Tirer parti de la force de la fibre de carbone imprimée en 3D dans l'atelier

Article de Stratasys Ltd. mis à jour le 14 septembre 2020

Article

Vos objectifs sont clairs : une productivité élevée et la sécurité des travailleurs, un faible coût et des matériaux qui peuvent résister aux rigueurs d'un environnement de fabrication. La fabrication traditionnelle a sa place, mais ce n'est pas le seul moyen d'obtenir des pièces solides. La fabrication additive (FA), qui utilise du nylon chargé de fibres de carbone, permet d'imprimer en 3D des pièces solides et légères présentant un rapport résistance/poids élevé pour le prototypage rapide, la production en petites séries et même la production de pièces de qualité.

Les usines qui tirent parti de la puissante combinaison de l'usinage traditionnel et de la fabrication additive réalisent le scénario le plus efficace et le plus rentable.

Outillage en fibre de carbone imprimé en 3D

Outillage en fibre de carbone imprimé en 3D

L'impression 3D avec de la fibre de carbone permet d'obtenir des pièces solides, complexes et personnalisables pour des besoins allant du prototype fonctionnel à la production en série. Vous pouvez réduire le poids des outils et des aides à la fabrication et les personnaliser pour qu'ils soient plus ergonomiques, confortables et faciles à utiliser. La légèreté et la rigidité des matériaux remplis de fibres de carbone permettent de rationaliser le processus, de la conception initiale à la fabrication. Votre sol devient plus efficace. Les obstacles sont éliminés, les coûts et les délais sont réduits et les accidents du travail avec arrêt sont réduits. Cette présentation de la solution démontre non seulement les avantages de l'impression 3D avec des matériaux à haut rapport résistance/poids comme la fibre de carbone, mais fournit également un chemin vers une solution complète intégrant l'impression 3D dans votre atelier.

Ajouter l'impression 3D à votre atelier

L'usinage CNC ne disparaît pas pour les longues séries de pièces solides. Mais l'impression 3D avec des matériaux solides, légers et rigides comme la fibre de carbone signifie que la fabrication additive peut compléter les processus actuels de l'usine, en ajoutant de la valeur en termes de délai de livraison, de liberté de conception et de complexité. La clé est d'identifier exactement où, dans votre usine, la FA peut contribuer à réduire les coûts d'outillage, de maintenance et de réparation. Parfois, l'identification des principaux cas d'utilisation de l'AM peut être fournie par les ouvriers de l'usine. Mais ce n'est pas le seul endroit où vous pouvez obtenir un aperçu de la valeur de l'AM dans votre usine.

Commencez par identifier vos points sensibles. Passez ensuite aux applications en usine qui peuvent être améliorées par des délais de production plus courts, ce qui peut améliorer vos résultats. Enfin, faites appel aux services d'experts en matière de stratégie et de déploiement de l'AM pour obtenir des solutions de pointe.

Obstacles à l'efficacité

Du temps perdu par les travailleurs aux inefficacités de la ligne de production, en passant par l'optimisation de l'utilisation des équipements de production, tout ce qui fait obstacle aux efficacités vous coûte de l'argent. Éliminez les déchets, réduisez les stocks et apprenez à mettre en œuvre la fabrication intelligente avec un atelier connecté à l'IoT.

Applications d'outillage

Les outils non ergonomiques peuvent causer des blessures aux travailleurs et entraîner des temps d'arrêt. Les longs délais de production de l'outillage ainsi que le manque de pièces de substitution sont autant de domaines dans lesquels AM peut améliorer votre efficacité et réduire vos coûts.

Chercher le bon conseil

Vous avez besoin de conseils en matière d'AM qui ne s'adaptent pas à un processus particulier, mais plutôt de conseils qui s'adaptent à votre chaîne de production. Une solution complète d'AM commence par la bonne stratégie d'une équipe de services experts. Le bon conseil ne consiste pas seulement à savoir si l'AM s'intègre dans votre flux de production, mais comment. Une visite de l'atelier avec des experts de l'AM peut permettre d'identifier les zones clés pour un meilleur rendement de production et aider à identifier les économies de temps et de coûts.

La solidité de votre matériau est importante

Le thermoplastique renforcé de fibres de carbone répond aux besoins exigeants de l'environnement de production et peut remplacer l'outillage métallique. Avec un mélange de résine Nylon 12 et de fibres de carbone coupées, à une charge de 35% en poids, ce matériau a la plus grande résistance à la flexion de tous les thermoplastiques FDM®. La fibre de carbone offre la résistance et la rigidité dont vous avez besoin pour les outils, prototypes et pièces de production rigides. Même les prototypes fonctionnels pour les rails du cadre d'un dispositif de mouvement OneWheel.

Faites tourner votre usine

Le prototypage rapide est peut-être le terme AM que vous connaissez le mieux, mais ce n'est pas le seul processus rapide pour l'impression 3D. Grâce aux propriétés de matériaux résistants tels que la fibre de carbone, l'outillage rapide permet de réduire les temps d'arrêt en cas de défaillance des outils. Imprimez rapidement des pièces de rechange en 3D qui ont la résistance nécessaire pour tenir dans un environnement de production. Les gabarits et les dispositifs de fixation imprimés en 3D avec la fibre de carbone FDM Nylon 12 sont non seulement légers, mais ils ont aussi la résistance nécessaire pour accomplir le travail, qu'il s'agisse d'outils de remplacement provisoires ou de prototypes fonctionnels.

Réduire les temps d'arrêt

Les temps d'arrêt sont des pertes de revenus. Avec l'impression 3D, vous pouvez faire remplacer votre pièce en une fraction du temps des méthodes d'outillage traditionnelles. Le tout avec un logiciel convivial qui fait de chacun un expert de l'impression 3D.

Augmenter l'efficacité

Vous avez besoin d'un nouvel outil pour améliorer l'efficacité de votre ligne ? Avec l'impression 3D, vous pouvez concevoir dans GrabCAD Print™, puis passer de manière transparente à l'impression, le tout en moins de temps que la fabrication traditionnelle, avec une résistance comparable et un coût moindre.

Diminution des déchets

De par sa nature même, la fabrication additive produit moins de déchets que l'usinage traditionnel. Au lieu de découper de la matière pour former une pièce, on ajoute de la matière couche par couche pour former une pièce qui n'a pratiquement pas de déchets. Cette méthode est non seulement plus rentable, mais aussi plus écologique.


Mise en évidence du cas d'utilisation

Thule se lance dans la fibre de carbone FDM Nylon 12

Grand utilisateur de l'impression 3D, l'entreprise de plein air Thule avait encore un obstacle à surmonter : la capacité d'imprimer des prototypes présentant la rigidité et la résistance des pièces moulées par injection renforcées de fibres ou de verre qui lui permettraient d'effectuer des tests fonctionnels. Grâce à l'adoption précoce de la fibre de carbone FDM Nylon 12, l'entreprise peut désormais dépasser la validation de la conception et procéder à des essais sur route des mécanismes de serrage pour des produits tels que son porte-kayak de toit.

"Nous avons fabriqué des pièces rotatives, comme notre mécanisme de serrage dont les dents s'emboîtent les unes dans les autres, qui ne tiendraient pas sans les capacités de la fibre de carbone Nylon 12. Elles se briseraient ou se plieraient complètement, sans se casser."

- Rob Humphries, ingénieur prototype, développement de produits chez Thule


Applications manufacturières solides

La valeur de l'impression 3D pour les fabricants réside dans sa capacité à réduire la durée du cycle et à diminuer les coûts. La combinaison de la liberté de conception de l'impression 3D et des capacités et de la fiabilité des matériaux de Stratasys offre aux fabricants un puissant levier pour réaliser une personnalisation économique, une production en petite série et un prototypage fonctionnel.

Les matériaux à haute résistance, comme la fibre de carbone FDM Nylon 12, vous permettent de remplacer les matériaux métalliques plus lourds pour créer des pièces et des outils plus légers. Considérez les cas d'utilisation suivants lorsque vous recherchez des opportunités au sein de vos opérations de production pour réduire vos coûts de fabrication et de développement de produits.

Aides à la fabrication

La production rapide de montages, de gabarits, de jauges de contrôle et d'outils d'inspection permet aux fabricants d'améliorer l'efficacité du temps de cycle des tâches, de réduire le coût des outils et d'obtenir davantage d'outils plus rapidement que par les moyens traditionnels.

Prototypes fonctionnels

Les matériaux à haute résistance rendent le prototypage fonctionnel possible, ce qui réduit le temps et le coût du développement et accélère la mise sur le marché.

Optimisation de l'ergonomie

Les outils imprimés en 3D sont plus légers et peuvent être optimisés pour des tâches spécifiques, ce qui augmente la sécurité des travailleurs et l'efficacité du travail.


Mise en évidence du cas d'utilisation

Utah Trikes

La possibilité d'utiliser la fibre de carbone Nylon 12 FDM de Stratasys à toutes les étapes du processus de fabrication donne à Utah Trikes plus de temps pour perfectionner ses conceptions. L'entreprise utilise la fibre de carbone nylon 12 imprimée en 3D pour les prototypes, l'outillage et les pièces de production en petite série en raison de ses propriétés mécaniques supérieures. En tant que fabricant de produits personnalisés, l'impression 3D avec la fibre de carbone Nylon 12 FDM permet à Utah Trikes de réduire le temps de développement de ses produits.

"Les pièces Stratasys FDM Nylon 12CF™ peuvent être imprimées plus rapidement, avec un rapport rigidité/poids supérieur et avec une meilleure répétabilité que toute autre technologie d'impression 3D que nous avons vue."

Ashley Guy, présidente et directrice générale de Utah Trikes.


Multipliez vos capacités d'outillage

Les applications d'outillage constituent l'une des plus grandes opportunités dont vous disposez pour gagner en temps, en coût et en efficacité ergonomique grâce à l'impression 3D. Comme les imprimantes 3D Stratasys fonctionnent avec une grande variété de thermoplastiques, notamment le nylon à fibres de carbone haute résistance, le PEKK et les résines ULTEM™, vous pouvez appliquer l'impression 3D à de multiples applications d'outillage.

Les aides à la fabrication courantes, comme les dispositifs de fixation et autres outils de la chaîne de production, sont faciles à mettre en œuvre et représentent une vaste opportunité d'économies grâce à l'impression 3D. Essentiels au processus de production, ces outils sont généralement omniprésents dans l'usine. Cependant, ils sont généralement coûteux et longs à produire lorsqu'ils sont fabriqués avec des méthodes et des matériaux traditionnels. Ils peuvent être imprimés en 3D plus rapidement, à moindre coût, et facilement optimisés pour la sécurité et l'efficacité des travailleurs.

Au-delà des aides à la fabrication courantes, vous trouverez également des possibilités supplémentaires parmi les applications d'outillage plus spécialisées, notamment les suivantes :

Outils de thermoformage

Ces outils sont généralement fabriqués en bois, en carton RenShape, en fonte d'aluminium ou en billettes d'aluminium usinées et sont généralement coûteux, avec de longs délais de production.

Outils d'hydroformage

L'outillage hydroformé en aluminium ou en d'autres métaux nécessite un temps considérable pour la programmation de l'usinage CNC, en particulier pour les formes complexes, et entraîne une perte considérable de matériau.

Outillage composite

Utilisé pour former des structures composites, cet outillage est généralement encombrant, lourd et coûteux, avec des délais d'exécution de plusieurs semaines, voire de plusieurs mois, selon la taille et la complexité. Ces applications sont bien adaptées aux remplacements imprimés en 3D pour une production en série limitée ou pour évaluer les conceptions avant d'investir dans un outillage dur coûteux. Les matériaux à haute résistance comme la fibre de carbone FDM Nylon 12 sont suffisamment solides pour remplacer les outils métalliques dans certaines applications. La résine ULTEM 1010 est capable de durcir en autoclave et constitue un moyen beaucoup plus rentable de fabriquer des outils légers en composite.


Mise en évidence du cas d'utilisation

Groupe Genesis Systems

Genesis construit et met en œuvre des systèmes d'automatisation robotique et avait besoin d'un effecteur robotique plus rapide, plus léger et moins coûteux pour saisir et découper des pièces composites. En utilisant la résine ULTEM 9085 à haute résistance, Genesis a fabriqué un nouvel effecteur final qui a permis de réduire le poids de 94 % par rapport à la pince traditionnelle, ce qui a permis d'utiliser un moteur de robot plus petit. Le temps de production a également été réduit de 85 %, passant de 20 à 3 jours.

"Normalement, il faut des semaines pour faire fabriquer des pinces traditionnelles. Avec la pince FDM, vous pouvez avoir un nouvel effecteur final complet et boulonné au robot en un jour ou deux."

- Doug Huston, conseiller technique du groupe Genesis Systems


Imprimantes 3D prêtes pour la fabrication

De nombreux fabricants pensent que le statu quo est suffisant ; votre entreprise commet-elle cette erreur coûteuse ? La vérité est que l'impression 3D, souvent aux côtés de technologies éprouvées, est essentielle à une fabrication efficace. Dans la course à l'inventaire zéro et à la création au point d'utilisation, la fabrication traditionnelle ne peut rivaliser avec les économies de temps et de coûts de l'impression 3D. Outre la liberté de conception et les économies de coût et de poids de la fabrication additive, les imprimantes FDM de Stratasys complètent les technologies existantes et vous donnent la possibilité de réduire les coûts de production, les délais de mise sur le marché, l'efficacité de la fabrication et les chaînes d'approvisionnement.

La Stratasys F900™ est prête pour MTConnect, ce qui vous permet de bénéficier d'une connectivité totale au niveau de l'usine. Notre large sélection de matériaux vous permet de faire correspondre de manière rentable les exigences de votre conception avec le bon matériau, qu'il s'agisse de matériaux économiques de qualité technique ou de polymères avancés à haute performance comme le nylon en fibre de carbone, le PEKK et l'ULTEM. Le logiciel GrabCAD Print vous permet de passer facilement du modèle CAO à l'impression finie, tout en vous donnant accès aux informations d'impression essentielles.

Vous avez besoin d'aide pour réaliser le plein potentiel de l'impression 3D dans votre usine ?

Laissez l'équipe de Javelin Additive valider l'impression 3D pour votre entreprise et vous aider à déterminer les zones spécifiques mûres pour l'intégration de l'AM dans votre atelier. Quel est le coût de votre méthodologie de fabrication actuelle ? Contactez un représentant de Javelin et découvrez comment l'impression 3D peut réduire vos coûts.

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Depuis plus de 30 ans, Stratasys est un pionnier de la technologie d'impression 3D, qui résout les problèmes, s'interroge, invente et réinvente. En se demandant continuellement "Comment pouvons-nous aider nos clients à transformer une grande idée en un grand succès ?".