Point de pivot : impression 3D vs moulage par injection

Sarah Goehrke | 03 novembre 2022

L'impression 3D a d'abord fait la une des journaux en tant que technologie mi-Star Trek, mi-tout le monde qui a apporté la science-fiction à la table de la cuisine. Les reportages médiatiques survoltés ont positionné la technologie comme un processus "n'importe qui peut fabriquer n'importe quoi". Sans surprise, aucun processus de ce type n'existe avec la précision d'un bouton-poussoir. Les perceptions dominantes se sont estompées, rejetant la technologie.

L'impression 3D d'aujourd'hui est une suite incontestablement industrielle, cependant, avec une efficacité de niveau de production atteignable. Parallèlement aux processus, les façons dont nous nous référons à la technologie ont mûri. L'« impression 3D » ou le « prototypage rapide » d'origine ne sont plus l'expression utilisée dans la plupart des laboratoires professionnels ; désormais, la "fabrication additive" ou, plus simplement, la fabrication additive, est la terminologie de référence, plaçant ces processus couche par couche carrément dans le domaine de la fabrication.

Ce qui avait été des promesses exagérées il y a une dizaine d'années sont désormais des livrables : la production, l'échelle, la qualité, la validation et le volume sont désormais des réalités d'utilisation finale.

Dans certains cas.

Comme pour tout outil d'une boîte à outils, la nuance est essentielle à l'application appropriée de la solution au défi. Quand tout ce que vous avez est un marteau, après tout, tout ressemble à un clou. La boîte à outils d'aujourd'hui est nettement plus robuste, nous laissant avec des options et les moyens de prendre des décisions éclairées : Quand ai-je besoin d'un marteau ? Quand ai-je besoin d'autre chose ?

Plus précisément : quand ai-je besoin d'un moulage par injection et quand ai-je besoin d'une impression 3D ?

Le moulage par injection (IM) a fait ses preuves depuis des décennies. Breveté à la fin des années 1800, l'IM a explosé des décennies plus tard alors que la Seconde Guerre mondiale exigeait une production à faible coût et à grand volume. On peut difficilement dire qu'elle ait ralenti depuis. Presque omniprésente dans les environnements de fabrication modernes, la messagerie instantanée est peut-être mieux décrite comme le diable que vous connaissez ; il a ses défauts et ses limites, mais il est familier et généralement fiable. Cependant, IM pourrait-il être remplacé par le nouveau venu AM ?

Échelle, vitesse, uniformité - le moulage par injection coche les bonnes cases pour une production à grand volume. Capable de gérer de manière fiable une vaste gamme de matériaux, le moulage par injection offre prévisibilité et qualité.

De plus, plus le processus est utilisé, plus de pièces sont produites et plus la solution devient rentable.

Bien qu'une configuration de messagerie instantanée puisse représenter un énorme investissement initial, le retour sur investissement est énorme à mesure que son utilisation évolue. En effet, des recherches évaluées par des pairs indiquent que "le moulage par injection est le meilleur moyen de produire en masse de petits composants polymères précis aux formes complexes".

Le moulage par injection est un processus de fabrication bien compris et incontournable, mais il n'est naturellement pas sans limites. La courbe d'apprentissage et les dépenses liées à la mise en place d'une installation de messagerie instantanée sont importantes, tout comme le temps d'accélération nécessaire à la production d'une nouvelle conception.

Bien connu qu'il soit, le processus de conception pour la fabrication d'IM est long et souvent non linéaire. En tant que technologie basée sur le moulage, IM s'appuie sur des moules amovibles, qui étouffent la capacité de concevoir pour un faible nombre de pièces et des géométries internes complexes. De plus, la création de ces moules peut ajouter des semaines à des mois à un calendrier de production.

Dans l'ensemble, IM peut produire de manière fiable des pièces de qualité connue en grande quantité, mais cela prend un certain temps. Lorsque des séries de produits d'utilisation finale à faible volume sont nécessaires, le moulage par injection peut ajouter du temps et des coûts de moulage qui contrebalancent le retour sur investissement souhaitable.

Avec l'arrivée de nouvelles solutions sur le marché et la preuve de leurs prétentions, le moulage par injection est sur le point de perdre une partie de sa domination dans la production.

Le nouveau venu sur le bloc de production, l'impression 3D, peut être une rencontre passionnante - de nouvelles formes, des formes complexes, une production à grande valeur/faible volume, le tout construit couche par couche selon des normes de plus en plus exigeantes. Imaginée depuis le 19e siècle, avec des brevets modernes remontant aux années 1980, l'impression 3D repense la fabrication dès la première couche. Plus de surveillance, de normes et de validation voient la technologie se déplacer davantage dans le monde de la production et enfin, commencer enfin à remplir ce qui avait été exagéré au début des promesses.

Avec des capacités dans les polymères, les métaux, les pâtes et même les biomatériaux, il y a peu de domaines matériels que l'impression 3D n'a pas commencé à explorer. Il y a, naturellement, un gouffre considérable entre l'exploration en laboratoire et l'application dans le monde réel, et c'est celui que l'impression 3D a commencé à combler proprement.

La production de masse avec l'impression 3D fait des percées dans des domaines où cela a un sens commercial, les aides auditives étant le domaine le plus important d'adoption précoce et généralisée. Les consommateurs marchent sur des chaussures avec des semelles intercalaires imprimées en 3D, achetées au détail, ou avec des semelles intérieures personnalisées conçues pour s'adapter à leurs pieds via une application pour smartphone. Les produits médicaux, comme les prothèses et les orthèses, peuvent également être fabriqués spécifiquement pour un porteur. Produite avec des techniques traditionnelles, l'impression 3D complète un processus global pour créer des produits d'utilisation finale de nouvelle génération.

Les avantages de la FA pour la production sont nombreux. Des structures internes complexes peuvent être incorporées directement dans une seule pièce finie car le produit complet est fabriqué en une seule fois, ce qui réduit le nombre de pièces ainsi que les points faibles de connexion. L'allègement, comme avec des structures en treillis ou simplement grâce à un nombre réduit de pièces, est souhaitable dans les industries soucieuses du poids comme l'aérospatiale et l'automobile, où chaque once compte. Un délai de mise sur le marché plus rapide est également une considération primordiale, car les imprimantes 3D peuvent localiser la production. Il est important de noter que l'impression 3D évite également le besoin d'outillage, supprimant une étape chronophage de nombreux processus de fabrication. De plus en plus de matériaux validés arrivent sur le marché tout le temps, apportant des matériaux familiers à une nouvelle écurie.

De plus, la production de ponts montre de plus en plus sa valeur alors que l'impression 3D commence ce que le moulage par injection peut finir à grande échelle. Particulièrement critique pendant les premiers jours de la pandémie de COVID-19, lorsque les équipements de protection individuelle (EPI) et les pièces nécessaires pour les ventilateurs étaient rares et que la demande était maintenant élevée, l'impression 3D s'est intensifiée pour équiper les professionnels de la santé et les patients avec ce dont ils avaient besoin pendant que la messagerie instantanée s'accélérait pour répondre à une demande plus large. Certains restent utilisés, car l'impression 3D peut améliorer l'efficacité des dispositifs de test.

La FA reste une technologie naissante, malgré toute sa croissance et sa maturation récentes. L'adoption de la technologie pour la première fois nécessite une courbe d'apprentissage majeure, car les concepteurs de produits connaissant bien le DFM ont un nouvel ensemble de compétences à acquérir dans le DfAM - la conception pour la fabrication additive. Les secteurs averses au risque où la validation est critique et les nouvelles installations coûteuses en termes de formation et d'investissement hésitent à adopter avant de comprendre un retour sur investissement complet. Souvent, l'adoption repose sur un seul champion interne, et les départements utilisant la FA ont tendance à fonctionner comme une sorte de startup au sein d'une entreprise établie.

Pour tous les nouveaux matériaux entrant dans la FA - avec des géants comme Arkema, BASF, Evonik, Henkel, Sabic et bien d'autres plongeant leurs orteils dans les eaux imprimées en 3D - le portefeuille global est exponentiellement plus petit par rapport à ce qui est disponible pour la fabrication traditionnelle.

Les normes, bien qu'elles entrent davantage en jeu, sont également à la traîne. De nombreux adoptants potentiels ne peuvent même pas envisager l'impression 3D, car la défense et d'autres organisations mandatées par le gouvernement sont limitées dans la portée des processus sur la table. Jusqu'à ce que davantage de normes soient reconnues et que davantage de soutien vienne de tous les niveaux - comme avec l'initiative 2022 AM Forward du président Biden élargissant sa portée aux niveaux national, local et international - l'adoption restera inférieure à ce qui est théoriquement possible.

À bien des égards, AM reste une quantité inconnue. Moins de matériaux, une adoption plus faible, moins de formation et des vitesses absolues par pièce plus lentes se combinent en une formule difficile à adopter. La perception de certains « grands acteurs » de conserver leur investissement dans la FA et de l'utiliser près du gilet comme une « sauce secrète » secret concurrentiel empêche également de nombreux fournisseurs de FA de vanter leurs plus grandes réussites.

Le plus grand avantage de la fabrication additive est peut-être aussi son plus grand inconvénient : le point idéal est la production à grande valeur et à faible volume. Ceci est contrebalancé par le sweet spot du moulage par injection, qui est tout le contraire.

Alors, quand serait-il judicieux de passer de l'IM à l'AM - et quand cela ne l'est-il pas ?

Une liste de contrôle rapide indiquant quand il est logique de faire pivoter la production vers la FA inclurait des pièces appartenant à certaines de ces catégories :

La chose la plus importante à garder à l'esprit lors de l'adoption de la FA est simple : ce n'est pas parce que vous pouvez que vous devez toujours le faire. Il est plus logique de s'en tenir au moulage par injection pour :

Le cas d'utilisation le plus solide pour tout processus de fabrication est, au fond, simple. Utilisez ce qui a du sens. Il n'y a pas de solution unique pour relever tous les défis. Chaque pièce, chaque produit d'utilisation finale, a des spécifications uniques et, dans un monde idéal, devrait être abordé individuellement. Prenez le temps de comprendre les besoins exacts, d'explorer les solutions disponibles et de vous concentrer sur ce qui convient le mieux à votre application en termes de dépenses, de temps, d'expertise et de produit final.

Établir et comprendre le seuil de rentabilité du coût par rapport à la quantité éclairera souvent la décision d'adopter quel processus de fabrication. Les considérations diffèrent évidemment des tailles de lot de 2 à 25 à 250 à 250 000.

Comme le soulignent certaines des plus grandes applications d'aujourd'hui, comme la semelle intercalaire imprimée en 3D d'adidas, la meilleure solution ultime consiste à utiliser les technologies qui ont du sens là où elles ont du sens. Il s'agit souvent d'une solution complémentaire plutôt que d'une solution alternative. Les moules d'injection imprimés en 3D, par exemple, offrent une combinaison intéressante de caractéristiques souhaitables pour une solution d'ajustement globale.

A propos de l'auteur

Sarah Goehrke est la fondatrice de la société de services contractuels spécifiques à la FA Additive Integrity ; siège au conseil d'administration et à la tête de DEI chez Women in 3D Printing ; et siège au conseil consultatif de l'Additive Manufacturing Coalition. Elle se concentre dans l'industrie de la fabrication additive sur les progrès de la diversité, de la durabilité et du positionnement de l'écosystème avec un accent accru sur la messagerie. Goehrke est un leader de l'industrie de l'impression 3D depuis 2014, occupant auparavant le poste de rédacteur en chef de Fabbaloo ; rédacteur en chef de 3DPrint.com ; et directeur principal, communications stratégiques et écosystèmes chez le leader de l'impression 3D ultrarapide Nexa3D. Grâce à Additive Integrity, elle a travaillé avec plus de deux douzaines d'entreprises de l'industrie, a contribué à des publications telles que Forbes.com et a prononcé des discours sur trois continents. Elle est profondément et activement passionnée par la promotion de la diversité, de l'équité et de l'inclusion dans l'industrie de l'impression 3D. Goehrke est titulaire d'un baccalauréat en anglais et en théâtre du Muskingum College, ainsi que d'un certificat en diversité et inclusion pour les RH de l'Université Cornell.

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