La technologie d'impression 3D L'impression 3D est devenue de plus en plus populaire dans le prototypage et la production. Les secteurs médical, automobile, robotique, grand public et de nombreuses autres industries utilisent des techniques d'impression XNUMXD telles que la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) pour réaliser des prototypes de test.
Si vous avez des conceptions de produits uniques ou des optimisations de produits existants, cette technologie peut rapidement convertir les concepts en formes fonctionnelles. Vous pouvez ainsi tester, itérer et affiner pour obtenir un avantage concurrentiel sur le marché.
Cet article couvrira ce qu'est l'impression 3D FDM, le processus de fabrication de prototypes avec FDM, les options de matériaux et des conseils pour l'externalisation des prototypes auprès d'un fabricant secondaire.
Commençons.
Qu'est-ce que l'impression 3D FDM ?
La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est une technologie de fabrication additive qui crée des modèles solides 3D grâce au dépôt précis de matière fondue selon un chemin sélectif. Cette méthode est largement utilisée dans les prototypes visuels et de test dans de nombreux secteurs.
Prototypage FDM
Avec une imprimante 3D FDM, les modèles 3D assistés par ordinateur peuvent être rapidement transférés sous forme physique. Tout d'abord, le logiciel d'impression convertit les dessins en différentes tranches. Ensuite, les imprimantes construisent l'objet sur le lit d'impression en ajoutant couche après couche, en suivant cette tranche et ce chemin.
Avant de passer au mécanisme de fonctionnement du FDM, examinons la structure standard d'une machine d'impression FDM ;
Procédé d'impression 3D FDM
- Bobine de filament : Les bobines de matériaux du matériau imprimé, la qualité d'impression 3D est différente du matériau ordinaire.
- Extrudeuse: On prend la bobine de matériau et le filament chauffé fond avant de passer dans la buse.
- Ajutage: La buse dépose le matériau fondu dans le lit d'impression et l'extrudeuse peut déplacer la buse le long des axes X, Y et Z.
- Lit d'impression : Il s'agit du lit plan antiadhésif sur lequel un prototype ou un produit conçu est construit.
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Comment fonctionne l'impression 3D FDM ?
Les étapes ci-dessous décrivent le processus chronologique de la manière dont FDM construit les objets 3D, de la création de la conception à l'ajout de calques.
Procédé d'impression 3D FDM
Étape 1 : Création du modèle 3D
Le processus commence par la création d'un modèle 3D des pièces à imprimer à l'aide d'outils informatiques tels qu'AutoCAD, Fusion360 et Solidworks. La conception doit inclure tous les marquages géométriques et de dimensionnement dans des formats compatibles tels que .STL ou .OBJ.
Étape 2 : Préparation du fichier pour l'impression 3D
Ensuite, le logiciel de découpage convertit les couches horizontales en fines couches, qui génèrent les codes G pour dicter le chemin d'impression. Ici, l'imprimante FDM comprend le code G et exécute le processus en conséquence. De plus, ce fichier comprenait d'autres instructions, telles que l'épaisseur de la couche, la vitesse d'impression et les paramètres de température.
Étape 3 : chargement du filament et configuration de l'imprimante
Le chargement du filament consiste à insérer la bobine de matériau dans la bobine de filament, qui maintient la bobine et l'alimente à l'extrudeuse au débit souhaité. Par conséquent, il est également important d'aligner le lit d'impression et la buse.
Étape 4 : Chauffage et extrusion
Les filaments chauffants chauffent la bobine à la température requise et passent à travers la buse. Pendant ce temps, l'extrudeuse pousse la bobine dans la buse en continu.
Étape 5 : Création de calques
L'extrudeuse se déplace le long de l'axe Z (vers le bas) et dépose la couche (épaisseur 0.1 à 0.3 mm) sur le lit d'impression. Ici, le chemin est contrôlé par le fichier G-code précédent. Ce dépôt de couches les unes sur les autres se répète jusqu'à ce que l'objet complet soit formé.
Étape 6 : Post-traitement
Après l'impression, les pièces sont soumises à un post-traitement, tel que le ponçage, la peinture, le polissage à la vapeur, etc. Le but est de former une surface lisse et uniforme avec l'apparence requise.
Quels sont les avantages de l’impression 3D FDM pour le prototypage ?
Prototypes imprimés FDM
Les délais de production rapides, la rentabilité, la précision et les personnalisations sont les principaux avantages de l'utilisation du procédé d'impression 3D FDM pour le prototypage. Examinons plus en détail ces avantages un par un :
Faibles coûts de prototypage
Parmi les différentes méthodes d'impression 3D, les coûts de la FDM sont relativement faibles. Le prix de la matière première (filament) est lui-même inférieur à celui du matériau utilisé par les autres méthodes. De plus, le coût de l'outillage est minime et vous pouvez rapidement ajuster les paramètres d'impression.
Prototypes complexes et détaillés
Prototypes en plastique personnalisés
La technologie FDM fusionne avec précision les couches de matériaux dans des formes et géométries complexes avec plusieurs composants ; sinon, elle nécessite un assemblage approfondi. Vous pouvez facilement former des pièces avec des parois fines, des surplombs, des emboîtements, des structures creuses, des contours complexes et des surfaces texturées.
Prospects rapides
La vitesse de production plus rapide des imprimantes FDM leur permet de réaliser rapidement des prototypes et de les répéter plusieurs fois. Cela leur donne également un avantage concurrentiel sur le marché. Les projets simples sont réalisés en 1 à 3 jours seulement.
Diverses options de couleurs
Impression FDM multicolore
Vous pouvez acheter un filament de matériau d'impression 3D avec la couleur spécifique que vous souhaitez. Sur le marché, de nombreuses couleurs de filaments sont disponibles. Vous pouvez même passer des filaments de différentes couleurs pour personnaliser l'apparence des prototypes.
Polyvalence des matériaux
Vous pouvez imprimer des thermoplastiques, des composites et des filaments métalliques. Les filaments de matériaux courants sont le PLA, l'ABS, le nylon, le PC, le PETG, la fibre de carbone, le bronze, le cuivre, l'acier inoxydable et les filaments chargés de fer. Ici, l'impression sur plastique et sur métal nécessite des dispositions distinctes pour la configuration de l'imprimante.
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Matériaux couramment utilisés dans l'impression 3D FDM pour les prototypes
Les thermoplastiques sont des matériaux d'impression 3D FDM courants. Cependant, en fonction des exigences de propriétés pour les tests de fonctionnement, vous pouvez également utiliser des composites, des métaux et d'autres types de filaments.
Le tableau ci-dessous décrit les Matériaux d'impression 3d utilisé dans le prototypage FDM ;
| Matériau du filament | Propriétés clés | Exemples de prototypes |
| Le PLA | Facile à imprimer, biodégradable, faible déformation, finition brillante | Modèles conceptuels, prototypes d'exposition, jouets |
| ABS | Durable, résistant aux chocs, résistant à la chaleur, légèrement flexible | Prototypes fonctionnels, boîtiers, engrenages |
| PETG | Solide, résistant aux produits chimiques, flexible, bonne adhérence des couches | Pièces mécaniques, conteneurs, emboîtements |
| TPU | Flexible, élastique, résistant à l'abrasion, finition douce au toucher | Poignées, joints, prototypes portables |
| Nylon | Haute résistance, résistant à l'usure, durable, légèrement flexible | Engrenages, charnières, pièces porteuses |
| PC | Options robustes, résistantes à la chaleur et transparentes | Capots de protection, composants soumis à de fortes contraintes |
Choisir le bon service d'impression 3D FDM pour vos besoins de prototypage
Vous devez choisir un service d'impression 3D FDM exemplaire pour vous assurer que le fabricant peut fournir les résultats escomptés. C'est d'autant plus important que l'externalisation vous donne peu de contrôle sur le processus de production réel.
Facteurs à prendre en compte pour choisir une entreprise de prototypage FDM
Voici les facteurs clés que vous pouvez prendre en compte lorsque vous recherchez le bon fournisseur de services :
- Capacité d'impression du fabricant
Vous pouvez commencer par consulter les portails en ligne des sociétés d'impression 3D, le type d'imprimantes dont elles disposent, la taille de construction, la limite d'épaisseur, les tolérances réalisables, etc. Il est essentiel de s'assurer que le service peut imprimer la taille de votre conception avec toutes les caractéristiques nécessaires.
- Options matérielles
Identifiez la qualité du filament et les autres procédures de sélection des matériaux. Ensuite, analysez si le fournisseur de services peut imprimer le matériau souhaité ou non.
- Expertise et expérience
Consultez les témoignages pour savoir ce que les anciens clients disent des services offerts. De plus, vous pouvez vérifier si l'entreprise a réalisé un projet de prototypage similaire au vôtre ou non.
- Considération de coût
Après vous être assuré que le prestataire de services peut imprimer vos prototypes conçus, contactez-le pour connaître les prix, ou vous pouvez déposer des conceptions et des questions sur leurs sites Web pour obtenir un devis.
"Pour obtenir un devis de ProleanTech, déposez votre conception de prototype et d'autres spécifications here.. »
- Décision finale
Après avoir obtenu des devis de plusieurs entreprises, comparez-les en fonction de la valeur qu'elles proposent, y compris le délai de livraison. Ensuite, négociez et demandez des démarches supplémentaires telles que des contrats, des accords de confidentialité, etc.
Impression 3D FDM vs autres types d’impression 3D : laquelle est la meilleure pour le prototypage ?
Outre l'impression 3D FDM, d'autres techniques telles que le frittage laser direct de métal (DMLS), le frittage laser sélectif (SLS) et la stéréolithographie SLA sont également utilisées dans les projets de prototypage. Ces types d'impression 3D ont leurs propres avantages et inconvénients dans la production de prototypes…
Procédé d'impression SLS
La technique SLS utilise un laser focalisé dans le trajet sélectif pour fusionner la poudre plastique en couches successives, les unes au-dessus des autres. Au cours du processus, toutes les couches sont fusionnées pour former la structure conçue. L'impression 3D SLS est utilisée à la fois pour les prototypes fonctionnels et les modèles visuels.
Impression 3D DMLS
L'impression 3D DMSL joue un rôle important dans prototypage rapide dans tous les secteurs industriels. Elle utilise un faisceau laser haute tension pour fusionner la poudre métallique et construire la forme conçue selon les informations de la CAO. Cette méthode peut créer des formes encore plus complexes que les techniques FDM, mais elle est limitée aux matériaux métalliques et en alliage.
Impression 3D SLA
Procédé d'impression 3D SLA
Cette impression 3D consiste à durcir la résine liquide au laser en couches solides pour former un prototype détaillé. L'impression SLA permet d'imprimer des surfaces lisses avec une excellente précision.
Ensuite, le tableau ci-dessous met en évidence la comparaison de ces technologies avec FDM ;
| Critères | FDM | SLS | Dmls | Contrat de niveau de service |
| Accessibilité | ✔ | ✔ | ✘ | ✘ |
| Facilité d’utilisation | ✔ | ✔ | ✘ | ✔ |
| Options matérielles | ✔ | ✔ | ✔ | ✘ |
| Finition de surface | ✘ | ✘ | ✔ | ✔ |
| Force mécanique | ✘ | ✔ | ✔ | ✘ |
| Géométrie complexe | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
« Vous pouvez lire une comparaison complète de l'impression 3D et du moulage par injection pour le prototypage dans l'article Impression 3D vs moulage par injection ici"
Considérations financières pour le prototypage avec l'impression 3D FDM
Le coût d'un prototype imprimé en 3D par FDM dépend de nombreux facteurs, notamment du type de matériau, de la complexité, de la taille et des tolérances souhaitées. En règle générale, le prix varie entre 100 et 1000 XNUMX dollars, voire plus.
Voici quelques pratiques que vous pouvez suivre pour optimiser le coût associé aux prototypes imprimés FDM ;
- Optimisez votre conception 3D pour une meilleure fabricabilité ; vous pouvez ajuster des fonctionnalités complexes et des tolérances serrées en fonction des exigences.
- L’impression de plusieurs lots à la fois maximise l’efficacité de l’imprimante et contribue à réduire les coûts.
- Optez pour des matériaux de qualité pour les prototypes qui ne nécessitent pas de résistance ou de finition élevées. Réservez les matériaux haut de gamme pour les versions finales.
- Utilisez une hauteur de couche allant jusqu'à 0.3 mm si les prototypes n'ont pas nécessairement besoin de détails fins.
- En cas d’externalisation, vous pouvez opter pour des emplacements rentables comme la Chine pour tirer parti de structures technologiques étendues, d’innovations et d’un faible coût des ressources humaines.
Défis courants de l'impression 3D FDM et comment les surmonter
Examinons les défis courants de l’impression FDM et leurs stratégies de prévention ;
- Échec du support
Souvent, les pièces d'impression tombaient sur le lit d'impression parce que le support n'était pas en mesure de résister à la pièce ou en raison de la faible surface de contact entre les éléments d'impression et la structure de support.
→Prévention : Réaliser une surface de contact suffisante entre la pièce et le lit.
- Déformation du matériau
La principale cause de déformation des matériaux est l'instabilité des températures de refroidissement. Cela affecte l'intégrité structurelle et la précision.
→Prévention : Préchauffez le lit d’impression et maintenez un environnement de refroidissement uniforme.
- Obstruction de la buse de l'imprimante
Certains résidus ou même filaments peuvent provoquer l'obstruction de la buse, ce qui affecte le flux de matière souhaité pour l'ajout de couches.
→Prévention : Inspectez et nettoyez les buses avant de démarrer le processus d’impression.
- Désalignement des calques
Les principales causes de désalignement entre les couches imprimées sont des courroies desserrées, des moteurs pas à pas usés, des erreurs logicielles ou des lits d'impression instables.
→Prévention : Assurez-vous que le logiciel de découpage est exempt de logiciels malveillants et calibrez l'imprimante avant de démarrer le processus.
- Enfilage de pièces
Plusieurs pièces d'impression sur le lit peuvent être collées les unes aux autres en raison d'erreurs de réglage ou de températures élevées sur les bords.
→Prévention : Assurez-vous que le réglage de la température est approprié en fonction du matériau imprimé.
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Obtenir des prototypes de haute qualité pour tester et valider la conception peut s'avérer compliqué, surtout si vous ne disposez pas de votre propre installation d'impression 3D. Cependant, la bonne nouvelle est que ProleanTech fournit des solutions de prototypage personnalisées aux concepteurs et aux entreprises du monde entier.
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résumer
L'impression 3D FDM convient aux prototypes métalliques et non métalliques, mais est préférée pour les matériaux non métalliques, car elle crée rapidement des formes détaillées et complexes basées sur des modèles CAO. Cependant, vous devez tenir compte de l'optimisation de la conception, du choix des matériaux et de tous les autres détails des prototypes avant de procéder. Dans l'ensemble, la FDM offre un équilibre entre coût, qualité et délai de fabrication des prototypes.
FAQ
Quelle est la précision et la durabilité des prototypes imprimés en 3D FDM ?
Bien que la précision exacte du prototype imprimé en 3D FDM varie en fonction de différents facteurs, une tolérance typique est de ± 0.5 % du modèle. Par exemple, 0.05 mm pour une longueur de 10 mm. Par conséquent, la qualité de fabrication est solide et durable.
Quels sont les principaux avantages de l’utilisation de l’impression 3D FDM pour le prototypage ?
La rentabilité, la rapidité d’exécution, la flexibilité de modification et la diversité des matériaux sont les principaux avantages de l’utilisation de la technologie d’impression 3D FDM pour le prototypage.
Combien de temps faut-il pour imprimer en 3D un prototype à l'aide de FDM ?
Une fois la conception finalisée, le temps total nécessaire à l’impression 3D du prototype est d’une journée seulement.
L’impression 3D FDM peut-elle être utilisée pour les pièces d’utilisation finale ?
Oui, la FDM permet de produire des pièces destinées à de nombreuses applications, notamment des conduits, des supports, des produits de santé, des produits de consommation et des articles de sport. Cependant, elle n'est économiquement viable que pour de petites séries.
Quels sont les problèmes courants avec l’impression 3D FDM et comment peuvent-ils être résolus ?
Les problèmes courants rencontrés lors de l'impression FDM sont le gauchissement du matériau, la formation de fils et la faible adhérence des couches. Ces problèmes peuvent être résolus en optimisant la température de traitement et en utilisant des filaments de haute qualité. De plus, un nettoyage régulier de tous les composants est également essentiel.
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