Elements clefs à l’industrialisation de l’impression 3D, précision, fiabilité, vitesse, automatisation et répétabilité, sont quelques uns des qualificatifs employés par le fabricant américain 3D Systems pour décrire sa plateforme d’impression 3D industrielle Figure 4. Baptisé ainsi en référence au 4ème schéma publié en 1984 dans le brevet original de Chuck Hull pour sa technologie SLA, ce nouveau système de fabrication additive promet de changer radicalement la façon dont les pièces en plastique sont produites.
Jusqu’alors expédiée à un seul client, un industriel classé au Fortune 50, et commandée il y a peu par le département recherche de l’US Air Force, Figure 4 a été officiellement présentée à l’occasion du AMUG et RAPID + TCT 2018. Les visiteurs ont pu découvrir un système de production modulaire capable de combiner la puissance de plusieurs imprimantes 3D DLP (Digital Processing) et des bras robotiques. Similaire à la technique du SLA (stéréolithographie), le DLP est un autre procédé d’impression 3D par photopolymérisation qui rappelons-le se différencie par la projection, non pas d’un laser, mais d’une matrice de pixels, projetée sur une résine photosensible par un écran ou un rétroprojecteur.
Sur la papier, 3D Systems promet une capacité de production qui serait 15 fois plus élevée que les solutions concurrentes actuelles. Outre sa vitesse d’impression pouvant atteindre jusqu’à 65 mm / heure pour des pièces de production, et 100 mm / heure pour du prototypage, l’autre force de Figure 4 réside dans son automatisation. Comme le montre la vidéo ci-dessous, des bras robotisés permettent d’automatiser certaines tâches manuelles particulièrement répétitives. Une fois l’impression terminée, les pièces sont retirées par un robot pour être ensuite emmenées vers les modules de post-traitement, comprenant le lavage, le séchage et le durcissement.
Le caractère industriel de la plateforme se traduit également par sa modularité. Capable de s’adapter aux besoins du client, tel un couteau suisse Figure 4 se décline en trois unités différentes. Première configuration possible, la Figure 4 Production est une solution automatisée et configurable pour la fabrication directe à grand volume. Le traitement des matériaux y est automatisé et le post-traitement intégré, tels que le lavage, le séchage et de durcissement, de manière à réduire les processus manuels et rationaliser les opérations.
La Figure 4 Production est compatible avec un large éventail de matériaux, soit une trentaine de résines dédiées à divers usages et applications. Figure 4 RGD-BLK 10 pour la fabrication de composants automobile, ELAST-BLK, une résine élastomère de couleur noire pour les pièces flexibles, JCST-GRN pour la fabrication des moules à cire perdue, ou encore RGD-GRY 10, un matériau haute vitesse pour des itérations de conception rapides jusqu’à 100 mm / heure.
La Figure 4 Modulaire est une solution de production évolutive conçue pour s’adapter aux volumes. Elle est particulièrement pertinente pour les entreprises qui n’utilise qu’une seule ligne de production pour produire une multitude de pièces. Avec sa solution de post-traitement centralisée et son système de recharge matériau automatisé, Figure 4 Modulaire est capable de soutenir un rendement de production moyen à élevé. La plateforme permet l’impression et l’expédition le même jour pour le prototypage et la production 3D dans de nombreux matériaux et tailles. A raison de quatre moteurs d’impression dans chaque module, l’unité principale peut contrôler jusqu’à 24 moteurs.
« Le moulage numérique supprime totalement le processus d’usinage, passant directement de la conception CAO à la fabrication »
Plus abordable, la configuration Figure 4 Standalone (autonome) vise la production à faible volume et le prototypage rapide. Capable de rivaliser avec la qualité du moulage à injection, mais sans les contraintes de temps et de coût de l’outillage, cette configuration est capable de produire plusieurs dizaines à plusieurs centaines de pièces par mois. Bien que fonctionnant avec une alimentation manuelle, la Figure 4 Standalone est complétée par des unités de post-traitement séparées disponibles pour le nettoyage, le séchage et le séchage.
Avec sa Figure 4, 3D Systems souligne les atouts du moulage numérique par apport au procédé traditionnel de moulage par injection. Caractérisée par des processus d’outillage longs et coûteux, l’injection montre en effet ses limites dès lors qu’il s’agit de sortir de la production de masse pour faire de la personnalisation, synonyme de flexibilité de conception et d’itération.
« Avec les méthodes traditionnelles, vous devez créer un outil temporaire, puis un outil dur et ainsi de suite, et chacune de ces phases comporte une autre étape de qualification. Dans le cas du moulage numérique, nous sommes en mesure de passer sans problème. Le moulage numérique supprime totalement le processus d’usinage, passant directement de la conception CAO à la fabrication. Cela signifie que les fabricants peuvent itérer les conceptions de pièces, les tester et les ajuster pour des performances optimales.»
La suppression du besoin en outillage mais aussi l’accélération de mise sur le marché, se traduit par une diminution importante des coûts de production pour les fabricants. En éliminant les étapes de fabrication associées à la fabrication traditionnelle, Figure 4 permet de réduire les coûts de main-d’œuvre, d’usinage, d’itération et d’essai. Pour démontrer l’efficacité de son système par apport aux procédés de moulage par injection traditionnels, 3D Systems a mené une étude comparative portant sur une grille d’aération pour automobile.
En utilisant la configuration à 8 moteurs de la Figure 4, l’impression a mis 92 minutes contre 15 jours si la pièce en utilisant le moulage par injection. En calquant cette vitesse à une configuration à 8 modules, 10 000 unités pourrait être produites en seulement 11 jours. A ce stade, à titre de comparaison le moulage par injection en serait encore à la conception de l’outillage. « Il convient de noter que le processus de moulage par injection pourrait éventuellement rattraper le taux de production, chaque pièce prenant en moyenne 55 secondes à fabriquer. » Précise 3D Systems.
Selon les tests menés et en intégrant les coûts liés à la CAO et la main-d’œuvre, la pièce automobile imprimée avec Figure 4 ne coûterait que 121 $, contre 4 315 $ par moulage par injection. En supprimant complètement le besoin en outillage, la plateforme de 3D Systems supprime également un coût d’outillage interne de 4 850 $ qui aurait été nécessaire par le moulage par injection. Disponible ici sur devis, la Figure 4 est proposée à partir de 25 000 $ jusqu’à 1 million $ selon le configuration choisie.
