Avant-propos : Les entreprises manufacturières optent de plus en plus pour l'impression 3D en raison de sa rentabilité et de ses nombreux avantages. Cette technologie a acquis une solide réputation dans l'industrie manufacturière et n'a rien à envier aux techniques de fabrication traditionnelles.

Le potentiel de l'impression 3D est immense, car elle permet de réduire le nombre de pièces, de créer des composants plus légers et structurellement plus résistants, et de réduire les coûts d'assemblage. L'utilisation de l'impression 3D pour la fabrication permet de produire des pièces dont les caractéristiques sont soit impossibles à obtenir, soit plus difficiles à réaliser à l'aide des méthodes conventionnelles.

Pourquoi l'impression 3D est-elle si populaire ? L'impression 3D est-elle moins chère que le moulage par injection ? Cet article examine principalement la comparaison des coûts entre l'impression 3D et le moulage par injection.

Procédés d'impression 3D et de moulage par injection

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, est le processus de construction d'un modèle 3D à partir d'un modèle CAO ou d'un modèle numérique en 3D. Le matériau est déposé couche par couche pour créer l'objet souhaité.

En revanche, procédés de moulage par injection impliquent des techniques établies où le matériau est enlevé ou coulé dans un moule par le biais du meulage, du perçage ou de l'usinage.

Quels sont les facteurs qui influencent le prix de l'impression 3D ?

L'impression 3D est généralement reconnue comme la méthode la plus rapide et la plus rentable pour créer des pièces destinées à la fois au prototypage et à un nombre croissant d'applications finales. Plusieurs facteurs entrent en jeu pour déterminer le coût de l'impression 3D de pièces personnalisées.

Matériaux

Chaque technologie d'impression 3D s'accompagne d'un matériau polymère spécifique. Les bobines utilisées pour le FDM (modélisation par dépôt en fusion) sont généralement moins chères, tandis que les poudres de résine SLA, SLS et MJF sont généralement plus onéreuses. La quantité de matériau nécessaire à l'impression d'une pièce aura un impact significatif sur le prix global, en particulier dans le cas de la technologie FDM.

Volume de la pièce

Les pièces plus grandes nécessitent plus de matériel et d'espace sur la machine, ce qui allonge les temps de production. L'augmentation des matériaux et du temps de production entraîne une hausse des coûts.

Post-traitement

Après le processus d'impression, un travail manuel supplémentaire peut être nécessaire pour finaliser l'assemblage. Ces méthodes de finition comprennent l'enlèvement du support ou de la poudre, le nettoyage, le ponçage et d'autres techniques de post-traitement, qui contribuent toutes au prix final de la pièce.

Coûts d'équipement

Ces dépenses concernent le temps d'installation et de configuration, les coûts opérationnels, l'entretien courant des machines et les réparations sporadiques. Quelle que soit la technologie de fabrication employée, ces coûts sont susceptibles d'être encourus.

L'un des principaux facteurs qui font de l'impression 3D une option rentable pour de nombreuses applications est le coût d'installation minimal de cette technologie. Cet aspect rend l'impression 3D particulièrement avantageuse pour les pièces de faible volume. Toutefois, elle peut également s'avérer plus compétitive que l'usinage CNC et le moulage par injection pour des volumes de production plus importants.

Quels sont les facteurs clés à prendre en compte entre l'impression 3D et le moulage par injection ?

Temps de production

Lorsque l'on compare l'impression 3D au moulage par injection, le temps de production apparaît comme un élément clé de différenciation. Les méthodes de moulage par injection, par exemple le moulage par injection, nécessitent des moules (outillage) pour la création des pièces. Le développement de ces moules peut durer de 1 à 2 mois, voire plus. Dans le contexte de la concurrence actuelle, les délais peuvent dicter la mince ligne qui sépare le succès de l'échec. Cette étape particulière de la production engendre des dépenses substantielles, rendant la production de petits lots économiquement non viable.

Cependant, le paradigme change avec l'impression 3D. En évitant la phase de moulage, la production peut démarrer rapidement dès que la conception est finalisée. Cela se traduit par un délai de mise sur le marché plus court, ce qui garantit un avantage concurrentiel.

Coût de production

L'impression 3D n'entraîne pas de coûts supplémentaires pour chaque nouveau produit fabriqué. Elle peut donc produire une pièce et des centaines de pièces à un coût presque identique. Cela n'est pas possible avec le moulage par injection, qui nécessite souvent des étapes d'outillage coûteuses qui ne se justifient que lorsque le produit est fabriqué en série. Par conséquent, pour la production de faibles volumes, l'impression 3D permet de réduire les coûts de production.

Deuxièmement, les étapes traditionnelles de production et d'assemblage requièrent une configuration de machine et des coûts de main-d'œuvre importants. L'impression 3D permet de réduire considérablement, voire d'éliminer cette situation, car elle ne nécessite qu'une intervention manuelle minimale, élimine les changements d'outils et réduit le temps d'assemblage.

Efficacité

Étant donné le coût unitaire constant de l'impression 3D, il est possible d'apporter des ajustements illimités aux produits sans engager de dépenses importantes. Cette caractéristique favorise l'intégration des principes de la "pensée design", car les concepteurs et les ingénieurs peuvent continuellement affiner et modifier le produit à des coûts minimes. En se concentrant sur le développement de produits qui correspondent étroitement aux préférences des clients, les entreprises peuvent potentiellement augmenter leurs ventes.

La réduction des dépenses associées à chaque itération de la conception minimise également les risques liés au développement du produit. Par conséquent, l'impression 3D introduit des risques plus élevés, qui contribuent en fin de compte à la création de produits de qualité supérieure.

En outre, le coût fixe par produit facilite la personnalisation. L'adaptation des produits aux besoins individuels des clients améliore l'expérience globale de la marque.

Durabilité

L'impression 3D et le développement durable sont étroitement liés. Les méthodes conventionnelles de fabrication soustractive génèrent des déchets excédentaires qui sont souvent inutilisables.

En revanche, l'impression 3D suit les principes de la fabrication additive pour construire des produits à partir de zéro, minimisant ainsi les déchets. En intégrant la conception pour la fabrication additive (DfAM), l'optimisation de la topologie et la conception générative, il est possible de réduire l'utilisation des matériaux et le poids des produits. Des produits plus légers peuvent réduire la consommation d'énergie dans les transports et la logistique de 401 à 601 TTP3T.

La complexité représente un défi important dans le domaine du moulage par injection, car elle influe sur les coûts des produits. La complexité des pièces est un facteur clé de l'augmentation des dépenses. Les conceptions complexes exigent une précision et une expertise accrues, ce qui se traduit par une augmentation des coûts de fabrication. Plus la conception est complexe, plus les coûts associés sont élevés.

L'impression 3D offre de nombreux avantages uniques à l'industrie manufacturière. Elle élimine les contraintes de conception associées à la fabrication de modèles complexes. L'augmentation de la complexité n'a pas d'impact significatif sur les coûts de fabrication, car le prix par pièce reste relativement stable.

En outre, la consolidation des pièces peut être mise en œuvre en combinant plusieurs pièces en une seule sans coût supplémentaire, ce qui permet d'éliminer ou de réduire les exigences en matière d'assemblage et de raccourcir le temps de fabrication.

L'impression 3D accélère le développement des produits, de la phase d'idéation aux prototypes réels et aux produits finis, à une vitesse sans précédent, dépassant largement les processus de moulage par injection.

Comme indiqué précédemment, il permet d'amalgamer plusieurs pièces, ce qui élimine la nécessité d'une étape d'assemblage et réduit ainsi le temps de fabrication global d'un produit donné.

L'entreposage est un aspect crucial où le moulage par injection n'est pas à la hauteur. Le moulage par injection repose essentiellement sur la production de masse et nécessite des pièces de rechange pour la plupart des produits. Par conséquent, le moulage par injection implique des besoins importants en matière d'entreposage, y compris des coûts liés à la location du terrain, à l'infrastructure de l'entrepôt, à la main-d'œuvre, etc. Plus les stocks sont stockés longtemps, plus la marge bénéficiaire diminue.

L'impression 3D peut révolutionner les opérations d'entreposage en facilitant la fabrication à la demande et la production de petits lots, ce qui permet de réaliser d'importantes économies. Cette approche permet de minimiser les besoins d'entreposage et de rationaliser les dépenses de votre entreprise.

La personnalisation devient de plus en plus cruciale, 71% des consommateurs s'attendant à des interactions sur mesure qui leur donnent l'impression d'être spéciaux. Cependant, moulage par injection ont souvent du mal à personnaliser leurs produits en raison des limites des méthodes de production conventionnelles.

Ces techniques ne sont pas adaptées à la fabrication rapide de nouvelles pièces, ce qui nécessite des investissements substantiels dans de nouvelles machines, de nouveaux modèles et de nouveaux moules pour introduire de nouveaux produits sur le marché. De tels investissements peuvent ne pas être pratiques pour les marchés de niche.

En revanche, les imprimantes 3D offrent une flexibilité remarquable. Elles éliminent la nécessité d'un nouvel outillage coûteux et peuvent facilement s'adapter à des modifications de produits. Sans dépenses supplémentaires par unité produite, l'impression 3D apparaît comme une solution rentable pour la fabrication à grande échelle de composants personnalisés. Par conséquent, si une nouvelle tendance vient perturber un produit existant, il suffit d'ajuster la conception et de reprendre l'impression.

Achat

Pour les entreprises qui cherchent à intégrer l'impression 3D dans leurs processus de fabrication, l'approvisionnement ou l'investissement initial reste un obstacle mineur. Au lieu d'investir $1 000 dans une imprimante 3D, vous pourriez envisager d'externaliser vos travaux d'impression 3D. Bien que cette option puisse sembler supérieure, elle ne constitue pas une stratégie durable à long terme.

Possibilités futures

L'impression 3D est en constante évolution et offre des avantages indéniables pour l'avenir. De nombreuses industries adoptent de plus en plus cette technologie. Cela signifie que la technologie progressera de manière plus rentable, en surmontant ses limites et en présentant des matériaux et des technologies supérieurs et nouveaux, ainsi que des méthodes de fabrication plus respectueuses de l'environnement.

Le moulage par injection nécessite une production à grande échelle afin de répartir les coûts initiaux et continus de la production, de l'outillage et de la main-d'œuvre d'assemblage.

Le coût de fabrication de l'impression 3D est indépendant de la quantité, ce qui la rend plus rentable pour les petits volumes. En outre, l'impression 3D offre une plus grande souplesse de conception et la possibilité de fabriquer des produits à l'aide d'une seule machine, ce qui n'est pas toujours le cas avec les méthodes traditionnelles.

Dans le domaine de la production d'objets de petite et moyenne taille, l'impression 3D surpasse en rapidité de nombreuses méthodes de fabrication traditionnelles. Cette rapidité accrue est attribuée au temps économisé dans la création d'outils pour les moulages et les moules utilisés dans les processus de moulage par injection.

L'impression 3D présente de nombreux avantages pour la fabrication, tels que la flexibilité de la conception, la capacité à produire des dessins complexes, la production de masse personnalisée et les techniques économiques de fabrication en faible volume.

Quels sont les avantages de l'impression 3D par rapport au moulage par injection ?

L'impression 3D crée des objets couche par couche, contrairement aux processus de moulage par injection qui impliquent de découper les produits à partir de blocs de matière plus importants. Cette différence permet à l'impression 3D de générer moins de déchets matériels.

Il existe un large éventail de technologies d'impression 3D, telles que le dépôt direct d'énergie, les imprimantes à base de résine (ou polymérisation par VAT), la projection de liant, l'extrusion de matériau, la projection de matériau, la fusion sur lit de poudre et la stratification de feuilles.

Tous les types d'impression 3D peuvent être classés dans ces catégories. En outre, la technologie d'impression 3D fournit divers matériaux pour l'impression d'objets. Les industries qui utilisent actuellement l'impression 3D sont la robotique, l'aérospatiale, l'automobile, la médecine, les soins dentaires, le sport et d'autres biens de consommation.

L'impression 3D présente plusieurs avantages par rapport au moulage par injection :

Pas de frais d'installation

Les méthodes de moulage par injection sont excellentes pour la production de masse, mais ne sont pas adaptées à la production de prototypes individuels, de pièces pilotes, de pièces de rechange, de séries de faible volume, d'outillage ou de montages en raison de leurs coûts d'installation élevés.

En adoptant la technologie de l'impression 3D, les entreprises peuvent bénéficier de coûts d'installation réduits et de la fabrication directe de pièces à partir de modèles numériques. Contrairement aux méthodes traditionnelles, l'impression 3D élimine le besoin de moules, ce qui constitue une alternative rentable pour la production.

Investir dans une imprimante 3D polyvalente permet de créer des pièces à partir d'une large gamme de thermoplastiques, des polymères techniques aux polymères haute performance en passant par les composites polymères. Cette technologie est flexible et abordable, ce qui en fait une solution de fabrication idéale pour une grande variété de besoins.

Délai de livraison court (obtention rapide des pièces)

Début de la production par moulage par injection Les méthodes de fabrication comprennent la fabrication de moules, la montée en puissance de l'usine et l'approvisionnement en blocs de matériaux. Ce processus prend beaucoup de temps, avec une moyenne de 15 à 60 jours pour obtenir le premier lot de pièces. En revanche, l'impression 3D élimine ces coûts et permet de produire les premières pièces en l'espace d'une journée.

La combinaison de délais courts et d'une fabrication rentable facilite l'entrée rapide des produits sur le marché. En outre, elle permet des réponses rapides et des ajustements en temps réel des pièces pendant la production. Lorsque vous créez une imprimante 3D pour votre usage personnel, vous avez l'autonomie nécessaire pour fabriquer directement et rapidement les composants requis, conformément à vos spécifications.

Comparaison des coûts unitaires

L'un des avantages de l'impression 3D est que la complexité des pièces fabriquées n'augmente pas les coûts de fabrication. Le coût unitaire d'une pièce produite par impression 3D reste constant quelle que soit la quantité produite, qu'il s'agisse d'une unité ou de 1 000 unités. Cette caractéristique est attribuée à la géométrie de la pièce, ce qui fait de l'impression 3D une solution de fabrication idéale pour produire des séries dans une fourchette de taille spécifique.

Pas de restrictions sur la forme du stock

Dans les méthodes de fabrication soustractive, la matière est progressivement retirée du bloc jusqu'à ce que la pièce soit entièrement formée. Deux problèmes principaux se posent dans ce type de processus de production. Tout d'abord, il y a une perte importante de matière, qui s'élève souvent à 70-80% du bloc d'origine. Deuxièmement, la disponibilité des blocs de matériaux est limitée, notamment en ce qui concerne les polymères à haute performance et les composites polymères.

En revanche, l'impression 3D ne connaît pas de telles limites. Les pièces sont fabriquées avec un minimum de pertes de matériaux, ce qui permet d'obtenir des géométries complexes et une gamme variée de caractéristiques intégrées. Par exemple, il peut s'avérer difficile, voire impossible, de se procurer un bloc de 33 x 18 x 18 cm en PEEK ou en ULTEM. Même s'il était possible de l'obtenir, le coût se chiffrerait probablement en milliers plutôt qu'en centaines d'euros.

Une quantité importante de matières premières se transformant en tessons de plastique sur le sol de l'usine, représentant un gaspillage de 70%, met en évidence le problème de l'importance des déchets matériels.

L'impression 3D permet de produire des pièces de même taille pour une fraction du coût par rapport aux pièces usinées. Cette technologie offre une souplesse de conception inégalée, permettant aux concepteurs de s'affranchir des contraintes traditionnelles où les formes des matériaux bruts dictent le point de départ du processus de conception.

Gestion efficace des stocks

Contrairement à moulage par injection L'impression 3D permet de produire des pièces à la demande, directement là où elles sont nécessaires. Il en résulte une réduction des besoins en stocks, ce qui rend la gestion des stocks plus efficace.

Pour les pièces qui sont généralement fabriquées en vrac à l'aide de méthodes conventionnelles, l'impression 3D permet de produire des pièces individuelles en fonction des besoins. Dans ce scénario, un entrepôt n'a besoin de stocker qu'une seule pièce de rechange par article.

Lorsqu'une pièce est mise en service, une pièce de remplacement est générée et apparaît sur l'étagère le lendemain. En exploitant les capacités de l'impression 3D, les entrepôts deviennent essentiellement virtuels, ce qui permet de réduire considérablement l'espace de stockage nécessaire et les dépenses associées.

Hautement personnalisable

L'impression 3D permet de fabriquer des pièces individuelles, des prototypes et des aides à la production à des coûts nettement inférieurs à ceux des méthodes de moulage par injection. Cela permet d'expérimenter des conceptions audacieuses et de favoriser une réflexion originale, ce qui conduit souvent à des innovations significatives.

En outre, la possibilité d'apporter des modifications illimitées aux produits existants en fonction des commentaires des clients est cruciale pour garantir la meilleure expérience client. En exploitant la puissance de l'impression 3D, les entreprises peuvent réduire le coût et la vitesse du développement itératif des produits jusqu'à 90% par rapport aux méthodes de moulage par injection.

En outre, la technologie d'impression 3D permet de créer des prototypes à partir de matériaux réels provenant de diverses industries, ce qui garantit que les pièces sont d'authentiques prototypes fonctionnels plutôt que de simples répliques visuelles. De plus, cette technologie permet également de produire des pièces pilotes, voire des séries complètes à l'avenir.Réglages et outils.

Les coûts de configuration et d'outillage sont un autre domaine dans lequel l'impression 3D excelle, car elle ne nécessite aucun investissement dans l'un ou l'autre domaine. En revanche, le moulage par injection entraîne des coûts d'outillage et souvent des frais de configuration à chaque fois qu'une pièce est moulée. Comme indiqué précédemment, l'analyse DFM peut contribuer à réduire les coûts d'outillage, mais il est toujours possible que l'outillage implique des coûts initiaux importants.

En outre, l'impression 3D offre d'incroyables possibilités de réduire le nombre de pièces, de créer des composants plus légers et structurellement plus résistants, et de réduire les coûts d'assemblage. En fabriquant des pièces à l'aide de la technologie d'impression 3D, il devient possible d'obtenir des caractéristiques qui sont soit impossibles à obtenir, soit plus difficiles à produire à l'aide des méthodes traditionnelles.

Il est essentiel de garder à l'esprit que l'impression 3D ne nécessite pas de montages, de moules ou d'outillages divers. Cela permet de compenser les coûts supplémentaires observés jusqu'à présent. L'élément clé est la valeur globale dérivée de l'impression 3D, qui s'avère remarquable pour un nombre croissant d'applications et d'industries. À terme, certains surcoûts liés à l'impression 3D pourraient réduire les dépenses de fabrication et se traduire par une plus grande souplesse de conception et des pièces de meilleure qualité.

Conclusion

En résumé, alors que le moulage par injection est principalement axé sur la production, l'impression 3D apporte une valeur ajoutée tout au long de la chaîne d'approvisionnement. L'impression 3D permet d'améliorer la flexibilité de la conception et de la fabrication, de réaliser des économies de matériaux, de réduire les frais d'entreposage et d'expédition, de raccourcir les délais de mise sur le marché, d'améliorer la qualité des produits et d'accroître la rentabilité.

Par rapport au moulage par injection, l'impression 3D permet d'accélérer l'itération des produits et de réaliser des économies. En cas de découverte d'un défaut de conception après l'impression 3D d'une pièce, le fichier CAO peut être facilement ajusté et imprimé pour une nouvelle itération en l'espace de quelques jours.

D'autre part, chaque modification de la conception dans le moulage par injection entraîne des dépenses substantielles en raison du remaniement du moule. En outre, le moulage par injection nécessite souvent un travail de conception préalable plus complexe, car la création du moule implique un processus complexe avec de multiples facteurs à prendre en compte.

Le rapport coût-efficacité de l'impression 3D par rapport aux moulage par injection Les méthodes d'impression varient en fonction de facteurs tels que les matériaux, la complexité de la conception, le débit et les exigences de qualité. Pour la production de faibles volumes, le prototypage ou les conceptions complexes, l'impression 3D peut s'avérer plus rentable. En revanche, pour une production à grande échelle, les méthodes de moulage par injection ou l'usinage CNC peuvent offrir des coûts unitaires inférieurs.