Introduction : Environ 80% de pièces en plastique sont fabriquées à l'aide du moulage par injection de plastique. Le moulage par injection a longtemps été considéré comme le seul processus de production de masse. Avec l'innovation technologique, le moulage par injection rapide n'est plus la seule méthode de développement des moules.

Les systèmes CAD/CAM/CAE réduisent le temps de conception et de vérification. En outre, de nouvelles variétés de moules ont été créées. Les moules d'injection en aluminium et les moules d'impression 3D se disputent le marché de la fabrication. Quelle est la différence entre ces deux types de moules ? Quel moule rendra votre produit plus efficace ?

Bien entendu, vous souhaitez fabriquer des prototypes plus rapidement, à moindre coût et avec le meilleur aspect possible. Comparons l'aluminium et les différences entre les moules d'injection imprimés en 3D.

Moules imprimés en 3D

Qu'est-ce qu'un moule imprimé en 3D ?

L'impression 3D est un processus qui consiste à utiliser des fichiers numériques pour créer des objets tridimensionnels. Tout d'abord, le logiciel 3D découpe les pièces en couches numériques. Sur la plate-forme de fabrication, le mécanisme d'alimentation dépose le matériau en fonction des couches numériques dans une plage spécifiée, tandis que la source de chaleur ajuste la forme. Les données sont traitées pour construire un modèle en ajoutant continuellement de la matière.

Quels sont les matériaux utilisés dans les moules d'impression 3D ?

Les matériaux d'impression 3D sont très importants pour la technologie d'impression 3D. Ce sont les matériaux qui rendent l'impression 3D possible. À l'heure actuelle, les principaux matériaux utilisés dans l'impression 3D sont les plastiques techniques, les résines photosensibles, les caoutchoucs, les métaux et les céramiques. Il existe également des matériaux alimentaires tels que le gypse coloré, la farine d'os artificielle, les matières premières biologiques cellulaires et le sucre qui sont utilisés dans l'impression 3D.

Ces matériaux sont conçus spécifiquement pour les machines et les processus d'impression 3D. Ils ne sont pas comme les plastiques ordinaires, le plâtre, les résines, etc. Ils se présentent sous différentes formes : poudre, filament, feuille, liquide, etc. La taille des particules des matériaux en poudre utilisés dans l'impression 3D est généralement comprise entre 1 et 100 micromètres, en fonction du type d'imprimante et des conditions d'impression. La poudre doit être très ronde pour bien s'écouler.

Quels sont les avantages de l'utilisation de moules imprimés en 3D ?

  Flexibilité de la conception

Lorsque vous imprimez en 3D, vous n'avez pas à vous préoccuper d'éléments tels que les fixations et les interférences avec les outils. Vous pouvez concevoir pour la fonction, y compris les canaux de convection, les structures intégrées et les caractéristiques complexes. Vous pouvez également optimiser la forme pour réduire le poids, simplifier la fabrication, améliorer l'utilisation des matériaux, résoudre les problèmes liés aux pièces difficiles à usiner, résoudre les problèmes de déformation après l'usinage et créer des formes impossibles à réaliser avec les méthodes traditionnelles.

Économie de la production en petites séries

L'impression 3D ne nécessite pas de moules, ni de serrage. Il n'est pas nécessaire de fabriquer beaucoup de pièces pour payer des moules coûteux. Vous pouvez fabriquer quelques pièces, voire une seule. L'économie de la production en faible volume peut réduire le coût des modifications de conception au cours du développement d'un avion civil.

Bonne prévisibilité de la production

Vous pouvez prévoir le temps nécessaire à l'impression 3D d'une pièce et l'ampleur de sa déformation en fonction de la conception. Vous pouvez prévoir et ajuster la déformation en modifiant le modèle de conception. Au fur et à mesure que la technologie d'impression 3D et la technologie de soutien s'améliorent, vous pouvez contrôler le temps nécessaire à l'impression 3D d'une pièce, la qualité de la pièce et la précision de la pièce. Cela signifie que vous pouvez mesurer et contrôler la forme de la pièce lorsque vous concevez et fabriquez un avion civil grâce à l'impression 3D.

Réduire l'assemblage.

L'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des pièces intégrées remplace les produits qui doivent être assemblés à partir de plusieurs pièces. Cela permet d'éviter le transport, l'assemblage, l'installation de fixations, le soudage et d'autres processus liés à la fabrication de pièces multiples. Elle réduit également le coût de fabrication des pièces en éliminant les lignes de production redondantes.

Rapide à réaliser

Au stade initial de la conception des avions, il ne s'écoule généralement que quelques dizaines d'heures entre le moment où l'on crée un modèle 3D sur ordinateur et celui où l'on dispose d'une pièce physique. Il n'est pas nécessaire d'attendre la fabrication d'un moule. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire d'attendre la fabrication d'un nouveau moule si vous modifiez la forme de la pièce. Vous pouvez apporter des modifications à la conception de la pièce plus rapidement et vous pouvez fabriquer de nouvelles pièces plus rapidement.

Quels sont les problèmes liés à l'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des moules ?

Précision

Si la précision du moule imprimé en 3D n'est pas élevée, il y aura des couches à la surface, ce qui affectera l'utilisation du moule. Par la suite, un traitement mécanique ou un sablage est nécessaire pour éliminer ces couches.

Restrictions matérielles

Techniquement, la méthode consistant à construire des pièces couche par couche avec des matériaux est différente du forgeage ou du moulage traditionnels. La microstructure, les types de défauts, les contraintes résiduelles, l'inspectabilité, les exigences de post-traitement, les performances structurelles et la durabilité des matériaux produits sont tous différents de ceux des méthodes traditionnelles.

Pour les pièces complexes, les valeurs de conception des matériaux peuvent ne pas représenter la performance réelle de la structure, et il est nécessaire de vérifier que le matériau et le processus affectent conjointement la performance structurelle par des essais structurels supérieurs au niveau de la pièce d'essai.

Détection limitée des défauts

Le processus de fabrication par impression 3D est complexe à maîtriser. Il fait appel à des procédés de fabrication par couches et couche par couche. La qualité des joints entre les couches ne peut être aussi uniforme que celle des pièces forgées avec précision.

La technologie d'impression 3D est limitée par ses principes de formage inhérents. Les pièces fabriquées par la technologie d'impression 3D, en particulier les pièces métalliques, présentent des défauts de fabrication internes, notamment des vides, des microfissures, une mauvaise fusion et d'autres défauts.

La taille de ces défauts est généralement inférieure à 20 μm, soit moins que le seuil des méthodes générales de contrôle non destructif, et ces défauts sont des sources d'amorçage de fissures, ce qui affecte sérieusement la performance en fatigue de la structure.Le contrôle de précision est difficile Dans le processus d'impression 3D, de nombreux facteurs affectent la qualité du processus, depuis le logiciel et le matériel de l'équipement lui-même jusqu'aux matériaux de formage et aux processus de formage.

La pratique de l'ingénierie montre que les facteurs clés affectant la précision de l'impression 3D sont le contrôle mécanique, le traitement des données du modèle, les caractéristiques des matériaux et le contrôle des paramètres de formage. Ces facteurs contrôlent la quantité de matière ajoutée, la taille de l'unité d'impression 3D et la précision des mouvements du système, qui déterminent la précision de la pièce dans le sens de l'accumulation et la capacité de fabrication des caractéristiques minimales de la pièce.

Pour améliorer la précision de l'impression 3D, il faut réduire la quantité de matériau ajouté, contrôler la taille de l'unité d'impression 3D et améliorer la précision des mouvements du système. Toutefois, ces capacités sont difficiles à améliorer dans le cadre d'une recherche à court terme.

Moules en aluminium

Quelles sont les caractéristiques des moules en aluminium ?

Les principales caractéristiques des moules en aluminium sont la légèreté, une capacité de charge élevée et des temps de rotation importants. Pendant le processus de construction, ils présentent une qualité de construction élevée, une grande précision, une grande stabilité, une installation facile et des périodes de construction courtes qui permettent de réduire les coûts.

Leurs défauts sont les suivants : la maintenance et l'ajustement sur site ne sont pas en place et une configuration complète est nécessaire. Ils s'adaptent mal aux modifications structurelles et le coût des projets comportant de nombreuses modifications est élevé. Lorsque le traitement de surface n'est pas bon, l'alliage d'aluminium réagit chimiquement avec le béton, ce qui en affecte l'aspect. Les fixations des moules en aluminium sont susceptibles d'entrer en conflit avec le tracé des canalisations.

Quels sont les avantages des moules en aluminium ?

Excellentes performances fonctionnelles

Certains prototypes n'ont pas d'impact mécanique ou fonctionnel, tandis que d'autres doivent être utilisés. Les prototypes de préproduction, les prototypes hybrides et les prototypes fonctionnels fonctionnent. Vous avez donc besoin d'une bonne qualité et d'une bonne résistance. L'aluminium est le métal de prédilection car il possède d'excellentes propriétés.

Meilleure résistance à la chaleur

Les prototypes en aluminium supportent mieux les températures extrêmes que les options moins coûteuses comme le plastique. Ils sont donc moins susceptibles de se dégrader au cours du processus de fabrication.

Une meilleure esthétique

Que vous utilisiez l'impression 3D ou la technologie d'usinage CNC, les prototypes métalliques sont plus esthétiques. De plus, même s'il s'agit d'un prototype non fonctionnel, il est plus esthétique qu'une pièce en plastique.

Rapport coût-efficacité

Les prototypes en aluminium et les pièces métalliques sont beaucoup moins chers que les pièces en plastique. En effet, les propriétés physiques du métal réduisent la fréquence de remplacement des pièces. Cela permet de réduire les coûts de fabrication à long terme.

Précision des tests

Les prototypes produits par des procédés tels que l'usinage CNC sont d'une grande précision. En outre, les alliages d'aluminium sont d'excellente qualité et permettent de produire des pièces destinées à l'inspection du marché.

Plus adapté à la production de masse

Une fois que les ingénieurs ont créé un prototype en aluminium, les clients peuvent l'utiliser pour la production. Il est plus facile de transformer des prototypes en métal en produits finis. Toutefois, si le prototype est en plastique, il ne peut pas être converti en métal pour la production de masse.

Quelles sont les limites des moules en aluminium ?

Durée de vie limitée

En raison de leur nature plus souple, les moules en aluminium ont une durée de vie limitée, en particulier lorsqu'ils sont soumis à des processus de formage à haute pression ou à des matériaux abrasifs.

Résistance à la chaleur

L'aluminium est moins résistant à la chaleur. Cette limitation peut restreindre les types de matériaux pouvant être utilisés au cours du processus de moulage, car certains matériaux nécessitent des températures plus élevées que celles auxquelles l'aluminium peut résister.

La différence entre l'impression 3D et les moules en aluminium

Quelles sont les différences entre l'impression 3D et les moules en aluminium ?

Méthodes de fabrication et de moulage

Les méthodes de fabrication et de moulage sont différentes. La technologie d'impression 3D est une technologie qui utilise des matériaux adhésifs tels que le métal en poudre ou le plastique pour imprimer et construire des objets couche par couche. Elle est réalisée à l'aide d'une imprimante matérielle à technologie numérique. En accumulant et en ajoutant des éléments petit à petit, l'œuvre finale est imprimée. Pour la fabrication de moules en aluminium, un logiciel de modélisation 3D est utilisé pour dessiner les plans des moules, et l'effet de moulage est obtenu par des ajustements continus.

Exactitude de la précision

La précision des deux est différente. La précision de l'impression 3D dépend de nombreux facteurs. La précision de l'imprimante 3D, la qualité des matériaux sélectionnés et la précision des dessins du modèle 3D sont autant de facteurs qui déterminent la précision du produit. La précision des moules en aluminium dépend principalement des besoins réels de l'utilisateur pour confirmer la précision.

Délai d'exécution

Le délai d'exécution est le temps qui s'écoule entre le début du développement du moule et le moment où la pièce est prête pour la production. Les méthodes de conception et les calculs pour les deux moules sont en fait différents, mais c'est à l'étape de la fabrication que des changements importants se produisent.

Les moules en aluminium sont fabriqués à partir d'ébauches d'aluminium au moyen d'opérations d'usinage et de finition CNC. Dans certains cas, un usinage par décharge électrique (EDM) supplémentaire est nécessaire si la cavité doit présenter des angles vifs qui ne peuvent être obtenus par fraisage. En général, le traitement est essentiellement mécanique, aucun traitement thermique n'est nécessaire et presque aucun outil spécialisé n'est requis. Un moule en aluminium est produit en moyenne en 10 à 15 jours.

Les moules imprimés en 3D sont créés à l'aide d'un processus de fabrication additive par frittage de métal. Plusieurs poudres métalliques fines sont frittées couche par couche pour former la cavité d'un moule d'injection. Le principal avantage de ce procédé est qu'il nécessite peu de préparation à la fabrication et ne requiert aucun outil. La durée moyenne de création d'un tel moule n'est que de 2 à 3 jours.

Stabilité

La stabilité est essentiellement le nombre de pièces qu'un moule peut produire avant de devenir trop vieux. Il est important de le savoir si vous souhaitez fabriquer un lot de produits.

Les outils en aluminium sont fabriqués dans des matériaux plus souples, mais certains alliages d'aluminium sont très résistants. Cela signifie que le moule peut produire jusqu'à 5 000 pièces. La moyenne est de 100 à 2000 exemplaires.

Les moules imprimés en 3D sont les pires en termes de stabilité. Les chambres de frittage posent de nombreux problèmes. Elles sont poreuses et ne sont pas aussi solides qu'une ébauche solide. Aujourd'hui, les cavités imprimées en 3D permettent de fabriquer des lots de 50 à 200 pièces.

Durée du cycle

Le temps de cycle est le temps nécessaire pour produire une pièce. Il correspond à la somme du temps d'injection, du temps de refroidissement et du temps d'éjection. Le temps d'injection est le temps nécessaire pour remplir le moule de plastique. Le temps de refroidissement est le temps nécessaire pour que le plastique refroidisse et se solidifie. Le temps d'éjection est le temps nécessaire pour démouler la pièce.

Les moules en aluminium ont un temps de cycle de 44 à 70 secondes. Les moules imprimés en 3D ont un temps de cycle de 150 à 250 secondes.

Précision des pièces et finition de la surface

La qualité des pièces est l'un des facteurs les plus importants. En effet, cette pièce fera partie intégrante d'un mécanisme plus large et pourra être présentée à de futurs investisseurs. La pièce doit avoir un aspect professionnel.

La précision des moules d'injection en aluminium dépend uniquement de la capacité à les traiter et à les polir. En revanche, la précision des moules imprimés en 3D dépend du processus de fabrication additive. La fabrication additive implique la fusion et le refroidissement des matériaux, et la déformation thermique peut réduire considérablement la précision. La technologie moderne peut produire des cavités de moules en acier et en aluminium avec des tolérances allant jusqu'à IT6, ainsi que des moules imprimés en 3D avec des tolérances allant jusqu'à IT9.

Flexibilité

La flexibilité est essentielle pour les prototypes de préproduction, car elle permet de tester l'aspect et le fonctionnement du produit final. Une fois que vous avez terminé le prototypage initial en utilisant certains matériaux, vous devrez tester les matériaux que vous avez initialement sélectionnés pour votre produit, ainsi que vos procédures de fabrication.

La plupart du temps, vous rencontrerez des problèmes qui vous obligeront à modifier la conception. Par exemple, lors des essais en cours, certains défauts ont été découverts ou le processus d'injection a donné lieu à des pièces poreuses. C'est à ce moment-là qu'il faut modifier la conception et le moule. Différents matériaux de moulage ont une flexibilité différente

Les moules en aluminium sont fabriqués à partir de matériaux plus souples et leurs cavités sont généralement fabriquées sous forme de pièces séparées qui s'insèrent dans la base du moule. Il est donc beaucoup plus facile de retirer la cavité et de procéder à des ajustements.

La modification des moules imprimés en 3D est difficile car elle nécessite l'usinage de certaines parties de la cavité, et la finition de la surface sera inégale car l'usinage permet d'obtenir une meilleure finition de la surface. Il est plus facile de refaire entièrement le moule, ce qui ne prend pas beaucoup de temps, mais entraîne des dépenses supplémentaires indésirables pour le prototypage et les essais en présérie.

Conclusion

Créée à l'origine comme méthode de prototypage rapide, également connue sous le nom de fabrication additive, l'impression 3D a évolué pour devenir un véritable processus de fabrication. Les imprimantes 3D permettent aux ingénieurs et aux entreprises de produire simultanément des prototypes et des produits finis, offrant ainsi des avantages significatifs par rapport aux processus de fabrication traditionnels.

En résumé, les principales différences entre les moules imprimés en 3D et les moules en aluminium sont les suivantes : méthodes de moulage différentes, précision de la résistance différente, délais d'exécution différents, stabilité différente, temps de fabrication différents, précision des pièces et finition de surface différentes, et flexibilité différente.