News Mercredi 9 février 2022 - 14:55

Définir un catalogue de pièces éligibles à la fabrication additive SLS

Partagez cette news :

fabrication-additive-sls-formlabs

Filtrer son catalogue de pièces existantes pouvant être réalisées en fabrication additive est une première étape vers ces nouvelles technologies. Une étude de l’université d’Aalto, en Finlande, donne le chiffre de 5 % de pièces manufacturées potentiellement éligibles à la fabrication additive polymère. Serez-vous en deçà ou au-delà de ce chiffre ?

Aujourd’hui, une entreprise peut mener une réflexion sur l’utilisation de la fabrication additive par fusion sur lit de poudre de polyamide à la place des méthodes de fabrication conventionnelle.

La fabrication additive comme moyen de production

Les moteurs de cette réflexion peuvent être assez divers. La rupture des chaînes d’approvisionnement liée à la crise sanitaire majeure que nous sommes en train de vivre a mis en lumière notre dépendance aux transports. Cela a probablement accéléré les nouvelles pratiques. Ils peuvent aussi prendre leur source dans les enjeux suivants :

  • La diminution des stocks.
  • La garantie d’une réactivité vis-à-vis des clients.
  • La réappropriation d’un approvisionnement de proximité.
  • La diminution de l’empreinte environnementale de l’entreprise.

Pour répondre à cela, nous pouvons mettre en place une méthode de travail. Voici quelques éléments importants pour notre analyse.

Nous ne prendrons pas en compte les pièces dites « prototypes », puisque des compromis sont possibles :

  • Les pièces ne seront pas découpées.
  • Le procédé de dépose de fil ne fera pas partie de l’étude, bien qu’il permette de faire des pièces très qualitatives. Cette technologie et ces machines sont très liées au paramétrage. Ce sont également des technologies qui nécessitent des supports et donc des phases importantes de reconception ou de parachèvement.
  • Les technologies de résine photopolymère ne seront pas non plus étudiées. Ce sont pourtant des technologies qui font aujourd’hui des pièces de série pour le dentaire et pour les prothèses audio. Leur champ d’application industrielle est globalement plus restreint. Une reconception spécifique pour limiter les supports est également nécessaire.

Nous avons ainsi décidé de nous intéresser à la technologie de frittage sur lit de poudre (SLS). Tous ces choix sont discutables, mais il faut bien commencer par un bout pour trier les pièces.

L’encombrement

Nous avons donc considéré que les pièces doivent être comprises dans un encombrement de 5 à 400 millimètres. Les machines actuelles permettent de faire des pièces allant jusqu’à 400 x 500 x 700 millimètres. Nous avons pris la limite inférieure de 5 millimètres car en dessous, la manipulation des pièces est plus complexe. Rien n’interdit de réaliser des pièces dans un cube de 2 millimètres si la définition des machines est acceptable pour cette dimension.

Les caractéristiques mécaniques peuvent être évaluées à 40 % de celles obtenues par injection plastique.

L’encombrement

Nous avons donc considéré que les pièces doivent être comprises dans un encombrement de 5 à 400 millimètres. Les machines actuelles permettent de faire des pièces allant jusqu’à 400 x 500 x 700 millimètres. Nous avons pris la limite inférieure de 5 millimètres car en dessous, la manipulation des pièces est plus complexe. Rien n’interdit de réaliser des pièces dans un cube de 2 millimètres si la définition des machines est acceptable pour cette dimension.

Image

La matière

Une des questions qui revient le plus souvent de la part des industriels est la suivante : « Les pièces réalisées par fabrication additive ont-elles des caractéristiques équivalentes à des pièces issues d’injection plastique ? » Dans la majorité des cas, les pièces qui sont réalisées peuvent avoir des caractéristiques équivalentes, voire même meilleures. Les matériaux utilisés pour la fabrication additive sont souvent plus qualitatifs que les matières couramment utilisées en injection plastique. Prenons l’exemple des pièces injectées en ABS. Elles auront des caractéristiques inférieures à celles issues de fabrication additive et qui seront réalisées en polyamide 11 ou en polyamide 12. En revanche, des pièces injectées en polyamide auront des caractéristiques plus importantes que celles issues de fabrication additive. Cependant, une reconception peut remédier à cela, mais nous sortons du champ de filtrage défini au départ.

Image

Les caractéristiques mécaniques peuvent être évaluées à 40 % de celles obtenues par injection plastique.

La tolérance

Les pièces réalisées en fabrication additive sont soumises à la gestion des retraits des plastiques lors des phases de fabrication. Bien que le positionnement des lasers soit très précis et l’asservissement de l’axe définissant les épaisseurs de couches également, il y a, comme en injection plastique, des écarts liés au refroidissement de la matière elle-même. En règle générale, nous considérons que les pièces réalisées par fabrication additive entrent dans la classe réduite de la norme NFT 58000 catégorie 3, classe normale d’injection plastique. Elle est bien souvent mieux tenue. Il est possible d’avoir des tolérances bien plus serrées. Cela nécessite un calibrage machine/matière spécifique. Il y a également la maîtrise des déformations. Ce phénomène existe aussi pour l’injection plastique, puisqu’il est courant de contre-déformer des pièces dans des moules afin d’obtenir une pièce géométriquement acceptable. Aujourd’hui, les éditeurs de logiciels de préparation se penchent sur le sujet afin de contre-déformer les pièces avant fabrication, sans passer par une reconception.

Image

Les épaisseurs matières

Les épaisseurs matières les plus pertinentes pour la fabrication additive sont souvent comprises entre 1 et 5 mm. Ce sont également souvent les épaisseurs utilisées pour l’injection plastique. Les épaisseurs inférieures à un millimètre rendent le phénomène de stratification plus présent, ce qui peut fragiliser la pièce. Au-delà de 5 millimètres, il y a des risques de d formation des pièces après fabrication. Ce phénomène est amplifié en cas de

disparité des épaisseurs sur les différentes parties de la pièce. C’est également le cas pour l’injection plastique. Pour pallier le phénomène de stratification, il est parfois important d’orienter les pièces de telle manière que les efforts soient compatibles avec le sens de fabrication. Cela peut faire l’objet d’un cahier des charges de fabrication ou d’une spécification d’achat.

Image
Technologie impression 3D SLS epaisseur matiere

L’aspect

Les pièces sont réalisées à partir de poudre. C’est la granulométrie de celle-ci qui donne en grande partie l’aspect final des pièces. Les épaisseurs de couche, la qualité de positionnement des axes et la gestion des températures sur les machines influent également sur l’aspect des pièces.

Des systèmes de parachèvement automatique sont développés afin de limiter le nombre d’opérations manuelles. L’aspect des pièces peut être homogène sur plusieurs fabrications. Le lissage des surfaces par tribofinition est possible si la suppression des angles vifs des pi ces est autorisée. L’aspect final est, dans ce cas, totalement transformé par rapport à la pièce d’origine. Il n’a rien à envier à une pièce issue d’injection plastique. Il est à noter qu’aujourd’hui, il est possible d’avoir des pièces en polyamide directement colorées avec, par exemple, un mapping de QR code. Cette technologie, pour le moment, n’est pas compatible avec la tribofinition.

Image
Technologie SLS aspect impression 3D

La quantité et le coût

Techniquement, il est possible de réaliser des millions de pièces en fabrication additive. Encore faut-il que cette démarche soit économiquement rentable. C’est le cas des brosses de mascara Révolution Chanel, qui sont fabriquées en polyamide 11. Le prix d’une pièce réalisée par fabrication additive est proportionnel à son encombrement. Plus une pièce sera grande, plus son coût sera élevé. Cela ne veut pas dire pour autant qu’il faut fermer les portes à une pièce qui reviendrait, en fabrication additive, à plus de 1 000 €, car cela

peut conduire à supprimer des stocks. Prenons l’exemple de pièces automobiles où on doit maintenir un stock de pièces à faible rotation au prix unitaire de 30 € pendant 10 ans. Il est beaucoup plus rentable de fabriquer ponctuellement une pièce pour 500 €, voire 1000 €, comme le montrent des études internes de groupes automobiles européens. Cela permet également de continuer à fournir des pièces au-delà de la limite des 10 années réglementaires.

Image
Technologie SLS aspect et cout impression 3D

Détails de mise à disposition

Une des forces de la fabrication additive est la mobilisation immédiate de l’outil de production sur une pièce donnée. Cela a été mesuré concrètement lors de la crise sanitaire de 2020, où des dizaines de milliers de visières ont pu être fabriquées du jour au lendemain, sans avoir été planifiées. Concrètement, aujourd’hui, grâce à la fabrication additive, la suppression des stocks est possible. Quand le délai de mise   disposition admissible est supérieur à six semaines, la chaîne d’approvisionnement conventionnel est utilisable… si tous ses maillons sont opérationnels. En dessous de trois jours, un stock tampon est préférable et peut être composé de pièces réalisées en fabrication additive. De même, une pièce provisoire en fabrication additive peut être utilisée dans l'attente d’une pièce définitive plus aboutie.

Image
Technologie SLS details de mise a disposition impression 3D

Couleurs des pièces

De manière standard, les pièces issues de fabrication additive sont blanches ou gris foncé. À partir du blanc et avec un post-processing appelé « diying », il est possible de colorer les pièces dans un Pantone standard. Aujourd’hui, il y a également possibilité d’avoir des pièces « décorées » sur certains types de machines, avec pour seule contrainte d’avoir des épaisseurs supérieures à 2 millimètres. Il n’est pas possible, pour le moment, de faire un post-processing autre qu’un vernis transparent.

Image
technologie sls fabrication additive couleur
Image
Technologie MJF HP fabrication additive

La technologie MJF HP premet d'avoir des pièces colorées.

Bravo ! Vous avez maintenant d fini un catalogue de pièces éligibles à la fabrication additive. Il reste encore la phase de tests opérationnels pour valider que les pièces correspondent parfaitement à votre besoin. Vous pourrez définir des familles de pièces pour lesquelles vous pourrez vous affranchir de ces tests si les conditions d’utilisation sont identiques. Il est conseillé de regrouper les pièces qui ne sont pas éligibles aujourd’hui, car les technologies et les matériaux évoluent. Cela vous permettra de d marrer plus rapidement une nouvelle liste de pièces éligibles à inclure dans votre catalogue.

Contenu Encadré

Yannick OMNES

Yannick OMNES conseille et accompagne les différent.e.s acteurs et actrices de l’entreprise   s’approprier les technologies de fabrication additive, à adopter une autre manière de faire et de concevoir avec et pour les différentes technologies. Acteur de la fabrication additive depuis le début des années 1990, il se définit comme « un guide de haute montagne » qui amène ses clients vers leurs objectifs par les voies correspondant à leurs capacités. Il leur permet de se structurer, d'investir ou de faire appel à des prestataires en fonction de leurs besoins, à une démarche d'accompagnement du changement respectant le rythme de chacun.e pour ses appropriations. Il est également acteur de la transmission en donnant des formations et des cours pour différents organismes.

Puisque vous êtes là...

... nous souhaiterions vous inviter à vous abonner à A3DM Magazine.

A3DM Magazine est la revue papier et digitale de référence en fabrication additive et en impression 3D. (Vous pouvez lire et découvrir les articles dans la rubrique « Magazine » du site A3DM). Pourquoi vous abonner ?

  • Pour accéder à l’ensemble des informations du secteur de la fabrication additive et de l’impression 3D, à des dossiers industriels, à des analyses techniques et des fiches pratiques, à des contenus exclusifs, aux appels d’offres et aux subventions de la Commission européenne, à des leçons d’anglais pour ingénieurs...
  • Pour garantir la liberté de ton et l’exigence professionnelle de la revue.
  • Pour soutenir le secteur de la fabrication additive et de l’impression 3D qui a besoin de médias spécialisés pour promouvoir la technologie, partager les savoirs et savoir-faire, et fédérer la communauté.

 

Je m'abonne

Newsletter

Ne manquez plus aucune info sur la fabrication additive