En noir, moule imprimé en 3D à l’aide la technologie d’impression 3D granulés grand format de 3D Systems (crédits photo. 3D Systems)
*Tribune de Clay Guillory, directeur de la division Titan chez 3D Systems
Pour faire face aux pressions croissantes de la chaîne d’approvisionnement, les fabricants se tournent vers la fabrication additive pour créer plus rapidement des produits de qualité à coût réduit. Des entreprises de thermoformage plastique ont découvert comment tirer parti de l’impression 3D par extrusion grand format en utilisant des granulés de plastique à faible coût et obtenir un avantage concurrentiel. Elles produisent en effet des moules de thermoformage de taille moyenne à grande en moins de la moitié du temps et à une fraction du coût par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication de moules. Comment les entreprises peuvent-elle tirer parti de la fabrication additive pour rendre les processus traditionnels de mise sous vide et de thermoformage plus rapides, plus rentables et plus souples ?
Moules obtenus par fabrication soustractive et additive
Dans le cadre du thermoformage traditionnel, la feuille de plastique est façonnée au moyen de moules pour produire la pièce finie. Le thermoformage comprend souvent le formage sous vide, qui aide à tirer la feuille de plastique par-dessus le moule. Les moules utilisés pour le thermoformage peuvent être fabriqués de diverses manières, notamment à l’aide de céramiques et par usinage CNC de métaux, de bois, de plaque d’outillage ou par sculpture manuelle du bois. Ces procédés soustractifs enlèvent du matériau d’un bloc de manière sélective à l’aide d’une broche afin de créer la forme souhaitée pour un modèle ou un moule.
À l’inverse, les procédés de fabrication additive permettent de construire une pièce couche par couche. Les procédés additifs permettent de créer des pièces à partir d’une large gamme de polymères, notamment des thermoplastiques standard et haute performance, des résines thermodurcissables, chargées et photopolymères, et même des métaux. La création de moules à l’aide de la fabrication additive offre une liberté de conception qui permet de produire des formes impossibles à réaliser avec les méthodes traditionnelles.
« Les granulés thermoplastiques sont considérés comme la matière première la moins chère pour la fabrication additive »
L’impression par extrusion grand format pour un avantage concurrentiel
La production ne nécessite que la quantité de matériau, généralement un polymère, nécessaire à la création de la pièce, ce qui permet de réduire les déchets et les coûts. Enfin, la fabrication additive offre des délais d’exécution nettement plus courts, permettant de fournir un moule ou un modèle en quelques heures ou quelques jours, au lieu des semaines et des mois nécessaires à la fabrication traditionnelle.
Lors de l’impression 3D de moules de production destinés aux procédés de thermoformage et de formage sous vide, il est important de réfléchir à la technique d’impression 3D qui conviendra le mieux au moule à produire. L’extrusion de granulés est la meilleure solution pour les pièces de taille moyenne à grande, jusqu’à une taille d’environ 1,20 x 1,80 m.
Pour les pièces encore plus volumineuses, des moules en plusieurs parties peuvent être créés et assemblés dans un moule de production final plus grand. En conséquence, les entreprises de mise sous vide et de thermoformage utilisent la technologie d’impression 3D par extrusion de granulés pour réduire leurs délais, diminuer le coût de production des moules et gagner en souplesse au niveau de la production.
L’impression directe avec des granulés thermoplastiques offre plusieurs avantages, en particulier lorsqu’il s’agit de réduire le coût des pièces. Les granulés thermoplastiques sont considérés comme la matière première la moins chère pour la fabrication additive, coûtant jusqu’à 10 fois moins que d’autres matériaux d’impression, tels que le filament thermoplastique. Au-delà des économies réalisées sur les matériaux, les imprimantes 3D à extrusion de granulés offrent des avantages considérables en termes de vitesse, avec la possibilité d’imprimer des moules jusqu’à 1 270 x 1 270 x 1 820 mm en utilisant des matériaux haute performance et haute température à des vitesses allant jusqu’à un demi-mètre par seconde.
« l’autre avantage de la fabrication additive est la capacité à tirer parti d’une surface poreuse de la pièce imprimée »
Panneau thermoformé sans découpe installé dans un train (crédits photo. 3D Systems)
Lorsqu’il s’agit d’imprimer en 3D des moules de production destinés à des procédés de thermoformage et de formage sous vide, il est important de limiter la distorsion du moule de manière à obtenir une pièce finie de haute qualité. Les entreprises de thermoformage ont validé les granulés de polycarbonate chargés en fibres de verre comme matériau éprouvé pour de telles applications, ainsi que les granulés ABS chargés en fibres de carbone et même certains granulés de nylon comme matériaux de moulage viables.
Lors de l’identification et de la sélection d’une matière première sous forme de granulés pour les moules obtenus par fabrication additive, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, tels que le calibre de la feuille finale formée et les exigences de température du matériau final, ainsi que la disponibilité et le coût des matières premières sous forme de granulés. Par exemple, lorsqu’un calibre plus fin est utilisé pour la feuille formée finale, des matériaux de moulage à plus basse température sont acceptables, tels que les granulés CF-ABS. Pour les applications qui requièrent un calibre plus important ou un matériau de feuille finale à température plus élevée, il convient d’utiliser des granulés à température plus élevée pour l’impression du moule, tels que le GF-PC ou le nylon chargé.
Lors de la création de moules de thermoformage, l’autre avantage de la fabrication additive est la capacité à tirer parti d’une surface poreuse de la pièce imprimée, permettant à un vide de passer à travers un moule sans avoir à utiliser des outils spéciaux pour faire les trous de vide (comme c’est le cas dans la méthode traditionnelle). La porosité inhérente aux moules imprimés en 3D est un avantage clé de l’utilisation de l’impression 3D par extrusion de granulés dans son processus de fabrication de moules.
En fonction de la pièce thermoformée finale souhaitée, il peut être nécessaire de donner la priorité au flux de vide à travers le moule vers certaines zones, telles que les cavités profondes, afin de s’assurer que le processus de formage produit la pièce comme prévu. Ceci peut être réalisé en ajustant les paramètres de la trajectoire de l’outil avant l’impression. Une impression à plus haute résolution permet d’obtenir une meilleure finition de surface et les exigences sont déterminées par le calibre initial du matériau formé.
La fabrication additive façonne l’avenir de la fabrication
La fabrication additive transforme la façon dont les entreprises envisagent les processus de production, et l’impression 3D par extrusion de granulés grand format fait partie des technologies qui donnent le ton. En adoptant cette technologie de pointe, les leaders de l’industrie récoltent les bénéfices d’une vitesse accrue, d’une meilleure gestion des coûts et d’une production de pièces de meilleure qualité. En tant qu’industrie, nous commençons à peine à découvrir le potentiel de l’extrusion de granulés pour le thermoformage et d’autres applications. À mesure de l’évolution de l’innovation, la fabrication additive continuera à démontrer sa capacité à façonner l’avenir de la fabrication.
- Plurial Novilia reçoit l’autorisation pour son projet d’immeuble imprimé en 3D en Champagne Ardenne - 13/09/2024
- Une acquisition donne naissance au plus grand fournisseur de fabrication additive métallique d’Amérique du Nord - 12/09/2024
- Desktop Metal qualifie un superalliage recyclé à base de nickel - 11/09/2024
