Impression 3D dans l'industrie manufacturière: Visualisation d'un nouveau mode de production

Avec l'avènement des imprimantes 3D grand public à des prix plus bas, cette technologie - qui existe depuis les années 1980 - a récemment débuts dans le bureau à domicile.

Mais les imprimantes 3D ne sont pas seulement un impact au niveau des consommateurs. Au lieu de cela, ils modifient lentement la façon dont les fabricants conçoivent la conception, le prototypage et même la production.

. Pouvons-nous envisager un tout nouveau mode de production à l'horizon?

L'impression 3D aujourd'hui

est devenue une industrie de 6,063 milliards de dollars et jouit d'une présence dans de nombreux secteurs industriels. En 2016, l'industrie de la «fabrication additive» a connu une croissance de 17,4% des revenus mondiaux. L'année dernière, près de 500 000 imprimantes ont été expédiées, mais ce n'est rien comparé aux 6,7 millions qui seront expédiés en 2020.

Des entreprises comme Formlabs et Stratasys expérimentent des moyens d'augmenter la production d'impression 3D pour la rendre plus compétitive. en termes de retour sur investissement. À mesure que les capacités de volume de production de ces imprimantes augmentent et que les processus sont automatisés - une composante essentielle de toutes les facettes de la fabrication aujourd'hui - le coût total de production est considérablement réduit. Le résultat est un produit plus rentable qui est créé plus rapidement et avec moins d'intervention humaine.

"L'industrie de l'impression 3D a prouvé avoir des implications significatives pour des industries comme l'automobile, la machinerie, l'aviation et plus encore. Les applications continueront à croître alors que ces industries démontrent l'efficacité et la productivité de la technologie dans la production », a déclaré John Kawola, président d'Ultimaker North America, à Mobby Business. "Mais l'impression 3D fait partie de quelque chose de plus grand: la réalisation de la prochaine révolution de la fabrication - Industrie 4.0."

Industrie 4.0, également appelée Manufacturing 4.0, fait référence à la technologie dans l'industrie moderne. La vision inclut souvent l'Internet des objets (IoT), l'apprentissage automatique, la réalité mixte et la robotique, et l'impression 3D fait partie intégrante de cette vision.

Le rôle de l'impression 3D dans le processus de fabrication

plusieurs rôles dans le processus de fabrication, et il est prêt à faire des gains supplémentaires car il est affiné et perfectionné. Actuellement, la conception et le prototypage rapide sont deux des principaux processus qui bénéficient des impressions 3D. Les imprimantes 3D sont également utiles dans la production à faible volume, comme lorsque de petites quantités de produits sont nécessaires pour tester le marché ou faire de la publicité dans des foires commerciales. Et au fil du temps, les capacités de production des imprimantes 3D continuent d'évoluer.

Dans toutes les facettes de la fabrication, les imprimantes 3D peuvent réduire le temps et les coûts nécessaires à la réalisation d'un produit viable. C'est pourquoi Jack Beuth, professeur au Département de génie mécanique du Collège d'ingénierie de Carnegie Mellon University et co-directeur du NextManufacturing Center, estime que l'impression 3D devrait être considérée comme une toute nouvelle technologie au niveau de l'informatique personnelle ou des smartphones.

"Les entreprises essaient maintenant d'exploiter la technologie pour devenir plus rentable, et la façon dont elles le feront impliqueront des innovations qui vont bien au-delà du simple remplacement de la fabrication traditionnelle", a déclaré M. Beuth. "Avec la fabrication additive, nous sommes sur le point de l'informatique personnelle en 1983."

Design

Les imprimantes 3D étant une technologie plus flexible, les équipes de conception peuvent expérimenter avec des structures plus fortes ou plus intéressantes et créer des formes géométriques complexes que les méthodes précédentes étaient incapables de réaliser.

«Les objectifs de conception que nous encourageons les clients à envisager pour vraiment libérer la valeur de l'impression 3D sont en train de se réduire, créant des structures en treillis pour réduire le matériau utilisé, combinant les assemblages, pour réduire les étapes de travail et d'assemblage. », a déclaré Greg Thompson, chef de produit mondial pour l'impression 3D chez Proto Labs.

Proto Labs permet aux ingénieurs de télécharger leurs propres fichiers CAO numériques, et la société tourne autour de prototypes ou bas -volume exécute le produit dans 15 jours ou moins.

"Une fois que nous avons le fichier, notre logiciel incorpore des outils de visualisation et fournit une conception pour l'analyse de fabricabilité", a déclaré Thompson. "Ensuite, tout cela est envoyé à notre atelier, ainsi qu'au client avec un devis."

Selon la nature du produit, Proto Labs prend en charge l'impression 3D, le moulage par injection et la fabrication CNC. Son processus permet au client de s'engager dans la création de son design du début à la fin. Si quelque chose doit être ajusté, du délai de production à la quantité de matériaux utilisés pour la conception, le client sera en mesure de répondre avant la production.

"Ce fil numérique est critique, parce que si nous avions différentes îles à différentes étapes Les imprimantes 3D

Prototyping

ont également réduit considérablement le temps nécessaire à la création d'un prototype opérationnel d'un produit. Une création de prototypes plus rapide et moins chère accélère le développement des produits, réduit les coûts et accélère le temps de mise sur le marché.

«L'impression 3D est aujourd'hui largement utilisée pour le prototypage du produit afin d'accélérer les cycles de conception et d'explorer », a déclaré le Dr Paul Benning, collègue HP et technologue en chef de l'impression 3D chez HP Inc.« Typiquement, ces conceptions ont été fabriquées dans des procédés analogiques comme le moulage par injection, mais à l'avenir, les pièces seront fabriquées en 3D. Grâce à l'impression 3D, il est possible de créer facilement plusieurs itérations de différents modèles pour tester et recueillir des commentaires, ce qui permet aux entreprises de déterminer rapidement quel est le meilleur modèle. Dans le passé, ce genre de pratique serait coûteux et probablement indéfendable, même pour les entreprises les plus rentables. Aujourd'hui, pour presque tout le monde, il est à portée de main.

"Au cours des 25 dernières années, le paradigme du développement avancé de produits a consisté à effectuer des simulations et des itérations de conception complètes avant de créer des prototypes fonctionnels". «Maintenant que vous avez un modèle fonctionnel, vous pouvez imprimer un prototype et le tester à un coût minime, ce qui réduira considérablement les délais de développement des produits.»

Production à faible volume

méthodes pour les premières milliers de pièces produites, ce nombre ne cesse d'augmenter, peignant l'image d'un avenir de fabrication imprimée en 3D

"Dans le futur, il est possible que toute production de pièces à court tirage utilise l'impression 3D", Benning m'a dit. «Les équipes de produits ciblés seront capables de lancer de nouveaux produits chaque semaine ou chaque jour, limités seulement par leur temps et leur imagination, qui ne sont plus limités par les capitaux nécessaires à la production analogique. L'impression 3D a le potentiel d'améliorer radicalement et d'accélérer les produits que nous verrons et utiliserons dans un futur proche. "

Dagoma 3D travaille à ce que cela devienne une réalité. L'extension de la production de ses imprimantes 3D, partiellement imprimées en 3D, lui a permis de produire de 50 à 70 imprimantes par jour. La société dispose désormais de trois sites - deux en France et un aux États-Unis - avec une flotte d'environ 850 imprimantes 3D au total. Cette année, la société prévoit d'expédier 15 000 imprimantes.

«L'impression 3D de nos imprimantes est ... plus rapide et ... moins chère pour le client», a déclaré Matt Regnier, PDG de Dagoma 3D. "L'impression 3D nous aide à grandir plus vite, et cela nous aide à réduire les coûts et à réduire le prix."

Un avenir de production de masse?

Au fil du temps, le nombre de pièces que les imprimantes 3D peuvent prendre tout en bénéficiant d'un meilleur retour sur investissement que les méthodes conventionnelles comme le moulage par injection ne cesse de croître, a déclaré M. Regnier. En outre, une ligne de production basée sur la technologie d'impression 3D est plus facile à modifier.

"Je pense que l'un des principaux avantages ... est de pouvoir adapter et adapter toute la chaîne de production à la vitesse des lignes de production d'impression 3D" Regnier a dit. «Par exemple, si nous voulons améliorer quelque chose sur notre machine, il est facile de le faire en un clic, pour une autre technologie comme l'injection, c'est à portée de clic, dans deux ou trois mois. D'après Thompson, il est peu probable que l'impression 3D remplace la fabrication traditionnelle, mais pour les projets qui ont un sens, il semble inévitable Les capacités d'impression 3D continueront à croître en termes de volume.

"L'industrie de l'impression 3D s'attaque à l'augmentation de l'efficacité des machines et à la réduction du coût des matériaux", a déclaré M. Thompson. "Alors que l'industrie continue à relever ces défis, nous verrons plus de projets qui ont un sens pour l'impression 3D à des quantités plus élevées, mais je pense que ce sera une évolution vers cela."

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