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Fabrication additive

Initialement développée pour être utilisée dans les années 1970, la fabrication additive a beaucoup évolué depuis sa création pour permettre une utilisation personnelle et industrielle de précision dans presque tous les domaines imaginables. Les exemples varient en complexité, allant d'un pistolet à colle chaude à un faisceau d'électrons de découpe de précision.

Key Takeaways

  • Utilise des logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur) ou des capteurs et scanners 3D.

  • Appliquer les compétences de l'impression 3D et du prototypage rapide

  • Applications industrielles bon marché et efficaces dans les domaines de la santé, de l'agriculture, de la fabrication, etc.

Qu'est-ce que la fabrication additive ?

La fabrication additive est le contraire de la fabrication soustractive. La fabrication soustractive s'apparente à la sculpture ou à la taille de pierre, où l'ouvrier retire habilement de la masse du matériau à l'aide d'un outil tranchant, pour finalement façonner un article utilisable.

Ainsi, pour poursuivre l'analogie, la fabrication additive consiste à ajouter de la masse à un autre matériau afin de créer un objet utilisable de plus grande dimension.

La fabrication additive consiste à déposer ("imprimer") une très fine couche de matériau, section par section, l'une sur l'autre, pour créer un objet en 3D. Bien que ce processus donne l'illusion de fabriquer un objet à partir de rien, les machines d'impression de haute précision sont parfaitement réglées pour chauffer et refroidir les différentes parties de la structure au niveau moléculaire afin que les couches fusionnent et se mettent en place.

Les applications bénéfiques de la fabrication additive

Avez-vous déjà eu un appareil, un équipement ou un meuble préféré qui s'est soudainement cassé ? Il est impossible d'acheter un produit de substitution - le produit entier est soit trop cher, soit trop précieux pour l'utilisateur pour être remplacé ; l'article préféré peut également ne plus être fabriqué et les pièces remplaçables ne sont plus disponibles !

*C'est là que l'impression 3D vient sauver la situation.

Grâce à la fabrication additive, presque toutes les pièces remplaçables qui s'usent ou tombent en panne peuvent être fabriquées sur mesure à un prix raisonnable. Cela a donné naissance à un nouvel amour pour le recyclage, le remplacement et la satisfaction de besoins mécaniques spécifiques, tant dans le domaine personnel qu'industriel.

Voici quelques exemples des possibilités infinies des applications de la fabrication additive :

  • des pièces personnalisées pour des projets spécifiques qui, autrement, n'offriraient pas un retour sur investissement suffisamment élevé pour qu'une entreprise puisse les entreprendre
  • Jusqu'à 90 % de déchets de matériaux en moins par rapport à la fabrication soustractive.
  • Utilisation de matériaux plastiques biodégradables et respectueux de l'environnement.
  • Conception géométrique et physique précises
  • Encourage la conception visuelle dans la résolution de problèmes pour les ingénieurs.
  • Amélioration de l'accessibilité des particuliers pour la création et la réparation d'articles.
  • Permet un apprentissage et un enseignement créatifs
  • Prolonge la longévité des machines, même de celles qui ont été abandonnées dans le commerce.
  • La viande imprimée en 3D peut contribuer à répondre à la demande tendue de protéines animales de l'industrie alimentaire.
  • Les dispositifs médicaux à porter qui sauvent des vies sont moins chers et plus nombreux pour le commun des mortels.
  • Possibilité de créer facilement des formes géométriques très complexes et parfaitement mesurées.
  • Le prototypage rapide permet une R&D plus efficace et plus rentable.

Les avantages et les applications sont presque trop nombreux pour être comptés. L'une des solutions les plus urgentes apportées par la fabrication additive ces derniers temps a été la réponse à la pénurie d'EPI au début de la pandémie de COVID. Lorsque les chaînes d'approvisionnement n'ont pas réussi à livrer les EPI à court terme, des particuliers ont commencé à imprimer en 3D des pièces et de nouvelles solutions portables pour ceux qui se trouvaient en première ligne médicale, ce qui a contribué à atténuer la pénurie internationale.

Les risques de la fabrication additive

Comme pour toute nouvelle technologie, les avenirs innovants sont tempérés par les risques inhérents. Dans le cas de la fabrication additive, les risques liés à l'utilisation accrue de cette technologie sont quelque peu particuliers :

Premièrement, il existe un risque d'érosion des normes de propriété intellectuelle. Si une personne possède la même imprimante 3D qu'une autre, elle peut reproduire ses produits assez facilement. Toutefois, cela a l'effet inverse lorsqu'il s'agit de gonfler les prix des pièces brevetées ; la connaissance et la facilité de reproduction des produits peuvent contribuer à faire baisser les coûts excessifs imposés par les autorités bureaucratiques ou les entreprises.

Deuxièmement, il y a le risque de contrôle de la qualité en matière de sécurité. En raison de l'accessibilité accrue de la fabrication additive et de la diminution des coûts initiaux, certains individus font fi de leur responsabilité personnelle et des lois fédérales.

Par exemple, on craint de plus en plus qu'à mesure que la technologie d'impression 3D s'améliore, la capacité des individus à passer outre les lois sur l'enregistrement et à imprimer leurs propres armes à feu et pièces d'armes.

Non seulement cela est dangereux au sens évident du terme, mais l'absence de tests de qualité dans ce scénario signifierait également une probabilité plus élevée de défaillance du produit, ce qui entraînerait encore plus de risques pour la santé et la sécurité. Ce même problème existe dans les industries de la santé : si certaines pièces d'appareils médicaux sont imprimées en 3D en masse pour être plus accessibles et plus abordables, elles doivent aussi avoir la plus grande assurance de durabilité et de haute performance.

Les 7 types de fabrication additive

Il existe sept types de fabrication additive, même si, au fur et à mesure que la technologie s'améliore, la catégorisation et la dénomination évoluent parallèlement à l'innovation.

1. L'injection de liant

Ce type d'impression 3D consiste à appliquer une solution de liant adhésif sur des couches de poudre de céramique ou de métal dans la section transversale à l'aide d'un procédé de type jet d'encre.

schéma du procédé de projection de liant

2. Dépôt par énergie dirigée (DED)

Ce type de fabrication additive utilise un faisceau laser pour faire fondre des morceaux de métal (ou de la poudre métallique) en une couche de matériau. Cette catégorie comprend également le soudage à l'arc sous gaz et la fabrication de formes libres à l'aide d'un faisceau d'électrons.

Schéma DED

3. Extrusion de matériaux

La forme la plus connue de fabrication additive accessible est l'extrusion de matériaux, qui applique un filament de plastique en fines couches pour créer un produit final. Elle est réalisée à l'aide d'une machine de fabrication de filaments fondus (FFF). Ce type de machine AM est peu coûteux (environ quelques centaines de dollars) et peut être utilisé pour des applications domestiques, mais il présente des limites importantes quant à la taille, l'orientation et la fonctionnalité durable des objets qu'il peut créer.

Machine FFF

4. Fusion sur lit de poudre

Cette technique utilise le frittage laser, la fusion laser et la fusion par faisceau d'électrons pour fusionner des métaux et des polymères. Cette fusion s'effectue dans un lit de poudre pour un meilleur support temporaire.

Schéma de fusion du lit de poudre

5. Laminage de feuilles

Dans ce domaine de la fabrication additive, des matériaux moins chers comme le papier, le plastique et les métaux sont collés avec de la colle en fines couches et pressés fermement jusqu'à ce qu'ils soient collés. Une lame en tungstène peut effectuer les dernières coupes détaillées du produit final.

schéma de laminage des feuilles

6. Stéréolithographie

Également connue sous le nom de "polymérisation en cuve", la stéréolithographie est le processus de durcissement d'un matériau liquide - tel que les résines - en un solide à l'aide de la lumière ultraviolette (UV). L'exposition contrôlée à la lumière provoque une polymérisation ; des liaisons covalentes se forment entre les couches de matériau ajouté et renforcent le produit.

schéma de stéréolithographie

7. Jet de matériau

Cette technique de fabrication additive est très similaire au jet de liant, mais dans cette version, le matériau ajouté est ajouté goutte à goutte dans une couche semblable à de la cire directement sur l'objet en production, sans lit granulaire de poudre comme support. Cette méthode est assez peu coûteuse par rapport aux autres, mais produit un objet final plus faible.

schéma de projection des matériaux

Comment choisir la bonne méthode de fabrication additive ?

Par nature, la fabrication additive est un joker qui peut remplir presque tous les rôles qu'on lui demande. Pour cette raison, il est préférable de travailler logiquement à rebours.

En d'autres termes, ne vous demandez pas ce que vous pouvez faire pour promouvoir la fabrication additive, mais ce que la fabrication additive peut faire pour vous.

Bien sûr, vous pouvez mettre à niveau toutes vos machines industrielles avec les dernières versions des imprimantes 3D, mais la meilleure perspective sur la fabrication additive est de la considérer comme un couteau suisse, applicable dans presque tous les scénarios qui nécessitent une solution personnalisée et individuelle.

N'oubliez pas non plus de sortir des sentiers battus - euh, du lit d'impression 3D - lorsque vous envisagez des solutions, car on ne sait jamais quand une nouvelle application 3D catalysera une nouvelle méthode de fabrication additive, alors n'hésitez pas à expérimenter !

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