé qui contribue au coût global de l’impression 3D métallique est le coût élevé de la production de ces poudres métalliques.
Avantages et limitations du DMLS/SLM
La principale force du DMLS/SLM est la capacité à créer des structures organiques hautement optimisées à partir d’alliages métalliques de haute performance. Lorsque le DMLS/SLM est utilisé pour fabriquer des pièces, des formes organiques complexes peuvent être créées, maximisant la rigidité et minimisant le poids. De plus, elles peuvent présenter des géométries internes qui ne peuvent être produites par aucune autre méthode.
Les pièces DMLS/SLM ont d’excellentes propriétés matérielles. Des pièces avec presque aucune porosité interne peuvent être fabriquées à partir d’une variété d’alliages métalliques, de l’aluminium et de l’acier aux superalliages. Les coûts du DMLS/SLM sont élevés, comme nous l’avons vu dans une section précédente. En conséquence, ces processus ne sont économiquement viables que pour des pièces d’ingénierie de grande valeur. Techniquement, le DMLS et le SLM sont limités par la nécessité de structures de support étendues. Pour éviter les déformations et ancrer la pièce à la plateforme de construction, ces supports sont nécessaires. De plus, en dehors de l’imprimante, la rugosité de surface des pièces produites est élevée pour la plupart des applications d’ingénierie, donc un post-traitement est requis.
Avantages :
- Excellente liberté de conception
- Haute précision et détails fins
- Matériaux haute performance
Inconvénients :
- Coût de fabrication et de conception élevé
- Besoin étendu de structures de support
- Rugosité de surface élevée
Matériaux pour l’impression 3D métallique
Les matériaux pour l’impression 3D métallique deviennent de plus en plus courants. Les ingénieurs peuvent aujourd’hui choisir parmi des alliages tels que :
- Acier inoxydable
- Acier outil
- Alliages de titane
- Alliages d’aluminium
- Superalliages à base de nickel
- Alliages cobalt-chrome
- Alliages à base de cuivre
- Métaux précieux (or, argent, platine…)
- Métaux exotiques (palladium, tantale…)
La vitesse de l’impression 3D métallique
Il faut au moins 48 heures et en moyenne 5 jours pour fabriquer et finir une pièce imprimée en 3D métallique, quel que soit le processus. Environ la moitié du temps total de production est consacrée à l’impression. Évidemment, cela dépend du volume de la pièce et du besoin de structures de support. À titre de référence, le taux de production actuel des systèmes d’impression 3D métallique varie entre 10 et 40 cm³/h.
Le post-traitement et les exigences de finition représentent le reste du temps de production. Les traitements thermiques contribuent de manière significative au temps total de production : un cycle thermique typique dure de 10 à 12 heures. Les finitions de surface mécanique nécessitent une expertise (usinage CNC 5 axes) ou du travail manuel (polissage à la main).
Prix des imprimantes 3D métalliques
Un système de fusion de lit de poudre au laser (10 x 10 x 12 pouces) peut coûter entre 400 000 et 800 000 dollars. L’achat d’une imprimante 3D métallique de HP coûtera 400 000 dollars. Une entreprise appelée Desktop Metals, dont les investisseurs incluent BMW, Ford et Google Ventures, a annoncé l’année dernière qu’elle proposerait une imprimante 3D métallique capable d’imprimer une variété de formes et de tailles. Les prix pour les entreprises qui ont besoin d’imprimer des pièces métalliques en 3D devraient devenir de plus en plus compétitifs à mesure que d’autres entreprises entrent sur le marché des imprimantes 3D métalliques. Vous devez également considérer les coûts de licence du design génératif, un processus de conception itératif utilisé en conjonction avec l’impression 3D métallique.
Coûts de la main-d’œuvre
Actuellement, les imprimantes 3D métalliques nécessitent une intervention humaine pour fonctionner. Selon la machine, les taux de main-d’œuvre peuvent varier de bas à élevé. Les aspects de sécurité doivent également être pris en compte selon le système d’impression utilisé. L’utilisation de lasers puissants ou de poudres métalliques, par exemple, nécessite des mesures de sécurité. Néanmoins, la sécurité est renforcée dans le cas du jetage de liant métallique, une méthode où la tête d’impression industrielle dépose un agent liant liquide sur une couche de particules de poudre. Le coût de la mise en œuvre des mesures de sécurité sera minime.
Coûts du post-traitement des pièces imprimées
Lors du post-traitement, les pièces sont nettoyées, les structures de support sont retirées, des revêtements sont ajoutés ou d’autres améliorations sont effectuées. Les coûts associés varient en fonction du processus. Par exemple, la fusion de lit de poudre (PFB) nécessite des structures de support, et comme elles nécessitent également plus de matériau, les pièces peuvent être coûteuses.
Combien coûte réellement l’impression 3D métallique ?
Vous pouvez vous attendre à payer entre 15 dollars par pièce jusqu’à 800 dollars pour des modèles plus grands. De même que pour le coût d’un service d’impression 3D, le prix de l’impression 3D métallique dépend également de facteurs tels que le volume de votre modèle 3D, sa complexité et le type de finition que vous utilisez, dans ce cas le métal.
Choses à considérer avant d’imprimer en 3D des pièces métalliques
Coûts des matériaux
Vous devez d’abord acheter les matériaux nécessaires au fonctionnement de la machine avant de pouvoir imprimer du métal en 3D ! Vous aurez besoin de différents types de métal et de matériaux pour diverses machines, mais cela restera une dépense continue. Un kilogramme de cette poudre coûte entre 300 et 600 dollars et est utilisé par la plupart des imprimantes métalliques pour créer des objets métalliques. Cependant, si vous utilisez une imprimante 3D SLM ou DMLS, vous pouvez vous attendre à des coûts de matériaux allant de 2 000 à 4 000 dollars. Vous pouvez utiliser une seule plaque de construction pour accueillir jusqu’à 12 pièces.
Si vous prévoyez de fabriquer des objets avec une imprimante 3D, vos coûts de matériaux varieront, alors assurez-vous de les inclure dans vos calculs à l’avance !
Post-traitement
Les pièces ou prototypes métalliques ne sont que le début du processus d’impression 3D. Lors du post-traitement, l’objet doit être nettoyé, revêtu et les structures de support doivent être retirées. Selon le type de machine que vous achetez, vous gérerez cela différemment. Les objets destinés au frittage doivent être chauffés dans un four si vous choisissez d’utiliser une machine à liant métallique. Les structures de support sont construites pour ancrer les pièces du lit de poudre aux plaques de construction, donc une fois la pièce terminée, elles doivent être retirées.
Voici quelques exemples de techniques de post-traitement standard et de leurs coûts :
- Détente des contraintes : 500 à 600 dollars par construction
- Traitement thermique : 500 à 2 000 dollars par construction
- Retrait des supports : 100 à 200 dollars par pièce
- Traitement de surface : 200 à 500 dollars par pièce
- Usinage CNC : 500 à 2 000 dollars par pièce
Opération et Maintenance
Enfin, vous devez considérer le coût de l’exploitation et de l’entretien de l’imprimante 3D métallique. Ces appareils ne peuvent pas être simplement allumés et éteints. Ils nécessitent une configuration étendue et des compétences pour fonctionner, donc vous devrez engager quelqu’un pour les gérer. Cela signifie que vous auriez besoin d’un opérateur à temps plein si vous prévoyez de faire fonctionner l’imprimante à plein temps. Les imprimantes 3D métalliques ont une variété de coûts associés, comme il est évident !
Conception pour l’impression 3D métallique
L’impression 3D métallique exige un nouvel état d’esprit et un ensemble spécifique de règles et de meilleures pratiques de conception. Cette section vous présente les principes et les outils qui vous aideront à tirer le meilleur parti de vos conceptions, y compris l’optimisation topologique.
Considérations clés en conception
La fabrication additive suit un ensemble de règles différent de celui de la fabrication traditionnelle. En raison des libertés et des limitations uniques de conception, le concepteur doit modifier son état d’esprit.
Les conceptions existantes peuvent ne pas être directement transférables
Il est rarement faisable de fabriquer des pièces conçues pour un processus traditionnel avec l’impression 3D métallique en raison de son coût élevé. Il est souvent techniquement impossible de reproduire ces géométries. Par exemple, les sections plus épaisses que 10 mm sont susceptibles de se déformer ou de présenter d’autres défauts de fabrication et doivent être évitées.
La complexité géométrique est un atout
La complexité est souvent considérée comme nuisible, car elle entraîne des coûts plus élevés. Avec l’impression 3D métallique, ce n’est pas le cas. La clé pour exploiter pleinement les avantages de l’impression 3D métallique est de maximiser la valeur ajoutée que la complexité géométrique apporte à un système.
Commencez par définir les exigences de base
Lorsque vous commencez à redessiner une pièce ou un assemblage pour l’impression 3D métallique, il est généralement conseillé de partir de zéro. Cela vous permet d’éviter d’être limité par des notions préconçues. Définir clairement les exigences de conception (charges, conditions limites, poids de la pièce, etc.) est essentiel. Dans la section suivante, nous verrons comment les logiciels CAD modernes les utilisent pour créer des structures aux formes organiques.
Utilisez toujours des structures de support minimales
Avoir une vision claire de la façon dont la pièce sera orientée dans la machine est une bonne pratique. L’orientation de l’impression détermine la position et le besoin de structures de support. Il incombe au concepteur de créer des caractéristiques autoportantes, minimisant ainsi le besoin de support et garantissant le succès de la construction.
Le post-traitement est toujours nécessaire
Avec l’impression 3D métallique, le post-traitement est toujours nécessaire, quel que soit le processus. Ceux-ci peuvent être obligatoires (comme le retrait des supports dans le DMLS/SLM ou le frittage dans le jetage de liant et l’extrusion métallique) ou optionnels (comme une étape d’usinage CNC pour atteindre des tolérances plus strictes ou un traitement thermique pour améliorer les propriétés matérielles). Concevoir une pièce pour l’impression 3D métallique nécessite de garder à l’esprit les exigences de post-traitement et les options disponibles.
Outils et logiciels d’optimisation de la conception
Les logiciels CAD offrent des outils pour tirer pleinement parti de la liberté géométrique de l’impression 3D métallique. Vous pouvez créer des structures de type organique avec ces outils de conception pilotés par des algorithmes, qui surpassent les pièces construites à l’aide de méthodes traditionnelles. Aujourd’hui, trois stratégies principales peuvent être utilisées. Selon les exigences de conception, ces stratégies peuvent optimiser la performance des conceptions existantes ou être utilisées pour concevoir des structures entièrement nouvelles.
Structures en treillis
Une conception existante peut être optimisée en utilisant un motif de treillis. En plus de créer des pièces légères, les structures en treillis peuvent augmenter la surface des échangeurs de chaleur, réduire les coûts de fabrication ou améliorer l’imprimabilité des conceptions existantes.
Optimisation topologique
Maximiser la rigidité et minimiser la masse peut être accompli en utilisant l’optimisation topologique basée sur la simulation. Dans l’optimisation topologique, les zones dont le matériau peut être retiré sont déterminées en analysant l’espace de conception défini par l’utilisateur et les cas de chargement. Sur la base des résultats de la simulation, les pièces peuvent être conçues pour une performance optimale sous ces scénarios de chargement.
Conception générative
L’optimisation topologique basée sur la simulation est une variation de la conception générative. Plutôt qu’un seul résultat, la conception générative produit plusieurs options de conception. Les conceptions résultantes sont toutes capables d’être fabriquées et répondent aux exigences de conception. En explorant différentes solutions, le concepteur peut trouver la plus appropriée (par exemple, selon les compromis secondaires).
Vaut-il la peine d’acheter une imprimante 3D métallique ?
Pouvez-vous dire avec certitude si vous devez dépenser de l’argent pour une imprimante 3D métallique ? Cela dépend de vos objectifs. Pour savoir ce qui fonctionne, vous devez interroger vos pairs et rechercher vos options.
En imprimant des pièces métalliques en 3D, vous pouvez donner vie à des conceptions complexes et soutenir la production à la demande. Cela améliore votre contrôle et votre flexibilité sur la ligne de production, en d’autres termes ! De plus, l’impression 3D métallique génère moins de déchets que les processus d’usinage CNC, réduisant ainsi les coûts à long terme. Les imprimantes 3D métalliques ont le inconvénient évident d’être coûteuses à utiliser. Obtenir un retour sur investissement positif peut prendre un temps considérable, alors déterminez la valeur de votre rendement avant d’investir. Le post-traitement est presque toujours nécessaire également, car l’impression n’est pas parfaite. Peu importe si vous effectuez un frittage ou un déliantage ; vous devrez toujours ajouter quelques finitions au produit final.
Comment réduire les coûts de l’impression 3D métallique
Il existe plusieurs façons de réduire les coûts liés à l’impression 3D métallique, même si cela ne sera jamais une méthode « bon marché ». Voici quelques suggestions :
Réduction des coûts de finition CNC pour l’impression 3D métallique
Plusieurs techniques émergentes aident à réduire le temps que vos équipes passent sur la finition CNC. Les études montrent que l’utilisation de supports solubles dans l’acide peut réduire le temps de post-traitement de plusieurs jours à seulement quelques heures. Vous pouvez également concevoir un moyen de retirer les structures de support avec plus de facilité grâce à certains logiciels d’édition SLM.
Réduction du temps de conception grâce à l’automatisation
La beauté de l’impression 3D des pièces métalliques est qu’elles peuvent être entièrement personnalisées et uniques. Il faudrait qu’un designer construise chaque conception à partir de zéro dans le logiciel, ce qui pourrait prendre de nombreuses heures. Cependant, les logiciels d’impression 3D métallique d’aujourd’hui peuvent vous aider à automatiser de nombreuses étapes de ce processus pour augmenter le volume de pièces que vous pouvez imprimer.
Avec l’impression 3D métallique, vous pourriez être en mesure de créer des pièces dentaires uniques pour chaque patient. Ce processus peut être considérablement accéléré si vous utilisez un logiciel qui automatise la conception. Presque toute la géométrie fondamentale d’une pièce dentaire est identique ; vous devrez toujours personnaliser certains éléments pour la bouche du patient, mais la majeure partie du travail a déjà été réalisée pour vous. L’orientation de la pièce, la génération de la structure de support, le placement et le découpage peuvent être répétés d’une conception à l’autre. Le designer peut alors apporter quelques ajustements à un fichier de conception existant sans avoir à recommencer à chaque fois.
En utilisant un logiciel d’édition 3D doté de capacités d’automatisation, vous pouvez réduire le volume de travail routinier nécessaire à vos designers 3D. Les bibliothèques de machines et les structures de support prédéfinies vous permettent d’accélérer la préparation des données, de concevoir plus de pièces et donc d’augmenter vos profits tout en réduisant vos coûts.
Optimiser l’impression 3D métallique
Vous pouvez économiser des sommes considérables et augmenter la productivité de votre entreprise en optimisant vos processus d’impression 3D métallique.
La mission de Layers.app est de vous aider à automatiser et améliorer vos processus d’impression 3D. En utilisant notre logiciel, vous pouvez automatiser de nombreux aspects de la conception, vous offrant ainsi des outils d’impression 3D métallique puissants et faciles à utiliser. Cela libère les travailleurs qualifiés de tâches répétitives, leur permettant de fabriquer plus de pièces plus rapidement.
