Produire des pièces « non moulables » avec l’impression 3D

Dans la présentation de la Virtual Engineering Week, How Do You Prototype & Produce the Unmoldable ?, l’histoire de la production d’un produit de consommation difficile à mouler à l’aide de la technologie d’impression 3D a été racontée sous trois angles : l’OEM du produit, le fabricant de composants et l’imprimante, et le fournisseur de technologie d’impression 3D.

Gage Cutler, propriétaire de FinMan Fishing Innovations, a eu une excellente idée pour un nouveau produit qui aiderait à résoudre les problèmes rencontrés par les gens lors de la pêche. Ce n’est pas une histoire de poisson, c’est l’histoire d’une technologie de fabrication additive offrant un produit flexible, durable et complexe qui n’aurait peut-être pas été possible avec la fabrication traditionnelle.

Le FinMan Original est un outil monté sur tige qui tranche, coupe et range le matériel. Il a une conception complexe, ce qui a rendu la fabrication un défi. « Pour référence, les pièces mesurent environ 1¾ po de long, environ ½ po de haut, et rien qu’en les regardant, vous pouvez voir qu’il y a une tonne de détails », a déclaré Cutler. Une autre grande exigence pour le produit est qu’il soit flexible, mais solide.

L’esthétique était également une considération car le produit est censé ressembler à un poisson.

En ce qui concerne la fabrication du FinMan, Cutler a déclaré que lui et son ingénieur ne voulaient pas être limités par les contraintes de fabrication traditionnelles qui auraient porté atteinte à la fois à la fonctionnalité et aux qualités esthétiques du produit.

« C’est vraiment ce qui m’a poussé dans l’impression 3D », a-t-il déclaré. « Par exemple, d’un point de vue financier, je ne voulais pas avoir à dépenser 15 000 $, 20 $, 25 000 $ pour une pièce Gen 1, puis vouloir immédiatement passer à une Gen 2 et devoir payer pour une autre Moule à 20 000 $ », a-t-il expliqué. « Avec l’impression 3D, il s’agissait de frais d’ingénierie non récurrents de 250 $ pour modifier le fichier numérique », a-t-il déclaré, permettant aux pièces de Gen 2 d’être traitées le lendemain, si nécessaire.

Le délai de mise sur le marché a également été réduit, a-t-il déclaré. « Nous avons pu utiliser la même technologie, du prototype à la production, vraiment à n’importe quelle échelle », a-t-il déclaré. Cela permettrait également des opportunités de personnalisation, ce qui, selon Cutler, ouvre des opportunités de marque blanche et de marque privée pour son entreprise.

John Gallagher, président de Gallagher Corp, a décrit le processus de fabrication de FinMan. La première chose qu’ils ont examinée était certaines caractéristiques de conception, dont la première était la texture. Une autre chose était la largeur d’une fente horizontale au bas du FinMan où une lame de rasoir est insérée.

« Cette fente mesure 1 pouce de long et 0,0048 pouce de large, et nous maintenons cette largeur à mieux que +/- 0,005 pouce », a déclaré Gallagher. « Au début, on ne savait pas quelle largeur était nécessaire pour obtenir le bon ajustement pour la lame de rasoir. Nous avons donc utilisé le prototypage pour examiner différentes largeurs de fente.

Gallagher a mentionné qu’ils voulaient également ajouter un logo au bas du FinMan et ont fait quelques itérations rapidement pour voir ce qui semblait le mieux. « Nous imprimons de la même manière, le même processus, le même matériau, que nous fabriquions des prototypes ou des pièces de production », a-t-il déclaré. « Je pense que tout le monde reconnaît les avantages de l’impression 3D pour les prototypes, mais ils sont parfois surpris que l’impression 3D puisse être une option viable pour la production.

Gallagher a expliqué que son entreprise évalue la viabilité de la production de trois manières. D’abord, a-t-il dit, c’était l’efficacité. « La taille de la pièce se trouve-t-elle dans l’enveloppe de l’imprimante et la géométrie des pièces est-elle imprimable ? En supposant que vous répondiez oui aux deux, une impression efficace dépend du temps de cycle et du nombre de pièces par cycle », a déclaré Gallagher.

Le temps de cycle dépend de la hauteur de la pièce et le nombre de pièces par seconde dépend du nombre de pièces pouvant tenir sur la plate-forme. « Donc, en général, les choses qui sont de la taille de FinMan ou plus petites peuvent être produites efficacement », a-t-il déclaré.

La deuxième question porte sur l’économie. « Souvent, le point de comparaison ici est entre le moulage par injection et l’impression 3D », a déclaré Gallagher. « Tout est question de coût par pièce et je m’attends honnêtement à ce que l’impression 3D ait un coût de pièce plus élevé. » Cependant, il a déclaré que ce qui n’est probablement pas inclus dans le coût des pièces, c’est le coût de l’outillage, qui peut être important pour le moulage par injection, d’autant plus que les conceptions évoluent avec le temps.

Le coût du délai de livraison n’est pas non plus inclus dans ce coût de la pièce. Cela peut être important pour le moulage par injection, mais seulement quelques jours pour l’impression 3D, a-t-il déclaré. « Pour le moulage par injection, il peut falloir huit, douze, seize semaines rien que pour fabriquer le moule. Ainsi, économiser l’investissement initial dans l’outillage et gagner du temps est précieux. Et cela peut vraiment renverser l’avantage économique de l’impression 3D », a noté Gallagher.

Son troisième critère est que le matériau imprimé puisse répondre à des exigences telles que la résistance, la durabilité ou la capacité à supporter des températures élevées.

Gallagher a conclu ses remarques en disant que FinMan a répondu oui à toutes ces questions. « FinMan est un design que Gage avait même du mal à créer, et pourtant nous l’avons optimisé pour en imprimer 100 à la fois, dans un cycle d’impression de 105 minutes. »

Bob Gafvert, directeur commercial des partenariats de production chez Carbon, a ensuite parlé de ses années d’expérience dans le moulage par injection ainsi que dans la fabrication additive. Il a déclaré que lorsqu’on examine les matériaux, ce n’est pas seulement le coût qui doit être pris en compte, mais les performances mécaniques sont plus importantes.

Pour FinMan, parce qu’il devait être flexible et solide, ils ont fini par utiliser le polyuréthane rigide 70 de Carbon, qui est similaire à l’ABS, et a une classification de résistance aux flammes à combustion horizontale UL 94.

« L’avantage mécanique avec le produit de Gage avec un matériau en carbone est le processus par lequel le matériau passe », a déclaré Gafvert. « Ce sont des matériaux à double durcissement, c’est donc un matériau en deux parties, qu’il s’agisse d’un uréthane en deux parties ou d’un époxy en deux parties. »

Dans le processus de l’entreprise, la forme de la pièce est définie avec une lumière UV, puis elle est durcie dans un four thermique où les propriétés mécaniques sont définies, a déclaré Gafvert. «C’est là que les UV se réticulent en faisant croître la pièce à partir d’une résine liquide, à partir d’un fichier STL, et en tirant parti de toutes les différentes sections transversales en une pièce mécanique entièrement fonctionnelle, similaire à l’ABS.

« L’une des clés de ce processus, pourquoi Gage est capable d’avoir cette flexibilité et cette résistance, ce sont les propriétés isotropes de ce polyuréthane rigide 70 », a poursuivi Gafvert. « Le processus avec Carbon vous permet vraiment de développer une pièce isotrope car vous n’avez pas la stratification traditionnelle que vous faites avec l’additif traditionnel. Vous n’avez pas la porosité que vous avez avec, par exemple, un système de poudre. Lorsque vous travaillez avec du liquide, vous pouvez obtenir des pièces entièrement denses dans les dimensions X, Y et Z », a-t-il conclu.