Comment l'impression 3D complète réellement le moulage par injection plastique

En tant que personne qui a passé ma carrière dans le monde de la fabrication, j'ai observé la conversation autourImpression 3Detmoulage par injection en plastiquePendant des années, les deux ont été opposés l'un à l'autre: "Le Nouveau contre l'Ancien", "La Flexibilité contre le Volume", "Le Disrupteur contre le Roi".

C'est une façon fondamentalement erronée de voir le marché.

Impression 3D (fabrication additive)n'est pas un substitutmoulage par injection en plastiqueC'est la technologie complémentaire la plus puissante qui ait émergé de ma vie. Elle ne remplace pas le roi; elle le rend plus rapide, plus intelligent et plus agile.

Pour mes clients et dans mes propres projets, je ne les vois plus comme un choix "ou/ou". Je les vois comme un partenariat "quand et comment".offrant une vitesse incroyableLa fabrication additive, quant à elle, est un procédé de fabrication qui permet d'obtenir des résultats de qualité et de fabrication de qualité.est le champion de la vitesse à la première partie, la complexité, et l'économie de faible volume, sans coûts d'outillage à amortir.

La vraie magie se produit quand vous arrêtez de les comparer et commencez à les intégrer.Technologie d'impression 3D dansa)procédé de moulage par injection de plastiqueC'est ainsi que les fabricants modernes gagnent, c'est ainsi que j'ai vu des entreprises réduire leurs coûts de développement, arriver sur le marché en un temps record et construire des lignes de production plus efficaces et automatisées.

Ce billet est ma plongée profonde dans cette puissante synergie. Je dépasse la simple ligne "Utiliser l'impression 3D pour les prototypes". Je vais vous montrer les quatre avancées,Les deux technologies travaillent en équipe..

1Le changeur de jeu: l'outillage rapide (3 modèles imprimés en 3D)

C'est la façon la plus directe et la plus révolutionnaire dont l'impression 3D prend en charge le moulage par injection.Au lieu de dépenser des semaines et des dizaines de milliers de dollars à la machine CNC un moule complexe en acier ou en aluminium juste pour les testsJe peux imprimer en 3D un moule en quelques heures, pour une fraction du coût.

C'est ce qu'on appelle dans l'industrieoutillage rapide.

Un moule imprimé en 3D est généralement un insert de moule ou un moule complet (noyau et cavité) qui est placé dans une base de moule universelle en aluminium.Cet outil imprimé est ensuite placé directement dans une machine à injection standard.

Je peux ensuite tirer du plastique de qualité de production comme l'ABS, le PP ou le Nylon dans ce moule imprimé pour créer de vraies pièces fonctionnelles.

Pourquoi c'est si puissant

Les bénéfices que j'ai constatés de première main sont stupéfiants:

• Réduction massive des coûts:Un moule imprimé en 3D peut coûter 100 à 1 $.000Un moule d'aluminium simple commence à 2 $.000Dans une étude de cas, une entreprise a économisé 97% sur les coûts d'outillage pour une série de 6000 pièces en utilisant un moule imprimé en 3D.

• Une vitesse incroyable.Je peux concevoir un moule le matin, le faire imprimer en 3D l'après-midi, et injecter des pièces le soir. Comparez cela au délai de 4 à 8 semaines pour un moule traditionnel.Cela réduit les délais de développement de produits de mois à jours.

• Vérification de la conception réelle:C'est le point le plus critique. Les prototypes sont une chose, mais ils ne vous disent pas sur leprocédé de fabricationUn moule imprimé en 3D me permet de valider monconception du moulageJe peux tester:

  • Le débit:Comment le plastique fondu remplit-il la cavité?

  • Déformation:La pièce se refroidit-elle et se déforme-t-elle de façon inattendue?

  • Localisation de la porte:Mon portail est-il au bon endroit, ou laisse-t-il une tache ou crée-t-il des problèmes de débit?

  • Marque d' éjecteur:Est-ce que lesépingle d'éjectionles emplacements corrects pour démouler la pièce de façon propre?

Trouver un défaut dans un modèle 3D est facile. Trouver un défaut dans un moule en acier de 50 000 $ est un désastre.la conception du moule lui-mêmeDeux ou trois fois par semaine, jusqu'à ce que ce soit parfait.

Une étude de cas en action: l'AMRC et le Warping

Un exemple parfait du monde réel provient du Centre de recherche en fabrication avancée (AMRC) de l'Université de Sheffield. Ils ont entrepris un projet d'impression 3D d'un outil de moule en polymère.Leur première tentative avec une imprimante à base de résine a entraîné une déformation significative après le processus de durcissement, rendant le moule inutile.

Au lieu d'abandonner, ils ont répété.Technologie d'impression 3D(Santé au laser sélectif, ouLe SLSLe moule est fabriqué à partir d'un matériau différent (nylon 11), plus résistant et moins fragile.encoreIl a montré quelques problèmes de planéité, ses propriétés mécaniques supérieures lui ont permis de résister aux forces de serrage de laprocédé de moulage par injectionIls ont réussi à produire une pièce moulée.

C'est la puissance de l'outillage rapide en un mot: ils ont découvert et résolu de multiples problèmes d'ingénierie complexes (choix de matériau, déformation,La première étape consiste à réaliser une analyse de la géométrie des pièces en une fraction du temps et des coûts qu'il aurait fallu pourfabrication traditionnelle.

Choisir la bonne technologie d'impression 3D pour les moules

Toutes les imprimantes 3D ne sont pas créées égales pour cette tâche. Le choix dépend du détail de la pièce requise, de la longévité du moule et de la température du plastique injecté.

2Compléter le vide: outillage de pont et production à faible volume

La deuxième façon dont j'utilise ces technologies ensemble est pour ce qu'on appelle"outillage de pont"ou"fabrication de ponts".

Imaginez ce scénario: votre conception de produit est finalisée. Vous avez utilisé des outils rapides pour perfectionner le moule. Maintenant, vous avez commandé votre moule de production en acier trempé de 80 000 $, mais le délai de livraison est de 12 semaines.Vous le faites?- Je ne sais pas.

A) Attendre trois mois sans produit, permettant aux concurrents de rattraper leur retard?

B) Lancer votre produit et commencer à vendre maintenant?

La réponse est B. Et la façon dont je le fais est avec des outils de pont.

Un outil "pont" est un moule imprimé 3D plus robuste (ou un moule en aluminium usiné rapidement) conçu pour produire le premierréelIl "remplit" le fossé entre prototypage et production de masse.

Ce n'est pas pour 10 à 50 pièces.000Un moule MJF ou SLA de haute qualité peut absolument gérer ces quantités.

La valeur stratégique du pont

Cette stratégie est plus qu'une simple vitesse, c'est un avantage commercial fondamental.

• Allez au marché d'abord:Je peux avoir mon produit sur les étagères des magasins ou l'expédier aux clients pendant que ma concurrence attend toujours que leurs outils soient fabriqués.

• Générer des revenus précoces:Je peux commencer à générer des flux de trésorerie de mon produitAujourd'huiCes revenus peuvent aider à payer les outils coûteux de production de masse qui sont encore fabriqués.

• Test du marché réel:C'est une façon brillante et peu risquée de tester un produit. au lieu de s'asseoir sur un moule de 80 000 $ et 100 000 unités d'inventaire,Je peux faire un lot de 5.Cela me permet d'évaluer la demande réelle du marché avant de m'engager dans des investissements massifs.

• Activer le réglage des versions du produit:Je peux lancer "Widget v1.0" avec un outil de pont. pendant que c'est à vendre, je peux recueillir les commentaires des clients, faire quelques ajustements de conception, et imprimer unnouveauCette approche agile et itérative du matériel est impossible avecfabrication traditionnelle.

Une étude de cas réalisée par Interroll, une entreprise qui avait besoin d'un composant de boîtier en plastique, l'a parfaitement mis en évidence.les deuxAvec l'impression 3D et le moulage par injection, ils pourraient maintenir leur approvisionnement stable, gérer les coûts et rester flexibles, en utilisant le bon processus pour la demande à tout moment.

3Le héros inconnu: Jigs et accessoires imprimés en 3D

C'est l'une des applications les plus pratiques et les plus rentables de l'impression 3D dans un atelier de moulage, mais elle reçoit le moins d'attention.

Le...procédé de moulage par injectionLa pièce a souvent besoin d'être refroidie, vérifiée, assemblée ou d'avoir des opérations secondaires effectuées sur elle.On utilise des jouets et des appareils..

• Je vous en prie.Guide d'un outil (par exemple, guide de forage, guide de taille).

• Les équipements:Conserver une pièce dans un emplacement spécifique et répétable (par exemple, un appareil de refroidissement, un nid de montage, un appareil d'inspection QC).

Traditionnellement, ces outils étaient méticuleusement usinés à partir d'aluminium ou d'acétal (Delrin).les éloigner du travail à forte valeur ajoutée (comme la fabrication de moules).

Aujourd'hui, je les imprime en 3D.

Pourquoi j'imprime en 3D tous les appareils

Quand je marche dans une boutique moderne, l'impact est évident.

• Vitesse et coût:Un mécanicien peut passer une journée entière et 200 $ en matériaux pour fabriquer un appareil de montage complexe. Je peux imprimer le même appareil en une nuit pour environ 30 $ en matériel.une entreprise de fabrication, réduit de 80% le temps de mise en place de la machine grâce à l'utilisation de dispositifs de maintien du travail imprimés en 3D.

• Ergonomie et poids:Les appareils d'aluminium usinés sont lourds. Pendant un quart de travail de 8 heures, un opérateur soulevant cet appareil des centaines de fois éprouvera de la fatigue. Je peux imprimer en 3D le même appareil en utilisant un matériau commeMachinerie CNC-ABS de qualité ou Nylon rempli de fibres de carbone, ce qui le rend 70-90% plus léger.

• Conformité parfaite:Unepartie mouléeL'impression en 3D est un processus complexe, mais il est difficile de fabriquer un appareil qui s'adapte parfaitement à cette forme complexe.Je prends juste la partie originale.Modèle 3D, soustraire à partir d'un bloc dans mon logiciel de CAO, et j'ai un nid parfait, personnalisé.

• Iteration en vol:Un ingénieur de l'usine d'Audi a noté que l'impression 3D leur permet de fabriquer des outils rapidement et de répondre aux demandes spécifiques de collègues sur la chaîne de montage."Cet appareil serait mieux si cette poignée était inclinée différemmentJe peux faire ce changement sur l'ordinateur et avoir un nouvel outil amélioré dans leurs mains le lendemain matin.vraimentune ligne de production efficace et heureuse.

Des entreprises comme Polaris et Medtronic ont rapporté des économies massives et des gains d'efficacité de la mise en œuvre de cette stratégie.la vitesseLa productivité est énorme.

4Le facilitateur d'automatisation: outillage de bout de bras imprimé en 3D (EOAT)

Le quatrième domaine est une extension des jeux et des appareils, mais pour les robots.

Dans un monde moderne et automatisé,injection en plastiqueUne cellule de moulage, un bras robot s'élance, attrape la pièce (ou les pièces) du moule, et les déplace à la station suivante (comme une station de coupe, une caméra de contrôle qualité, ou une bande transporteuse).La "main" de ce robot s'appelle leOutil d'extrémité du bras (EOAT).

Cet EOAT est une pièce d'ingénierie sur mesure.

• Des appareils de détection des eaux usées

• autres appareils à sous-vêtements

• Capteurs de détection de la pièce

• Des lames à tétons pour couper le coureur

C'était un gros goulot d'étranglement, chaque fois qu'un produit changeait de conception, ou qu'un nouveau projet débutait, il fallait attendre des semaines pour un nouveau.EOAT coûteux à usiner.

Comment l'impression 3D révolutionne l'automatisation du moulage

L'impression 3D brise ce goulot d'étranglement et ouvre de nouvelles possibilités de conception.

• La légèreté est la clé:Un bras robotisé a une charge utile maximale. Plus l'EOAT est lourd, moins il reste de "charge utile" pour le robot.partieEn imprimant en 3D l'EOAT à partir de polymères légers, je peux réduire considérablement son poids.qui réduit directementTemps de cyclede l'ensembleprocédé de fabricationEn réduisant même une demi-seconde d'un cycle de 15 secondes, on obtient des milliers de dollars de bénéfices sur un million de pièces.

• Consolidation et géométrie complexe:C'est là qu'il devient vraiment élégant. Un EOAT traditionnel a le corps principal, plus des supports séparés, des tubes et des tuyaux pour toutes les gobelets sous vide et les pinces pneumatiques.Avec impression 3D (en particulier SLS ou MJF)Je peux concevoir tous ces canaux d'air.directement dans le corpsCe qui était autrefois 20 pièces séparées devient un seul composant imprimé en 3D. C'est plus léger, a moins de points de défaillance, et est incroyablement rapide à assembler.

• Des poignées personnalisées:Tout comme avec les appareils, je peux concevoir des pinces qui sont parfaitement moulées à la forme complexe de ma pièce.qui est essentiel pour les pièces optiques transparentes ou les surfaces cosmétiques qui ne peuvent pas être rayées.

• Prototypage rapide pour l'automatisation:Lors de la conception d'une nouvelle cellule automatisée, je peux imprimer en 3D trois conceptions différentes d'EOAT en une seule journée et les tester sur le robot.Je peux rapidement savoir lequel fournit la prise la plus fiable et le temps de cycle le plus rapideCela réduit les risques du processus d'automatisation et est impossible avecfabrication traditionnelle.

Verdict final: Arrêtez de comparer, commencez à intégrer

Le débat deLe moulage par injection de plastique par rapport à l'impression 3DLa communauté professionnelle connaît la réponse: vous avez besoin des deux.

Les considérer comme des concurrents, c'est comme se disputer entre posséder une clé anglaise et un tournevis: ils sont différents outils pour différents travaux, et tout constructeur sérieux a besoin des deux dans sa boîte à outils.

Mon flux de travail est un parfait exemple de cette nouvelle réalité intégrée:

1. J'utiliseImpression 3D (FDM/SLA)créer les prototypes conceptuels initiaux pour les contrôles de forme et d'ajustement.

2. J'utiliseImpression 3D (SLA/MJF)de créerUtilisation rapide(un moule imprimé) pour valider ma conception de moule etprocédé de fabricationavec 100 à 500 pièces dans ledéfinitivela production de plastique.

3. J'utilise ce moule commeOutils de pontpour lancer les 5 000 premières unités, mettre mon produit sur le marché et générer des revenus 10 semaines avant le calendrier.

4. Pendant ce temps, j'utiliseImpression 3D (SLS/FDM)pour créer toute la coutumeles engrenages, les fixations et les EOATJ'en aurai besoin pour mon assemblage automatisé et ma ligne de contrôle qualité.

5. Quand mon moule de production d'acier durci arrive, il estJe suis déjà là.Ma ligne d'automatisation estJe suis déjà là.Je peux le brancher et le faire évoluer en millions de pièces sans temps d'arrêt.

C'est le nouveau processus.Impression 3Dn'est pas en concurrence avecmoulage par injection en plastique; il le rend plus rapide, moins cher, moins risqué et plus efficace que jamais.