Impression 3D, une révolution dans le prototypage rapide ?

La progression exponentielle de l’imprimerie 3D est devenue très visible ces 5 dernières années. Nombreux et réguliers sont les articles mentionnant les percées des applications de l’imprimerie 3D dans de nombreux domaines. Dès lors, qu’en est-il dans la fabrication de vos pièces prototypées et petites séries de pièce plastique. Est-ce la révolution dans le prototypage ?

Nous allons faire la comparaison de l’impression 3D avec les techniques traditionnelles que sont l’usinage et la coulée sous vide dans un exemple concret. Pour notre comparatif, nous avons pris une pièce de forme simple et de la taille suivante : 65*5*65mm. De plus, celle-ci pour répondre au besoin de son concepteur, devra être produite en 50 exemplaires pour des tests fonctionnels et le lancement d’une première série de produit dans le commerce. Cette pièce est une entretoise qui n’a pas de fonction esthétique mais qui est montée sur un axe en rotation. Nous allons comparer les performances obtenues avec une imprimante Zortrax M200 pour chaque technologie selon les paramètres suivant :

• Vitesse de production
• Finition
• Fonctionnalité
• Coût

Zortrax M200

Pièce dans son environnement

Vitesse et cadence de production

• Impression 3D : 1H
• Usinage : 1H30
• Coulée sous vide : 1H

Pour ce qui est de la vitesse, les 3 technologies de prototypage ou de production petite série sont équivalentes. L’avantage de l’impression 3D est la possibilité d’avoir une machine dans son bureau. Par contre lors de la production d’une petite série, l’impression nécessite quelqu’un qui opère la machine : relance du programme de fabrication, sortie de la pièce produire, nettoyage de la buse, …

Production en cours par addition de matière

Production en cours

Finition

• Impression 3D : Mauvaise
• Usinage : Excellente
• Coulée sous vide : Excellente

La pièce issue de l’impression 3D est visuellement beaucoup moins belle que les autres technologies. On voit très nettement les différentes couches d’impression. Le recollement de certaines lignes vient détériorer l’aspect et le dimensionnel de plusieurs diamètres. L’usinage ou la coulée sous-vide offrent par contre des finitions pratiquement équivalentes à de la pièce de production d’injection.

Imprimerie 3D

Usinage POM

Pièce en imprimerie 3D avec traces visible des couches d’impression

Pièce en CNC, sans traces visibles

Pièce en imprimerie 3D avec traces visible des couches d’impression

Pièce en CNC, sans traces visibles

Fonctionnalité (Vieillissement/Propriétés mécaniques)

• Impression 3D : Mauvaise
• Usinage : Excellente
• Coulée sous vide : Excellente

La fabrication 3D utilise des matières de substitution qui sont relativement limitées (ABS ou PA généralement). Dans le cas étudié, la pièce série sera en POM pour la qualité de résistance à la friction de cette matière. La pièce usinée remplira exactement la même fonction qu’une pièce série d’un point de vue mécanique car elle est produite dans la bonne matière. Avec celle issue de l’impression 3D, la pièce dans son environnement ne tiendra pas longtemps. Elle sera rapidement détériorée par le frottement de la tôle.

La friction est une des spécificités technique mais d’autres propriétés mécaniques peuvent être obtenues avec l’usinage ou la duplication sous-vide grâce au choix des matières disponibles. Il y a notamment la résistance au feu, aux hautes températures (> 100°C, >200°C…), aux agents chimiques, aux UV,…. Certaines normes comme « food grade » ou UL 94 V0 sont également disponibles. Avec l’impression 3D il n’est pas possible de garantir que le prototype puisse satisfaire l’ensemble de ces propriétés.

Coûts unitaire et petite série

• Impression 3D : Faible
• Usinage : Moyen
• Coulée sous vide : Moyen

Prix Impression 3D en interne: Le coût en impression 3D d’une seule pièce est relativement faible. Cependant en petite série, même en possédant une imprimante le coût unitaire de la pièce sera proche des autres technologies. En effet, lorsque l’on veut faire un peu de série en impression 3D il faut ajouter aux coûts directs comme la matière des frais supplémentaires tel qu’une personne qui puisse relancer la machine toutes les fins de cycles et opérer la machine, la mobilisation de la machine et son amortissement. Le prix unitaire est calculé selon les composantes suivantes:

• Coût matière : 0,8€ (Une bobine peut faire une cinquantaine de pièce).
• Temps opérateur : environ 4€ (Il faut compter environ 5 min pour relancer une production : sortie et ébavurage de la pièce, nettoyage de la plaque de l’imprimante, relance du programme).
• Amortissement de la machine : environ 0.35€ (Amortissement de la machine sur 3 ans).
• Entretien de la machine : environ 0.6€ (Nettoyage, remplacement de la buse tous les mois généralement, remplacement de la chauffe 2 fois par an, 1 à 3 heures par mois de travail).
• = 5,75 euros par pièce

Prix Impression 3D en sous-traitance: Nous avons fait une demande de chiffrage à un acteur incontournable de l’impression 3D en France et pour 50 exemplaires cette pièce coûte 17.5 euros à l’unité.

Prix Prototech en Coulée sous vide: Si on veut produire une petite série de pièce plastique, la duplication sous vide de polyuréthane devient très vite intéressante. Le moule silicone est rapidement amorti. Chez Prototech, la fabrication de cette pièce aurait coûté 7 euros à l’unité tout compris. Sous 7 jours, nous pourrions vous fournir ces pièces avec le rendu visuel et fonctionnel pratiquement similaire à de la pièce injectée.

Conclusion : Révolution ou non dans le prototypage ?

Pour la production de pièce prototype unitaire sans besoin de propriétés mécaniques ou esthétiques poussées, l’impression 3D est une révolution. Elle permet de remplacer des pièces issues de frittage de poudre ou de stéréolitographie avec l’avantage de pouvoir produire dans son bureau.

Cependant, cela est vrai dans la limite de la taille de la pièce. En effet, les imprimantes pouvant imprimer des pièces de grande taille (supérieur à 300mm) sont beaucoup plus chères et moins fréquemment utilisées dans un bureau non spécialisé. Dès que l’on veut des pièces bonnes matières et bonnes finitions ou des petites séries (entre 30 à 100 pièces), l’usinage CNC ou la duplication sous vide restent incontournables. Le choix des matières permet de prototyper au plus proche de la réalité des propriétés mécaniques. Les finitions possibles rendent les pièces pratiquement identiques à une pièce issue d’injection. Enfin, si il y a un peu de quantité ou une micro série, l’utilisation des moules silicones réduit le coût unitaire très rapidement.

Prototech propose une solution clé en main pour ce type de prototypage. A partir de vos DFN et avec votre cahier des charges, nous pouvons vous proposer des pièces prototypes sous quelques jours à des tarifs très compétitifs.