Comment combiner la fabrication additive et le moulage par injection ?

02 janvier 2023 | Temps de lecture : 5 min

Il est possible de maîtriser l'ensemble du cycle de vie de vos pièces en combinant la fabrication additive et le moulage par injection. Jetez un coup d'œil à notre processus en 3 étapes et téléchargez le livre blanc pour plus de détails.

Choisir le meilleur des deux mondes

La fabrication additive (FA) et le moulage par injection (IM) sont souvent présentés comme deux technologies concurrentes de transformation des matières plastiques. Parfois, FA est présenté comme une technologie de production perturbatrice qui prend des parts de marché aux offres conventionnelles. Cependant, le moulage par injection est une technologie mature, développée depuis près d'un siècle, qui offre une qualité et une répétabilité élevées dans la production de masse pour diverses applications - des lots allant jusqu'à 10 millions de pièces avec une large gamme de matériaux sont des attentes réalistes.

À l'inverse, la fabrication additive permet aujourd'hui aux utilisateurs de fabriquer des pièces personnalisées en masse, des géométries complexes et des lots de petite taille (jusqu'à 200 000 pièces) de manière économique grâce à une chaîne de valeur entièrement numérique.

Selon la Commission européenne, l'industrie manufacturière de pointe a d'abord été définie comme suit :

"La fabrication avancée utilise de nouvelles technologies et des technologies innovantes et de pointe telles que la robotique, l'impression 3D, l'intelligence artificielle, le calcul à haute performance et la modélisation, pour fabriquer des produits complexes [...]" La plupart des sources soulignent que "l'accent mis sur l'innovation" est un élément essentiel de leur définition. Les auteurs de ce document élargissent la définition existante en y ajoutant ce qui suit : "La fabrication avancée de polymères fait référence à la capacité de passer en douceur de la technologie traditionnelle à la technologie moderne de transformation des plastiques afin d'innover tout au long du cycle de vie du produit."

Pour parvenir à une fabrication réellement avancée, il faut combiner les deux technologies de manière flexible tout au long du cycle de fabrication. La manière d'y parvenir dépend en partie des exigences techniques et économiques d'une application donnée. Il est également important de se rappeler que la fabrication avancée ne doit pas être considérée comme un fourre-tout, et que différentes combinaisons de technologies de production seront pertinentes à différents stades du cycle de production.

Cette approche, qui va à l'encontre du "combat" dépeint entre FA et la MI, est un point sur lequel la division de conseil d'EOS, Additive Minds, a travaillé en étroite collaboration avec KraussMaffei, l'un des principaux fabricants de machines de moulage par injection, afin de la conceptualiser. Ensemble, nous avons créé un cadre pour aider les entreprises à évaluer les défis actuels et futurs auxquels elles peuvent être confrontées dans différents aspects de la fabrication des matières plastiques, et à déterminer la meilleure façon d'appliquer et d'intégrer les deux technologies de processus.

Ce cadre aidera les décideurs à choisir une technologie de transformation des matières plastiques appropriée en fonction de critères relevant de trois catégories : techniques, économiques et de l'état de préparation de leur organisation à la fabrication avancée. Le résultat du cadre est une série de graphiques montrant lequel des scénarios de fabrication suivants serait approprié :

Appliquer FA pour le prototypage et passer à IM lorsque la phase de montée en puissance commence.
FA et IM sont tous deux techniquement adaptés aux phases de montée en puissance et de déclin. Les critères économiques déterminent la taille des lots à partir de laquelle il convient de passer de FA à IM.
Recommandation d'une solution FA complète sur la base des critères technologiques et économiques fournis.
Recommandation d'une solution IM complète sur la base des critères technologiques et économiques fournis.

Utilisation du cadre décisionnel

Trouver la technologie de fabrication la plus adaptée à une application peut s'avérer difficile, en particulier lorsqu'il s'agit de déterminer s'il faut se concentrer sur la fabrication conventionnelle, comme le moulage par injection, ou, par exemple, sur la fabrication additive industrielle.

Le cadre décisionnel qui a été mis au point est un processus simple en trois étapes qui vous aidera à sélectionner la technologie de fabrication la mieux adaptée à chaque application. En remplissant le tableau d'évaluation pour une application et une étape du cycle de vie données, on obtient une série de graphiques qui suggèrent le scénario de fabrication à envisager.

Étape 1 - Évaluation des critères économiques et techniques

La première étape consiste à évaluer une application d'un point de vue économique et technique, en remplissant le tableau d'évaluation illustré. Chaque caractéristique économique et technique est assortie d'un score, qui influence les recommandations du cadre, en fonction de leur importance.

Les facteurs économiques comprennent la taille de la série, le temps de fabrication, le caractère hautement personnalisable du produit et la phase du cycle de vie du produit. Les propriétés techniques comprennent la taille de la pièce, la qualité de la surface et les tolérances requises, ainsi que les exigences réglementaires et la disponibilité des matériaux.

Quatre des caractéristiques du tableau sont surlignées en bleu/orange. Elles sont définies comme des "caractéristiques vedettes". Lorsque ces caractéristiques s'appliquent, elles poussent le scénario à être soit une solution complète FA , soit une solution IM.

Un exemple d'un tel scénario est une application dont la taille des séries est supérieure à 500k/an. Dans ce cas, les coûts de l'outillage et de la productivité en matière de gestion de l'information seront supérieurs à toute solution FA disponible sur le marché. En revanche, si l'application nécessite une personnalisation de masse, le scénario FA l'emportera sur les coûts de production d'outils multiples pour des applications personnalisées ; l'application passera donc à un scénario de production FA uniquement.

Étape 2 - Évaluation de l'état de préparation organisationnelle de l'entreprise

La dernière section du tableau concerne l'état de préparation de l'organisation. En fin de compte, il s'agit de l'aspect le plus important du cadre, car il définit la capacité d'une entreprise à évaluer et à passer d'une technologie à l'autre.

Ce point est important car il ne servirait à rien de proposer une combinaison de technologies qu'une organisation ne pourrait pas appliquer de manière réaliste à une application donnée. À cette fin, des caractéristiques telles que le niveau de connaissance de la gestion de l'information (en interne), les risques liés au passage d'une technologie à l'autre et l'ouverture aux nouvelles technologies influenceront le scénario proposé par le cadre pour les mêmes critères économiques et techniques. Les résultats de cette section de l'évaluation placeront une organisation à l'un des niveaux suivants :

Faible - L'organisation est spécialisée dans les MI ou FA. Elle dispose de capacités de fabrication établies et d'une expérience dans la gestion de la chaîne de production.
Moyen - L'organisation est spécialisée dans la messagerie instantanée ou dans le site FA. En outre, elle possède les connaissances nécessaires pour appliquer l'autre technologie à un niveau débutant ou modéré. Des décisions peuvent être prises en faveur de l'une des deux technologies sur la base d'une simple analyse du seuil de rentabilité.
Élevé - L'organisation est spécialisée dans les deux technologies et peut passer d'une technologie conventionnelle à une technologie moderne de transformation des matières plastiques en toute transparence. Elle dispose des connaissances nécessaires sur tous les matériaux, d'une expertise approfondie des processus des deux technologies de fabrication et d'une compréhension de la production disponible.

Étape 3 - Analyse des résultats

Une fois complété, le cadre fournit trois graphiques basés sur le niveau de préparation organisationnelle tel qu'il est décrit dans le livre blanc. L'examen des différents graphiques permet de voir l'impact de la préparation organisationnelle et souligne à quel point il est important d'être honnête sur le stade auquel se trouve un fabricant dans son parcours vers la fabrication avancée. Les recommandations finales constituent un point de discussion avec toutes les parties prenantes du processus de fabrication.

Technologies de fabrication complémentaires

Aujourd'hui, les technologies de production FA et IM sont un élément clé de la vision de la fabrication avancée. Le passage en douceur des technologies de fabrication conventionnelles aux technologies numériques dépend des propriétés des pièces, des aspects économiques, de la phase du cycle de vie et de l'état de préparation de l'organisation dans son ensemble.

En utilisant l'approche progressive décrite dans cet article, les fabricants peuvent faciliter la transition vers des techniques de fabrication avancées qui combinent les processus de fabrication. Le cadre vous fournit un outil pour poser les bonnes questions et décider d'utiliser le moulage par injection ou la fabrication additive.