Dans la seconde moitié du 20e siècle, l'impression 3D est née. À l'époque, le processus était connu sous le nom de stéréolithographie (SLA) ou de prototypage rapide (RP). L'inventeur Charles (Chuck) Hull a inventé le terme SLA en 1984 et a obtenu un brevet pour le procédé en 1986. Peu de temps après, Chuck a cofondé la première société d'impression 3D au monde, 3D Systems Corporation, pour le commercialiser. Depuis ses modestes débuts, la société a produit la première imprimante 3D en 1987, la SLA-1. Chuck lui-même a admis qu'il n'avait aucune idée de l'impact que sa création aurait sur le monde moderne.
SLA était une forme antérieure du processus d'impression 3D et, depuis sa conception il y a plus de 30 ans, a connu un développement rapide et avancé. Au cours de cette période, les améliorations apportées au processus d'impression 3D ont permis aux fabricants de diverses industries de concevoir et de fabriquer des produits plus rapidement, d'améliorer l'efficacité de la conception des produits, de fabriquer des pièces à la demande et d'améliorer la fabrication des outils. Dans cet article, nous fournirons un bref aperçu de la façon dont la conception des produits a changé avec la FA.
Liberté de conception et de refonte
L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive (FA), est le «processus d'assemblage de matériaux pour créer des objets à partir de données de modèles 3D, généralement couche par couche, par opposition aux méthodologies de fabrication soustractive, telles que l'usinage traditionnel», comme défini par le Comité international ASTM F42 sur les technologies de fabrication additive. Par rapport aux procédés de fabrication traditionnels (fabrication soustractive (SM) et fabrication formative) qui peuvent impliquer un enlèvement de matière par usinage, perçage ou meulage ou par coulage dans des moules, la FA permet une plus grande liberté de conception. L'ensemble du processus incorpore une gamme de techniques de fabrication, y compris la fusion sur lit de poudre, le dépôt d'énergie dirigé, l'extrusion de matériau, le jet de liant, le durcissement, la stratification et plus encore. Cette variété a permis de développer une vaste gamme de technologies susceptibles d'intéresser les industries du monde entier. La FA a permis d'incorporer des géométries complexes dans la conception de produits qui, autrement, ne seraient pas possibles avec la fabrication traditionnelle.
La refonte des pièces a été rendue plus efficace avec AM. Si une modification de la conception d'une pièce particulière est nécessaire sur une ligne de production, le modèle d'ordinateur utilisé pour imprimer la pièce peut être remodelé et redéployé pour l'impression. Le fichier standard utilisé pour l'impression 3D est un fichier de langage triangulaire standard (STL). Ce fichier STL contient généralement une représentation triangulée d'un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D pour une pièce donnée. La modification de cette étape de conception dans le processus de production des systèmes AM permet de produire des pièces sans le changement d'outillage ou de moule requis, ce qui serait coûteux et prendrait plus de temps qu'avec la fabrication traditionnelle.
Vitesse de production
En termes de fabrication à grande échelle, les entreprises et les organisations travaillant dans un certain nombre de secteurs différents ont été en mesure d'utiliser la FA pour accélérer le temps nécessaire à la fabrication d'un produit afin de le mettre sur le marché à l'avance. Cela peut fournir aux entreprises un avantage concurrentiel et aider à satisfaire les besoins des consommateurs.
Dans une ligne de production intégrée aux processus du système AM, les améliorations apportées aux machines, les changements de vitesse d'impression et les changements dans la conception des produits peuvent être modifiés beaucoup plus facilement qu'avec les méthodes de fabrication conventionnelles. Un changement de conception de produit qui aurait pu prendre plusieurs mois peut être réduit à des semaines, voire des jours.
Un exemple du mouvement rapide d'un produit vers le marché et de sa production à plus grande échelle peut être vu dans la conception des équipements médicaux au cours des premières étapes de l'année 2020. Au cours de la phase initiale de la pandémie de coronavirus, Texas A
Économies sur les coûts de matériel, de processus et d'énergie
En éliminant le besoin de soustraction de matière et d'outillage supplémentaire comme requis dans la fabrication conventionnelle, AM a rendu le processus de production plus efficace. En ce qui concerne la production à faible volume de produits, la FA permet des économies plus substantielles pour les fabricants, car les méthodes de traitement et la production de poudre métallique sont assez élevées en termes de consommation d'énergie.
Dans un article de synthèse centré sur la FA pour l'industrie aéronautique, l'un des plus grands avantages de la FA a été la capacité de fabriquer des pièces plus légères. La réduction du poids des pièces entraîne des économies tangibles sur le carburant pendant toute la durée de vie d'un avion. Un support Bleed Air Leak Detect (BALD) utilisé dans le côté chaud du moteur sur Joint Strike de Lockheed Martin a été créé en utilisant une technique AM connue sous le nom de fusion par faisceau d'électrons. Il a été démontré que ce processus réduisait le rapport achat-vol à 1: 1, au lieu de 33: 1 attribué aux méthodes traditionnelles. Cela correspond à une économie de 50% par rapport à l'alliage de titane utilisé. Le rapport achat-vol est un terme utilisé dans l'industrie aérospatiale qui désigne le rapport pondéral entre un composant fini et la matière première d'origine.
D'autres économies de coûts ont été réalisées grâce à la mise en œuvre de la FA, où plusieurs pièces ont été produites ensemble dans une seule pièce complexe. Cela contraste avec la fabrication traditionnelle, où il est courant que plusieurs pièces pour un produit spécifique soient fabriquées individuellement. D'autres caractéristiques requises pour l'assemblage du produit final telles que le brasage ou le soudage et les éléments de fixation ont maintenant été supprimées du processus avec AM, ce qui réduit encore les coûts de production.
Personnalisation de produit
En ce qui concerne le secteur médical, AM a été une force révolutionnaire dans la construction de prothèses vraiment personnalisées pour les patients souffrant de diverses maladies. MT Ortho, un fournisseur et fabricant italien de dispositifs médicaux, a combiné l'imagerie CT et la FA pour créer de tels dispositifs innovants centrés sur le patient.
La société a commencé son exploration avec AM en 2014 et a développé sa gamme de produits allant des prothèses personnalisées pour les applications neurochirurgicales et l'orthopédie oncologique, à la chirurgie maxillo-faciale et plus encore. L'un des développements les plus récents de la société a été la fabrication de prothèses anticancéreuses pour les carcinomes osseux ou les chondrosarcomes. Suite à une chirurgie de démolition où une tumeur est enlevée, les experts médicaux et de conception ont pu combiner leurs forces et reconstruire complètement l'anatomie osseuse de patients individuels. La tomodensitométrie est une étape initiale essentielle du processus AM qui est capable de capturer les caractères anatomiques spécifiques du patient pour construire un modèle 3D précis pour sa prothèse.
AM a changé et continue de changer la façon dont les produits sont conçus et fabriqués grâce à la recherche et au développement continus du processus. Pour certaines technologies d'impression 3D, l'impression réussie d'une pièce repose sur des supports qui maintiennent sa structure et son intégrité. Sans supports pour la création de certaines pièces structurellement instables, les produits finis peuvent échouer en raison de la déformation et de l'affaissement pendant le processus d'impression. Malgré le besoin de supports de pièces, leur intégration dans la conception des pièces nécessite plus de temps et de coût, peut endommager les pièces pendant le post-traitement et limiter la complexité géométrique de la conception des pièces.
Un développement récent de la technologie de FA, connu sous le nom de FA sans support, est un processus qui implique la suppression, la réduction ou l'optimisation des structures de support pour surmonter ces problèmes. Ce mode de fabrication pourrait permettre une nouvelle vague d'impression 3D qui favorise la conception et la production de pièces réussies et minimise les défis concernant la vérification de la fonctionnalité des pièces à l'avenir.
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L'article Comment la fabrication additive a changé la façon dont les produits sont conçus est apparu en premier sur le blog Shapeways.
