Stratégies pour augmenter le débit de votre opération d'impression 3D

Article par Joseph Yang mis à jour le 14 avril 2020

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Lorsque de nombreux utilisateurs de la fabrication additive (MA) parlent des performances d'une imprimante 3D, ils comparent souvent la "vitesse" mécanique maximale de l'imprimante elle-même, qui est souvent mesurée par la longueur du parcours d'outil qu'elle peut extruder pendant un temps donné. Bien qu'il s'agisse d'une des nombreuses mesures permettant d'estimer les performances, la vitesse mécanique ne représente qu'une petite partie de l'évaluation du débit global de la fabrication additive.

Critères pour augmenter le débit de votre imprimante 3D :

Vitesse mécanique

La plupart des utilisateurs d'AM connaissent déjà ce chiffre. Elle est souvent mesurée en mm/s, ce qui représente la longueur linéaire équivalente maximale du parcours d'outil que l'imprimante peut réaliser chaque seconde. Toutefois, les utilisateurs doivent être prudents lorsqu'ils examinent cette valeur. La vitesse linéaire maximale ne correspond pas toujours au volume que l'imprimante peut construire. Ces chiffres peuvent facilement être manipulés en utilisant des tranches plus fines et en réduisant la largeur du parcours d'outil pour simplement accélérer le mouvement de la tête.

Le but de l'impression 3D est de construire le volume pour créer un objet plutôt que de dessiner une image. Au lieu de mesurer la vitesse linéaire de la tête, la mesure de la vitesse maximale d'extrusion volumétrique est le meilleur moyen d'évaluer la vitesse réelle de l'imprimante.

Cela dit, un facteur très important que la plupart des fabricants d'imprimantes 3D occultent souvent est l'efficacité de ces déclarations en matière de vitesse maximale. En particulier dans les technologies FDM / FFF, sans une enveloppe de fabrication correctement stabilisée en température, le simple fait d'augmenter la vitesse d'impression ne donnera pas de bons résultats pour toute fabrication importante dans des matériaux tels que l'ABS, le PC, le nylon, l'Ultem et de nombreux autres matériaux d'ingénierie à haute performance. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les imprimantes FDM de Stratasys dominent le monde de la fabrication additive commerciale : l'environnement d'impression stabilisé en température à 80-90 % de la température de transition vitreuse de chaque matériau crée une condition d'impression idéale à la vitesse d'impression maximale.

Prise en charge de la commutation de modèle - à - temps et fréquence (s'applique aux imprimantes à double extrudeur)

Le fait de disposer d'un deuxième extrudeur pour imprimer en support cassable ou soluble est une excellente mesure pour ouvrir réellement les nouvelles possibilités de conception. Cependant, le temps nécessaire à une imprimante 3D à double extrusion pour passer de l'extrudeur du modèle à celui du support pour chaque couche devient un fardeau pour le débit global de l'imprimante.

Une imprimante typique à double extrusion prend entre 5 et 12 secondes pour passer de la pointe du modèle à la pointe du support, puis encore 5 à 12 secondes pour revenir en arrière. Si vous effectuez une impression avec 300 couches au total dans la structure de support, cela peut représenter une perte de temps de 1 à 2 heures. Pour atténuer cette perte de temps, vous pouvez envisager quatre solutions :

  • Retour à la planche à dessin - La meilleure façon d'imprimer une pièce en 3D est d'avoir une conception optimisée pour le processus d'impression 3D. Comme tout ensemble de règles de conception appliquées à de nombreux processus de fabrication traditionnels, il existe également des règles pour la DFAM (Design For Additive Manufacturing). L'utilisation d'un angle autoportant permet à l'imprimante de générer des géométries en surplomb ou en contre-dépouille sans avoir recours à des structures de support. La transformation d'angles aigus en un chanfrein à 45 degrés est l'une des méthodes courantes pour y parvenir. Les trous extrudés horizontalement peuvent également prendre la forme d'un losange ou d'une goutte d'eau.
l'élimination de la structure de soutien

Exemple d'élimination de la structure de support. Les formes en losange ou en goutte d'eau peuvent ensuite être facilement ciselées avec un foret ou un alésoir.

  • Utiliser le matériau du modèle comme support - Pour les conceptions qui doivent avoir des structures de support, c'est un excellent moyen de réduire la perte de temps dans les échanges modèle-support. Le logiciel de tranchage tel que GrabCAD Print ou Insight remplacera la majorité des couches de la structure de support pour les imprimer dans le matériau du modèle. Cependant, les couches d'interface (où la structure de support touche le modèle) resteront dans le matériau de support pour être facilement retirées. En outre, l'ajout de couches de perforation facilitera grandement le retrait de la structure de support.
  • Inclinez-la - il est dans la nature humaine d'aligner les objets directement sur les références qui les entourent. Bien que cela puisse sembler contraire à l'intuition au premier abord, l'inclinaison d'une pièce peut permettre de réaliser de grandes améliorations en termes de temps d'impression avec un compromis raisonnable en termes de finition de surface et de résistance. Cependant, lorsque la pièce est inclinée, elle peut nécessiter une structure de stabilisation pour éviter qu'elle ne se renverse, ce qui réduit l'encombrement après l'inclinaison. Dans certaines applications, l'inclinaison de l'axe primaire peut améliorer la répartition de la charge de la pièce soumise à des contraintes, ce qui constitue un avantage supplémentaire.
  • Pièces emballées - Lorsqu'une imprimante 3D imprime plusieurs pièces dans un lot, elle n'effectue qu'un seul cycle de commutation modèle-support par couche, quel que soit le nombre de pièces emballées dans le lot. Pour les conceptions qui ne peuvent pas utiliser d'angle autoportant ou utiliser le matériau du modèle comme support, c'est un excellent moyen de réduire le coût en temps par unité. Il ne doit pas nécessairement s'agir de lots de pièces identiques, tant que la gamme de couches pour l'utilisation du matériau de support se chevauche entre les pièces.

Temps d'impression et temps de post-traitement

Si la pièce que vous souhaitez imprimer comporte de nombreux boutons-pression, poteaux ou chevilles se ramifiant selon plusieurs axes, il peut être difficile d'optimiser la structure de support. Dans ce cas, la modularisation de ces petits éléments en pièces séparées et leur assemblage ou leur collage sur le corps principal peut être une meilleure option que de faire perdre du temps à l'imprimante. En plus d'économiser du temps d'impression, la modularisation des petits éléments donne la liberté d'orienter chaque sous-composant dans l'axe idéal pour augmenter la résistance ou la flexibilité.

Réduire le temps d'inactivité de l'imprimante

Lorsque vous programmez des travaux d'impression, il est recommandé de les répartir en blocs de 24 heures pendant les jours de la semaine si possible. Bien que l'impression 3D soit devenue beaucoup plus fiable au fil des ans, il existe toujours un risque de dysfonctionnement qui peut ruiner le lot. En effet, dans l'impression 3D, une seule couche manquante peut rendre tout le lot inutilisable. Cela peut être dû à un problème d'alimentation, à une obstruction intermittente non détectée de la pointe ou à une défaillance mécanique/électrique de l'imprimante elle-même. Le respect de la règle des 24 heures peut réduire l'exposition au risque et vous pouvez toujours redémarrer le lot le lendemain au cas où quelque chose aurait mal tourné pendant la nuit.

En programmant un travail pour un week-end typique (vendredi - lundi), l'empilement vertical des pièces pour combler le vide de 60 à 70 heures peut être un excellent moyen de réduire le temps d'inactivité de l'imprimante. Bien qu'un travail d'impression de 70 heures semble risqué, lorsque les pièces sont empilées, même si l'impression échoue à la 60e heure, seules les pièces situées en haut de la pile sont affectées, tandis que le reste de la pile peut encore être récupéré.

Conclusion

Les performances mécaniques d'une imprimante ne représentent qu'une petite partie du tableau d'ensemble lorsqu'il s'agit d'augmenter le débit global du processus de fabrication additive dans votre entreprise. La compréhension des limites et des solutions créatives, associée au bon outil logiciel qui complète ces solutions, peut améliorer encore l'efficacité de votre entreprise de fabrication additive et accélérer considérablement le retour sur investissement.

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Joseph Yang

Joseph Yang est un chef d'équipe de Stratasys Field Engineering Technologist qui possède une vaste expérience de l'impression 3D.