Qu’est-ce qui se dessine avec la fabrication additive et la robotique ?

De plus en plus utilisée par les secteurs industriels et modifiant radicalement la façon dont de nombreux produits sont fabriqués, la fabrication additive (FA) continue d’être un moteur du prototypage et de la production de fabrication avancée. Prévu pour croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 20,8 % d'ici 2030, ce processus d'utilisation de données de conception numérique pour créer avec succès des objets tridimensionnels solides en fusionnant des couches de matériaux ensemble [impression 3D (3DP)] permet beaucoup de flexibilité dans le processus de production, continuant à impacter le paysage industriel.

Qu'il s'agisse d'outillage pour composites, de prototypes d'avion ou de pièces automobiles, la conception de produits autrefois jugée trop complexe devient désormais une réalité, grâce à une technologie 3DP plus précise et plus fiable. Les progrès en matière de contrôle de mouvement, de conversion de puissance et de robotique contribuent à élargir la portée de la fabrication additive, permettant la création rapide d'objets sophistiqués et durables grâce à des méthodes telles que la fusion sélective au laser (SLM), la modélisation par dépôt fondu (FDM) et le jet de liant.

Les imprimantes 3D de bureau de base et celles équipées de moteurs pas à pas cèdent la place aux imprimantes 3D servocommandées avec retour haute résolution, permettant un contrôle de position, de vitesse et de couple à grande vitesse. Des robots à six axes avec peu de limitations quant aux angles d'impression potentiels et des systèmes de portique robustes pour l'impression de grandes structures sont également intégrés pour compléter ce processus, ce qui amène les fabricants à réexaminer les possibilités que ce processus et cette technologie peuvent apporter.

La fabrication additive est idéale pour réparer des pièces anciennes, personnaliser des pièces de production ou prototyper/modéliser de nouvelles pièces pour les fabricants ayant besoin de pièces ou de montages uniques. Les entreprises peuvent utiliser le 3DP dans le cadre de leur processus de conception technique, de leurs outils et de la fabrication de géométries uniques en interne.

Production flexible – La fabrication à petite échelle prospère grâce à l’adaptation et à l’exploitation de la liberté de conception. La capacité de 3DP à incorporer plus d'une centaine de matériaux différents et à produire presque toutes les formes en fait un incontournable pour les ateliers de fabrication. Les concepteurs peuvent réduire le nombre de pièces individuelles utilisées dans un assemblage, éliminant ainsi les points de défaillance potentiels pour une durabilité accrue.

Réduction des coûts – Le processus additif nécessite moins de main-d’œuvre et réduit la matière première utilisée, économisant ainsi des ressources et de l’argent précieux. Par exemple, imprimer uniquement la partie principale de la pièce élimine les déchets liés à l'usinage d'un petit pourcentage de matière première plutôt que d'éliminer la plupart des matériaux inutiles d'une billette métallique. Les systèmes de bras robotiques typiques de FA à arc filaire (WAAM) peuvent également être moins chers que les imprimantes FA à base de poudre. Le Center for Advanced Manufacturing (CAM) de la Viterbi School of Engineering de l'Université de Californie du Sud (USC) a utilisé WAAM pour cette recherche, tout en réduisant le temps et les coûts liés aux diverses pièces et outils.

Efficacité de la production – Face à la lenteur des chaînes d'approvisionnement, 3DP offre une alternative abordable et rapide aux semaines d'attente pour que les pièces indispensables arrivent dans l'atelier de production, en particulier pour les pièces personnalisées de quantité 1. La fabrication additive nécessite beaucoup moins de temps d'arrêt, ce qui aide les fabricants à produire des pièces ou des outils à la demande, tout en maintenant le débit pour une livraison à temps et dans les délais des projets.

Considérations relatives aux matériaux – La variété de matériaux compatibles disponibles pour le 3DP contribue également à optimiser ce processus. Du plastique au plâtre, il existe des options viables pour répondre aux exigences uniques des applications.

Populaire auprès des robots, WAAM utilise du fil d'apport métallique dans un processus de soudage à l'arc sous gaz métallique (GMAW) pour produire des structures en acier conformes. En concurrence avec les processus laser traditionnels, les nouvelles méthodes offrent une résolution plus élevée en remplaçant le fil par de la poudre métallique, ce qui permet d'obtenir un produit final plus lisse avec moins de lignes. Les têtes d'impression de précision améliorées à dépôt élevé nécessitent peu de finition et de polissage, permettant également des pièces haut de gamme.

Solutions d'innovation – Pour faciliter le processus additif, les plateformes de programmation hors ligne avec logiciel 3DP servent de lien entre le modèle numérique et le modèle réel créé. Connues sous le nom de logiciel de slicer 3DP, ces plateformes permettent de transformer le modèle numérique en instructions d'impression, appelées G-code.