10 raisons pour lesquelles le DfAM est important en impression 3D

Si vous employez la fabrication additive, vous savez à quel point la conception est importante pour la création d’une pièce, la modélisation étant la première étape de tout processus d’impression 3D. La conception pour la fabrication additive, ou DfAM (Design for Additive Manufacturing) comme on l’appelle plus communément, fait son apparition. Définie comme la « conception pour la fabricabilité » en impression 3D, ou plus simplement comme les méthodes et outils de conception permettant d’optimiser les pièces créées par fabrication additive, la conception pour la fabrication additive permet aux utilisateurs de tirer parti de la liberté de conception et essentielle à la création de pièces fonctionnelles et performantes. Cependant, même avec cette connaissance, le DfAM est parfois ignoré dans l’industrie. Mais pourquoi est-il important ? Quels avantages peut-il apporter aux pièces ? Nous explorons ces questions dans notre nouveau format éditorial où nous listons 10 raisons pour lesquelles le DfAM est important en impression 3D.

#1 : Réduction des erreurs d’impression 3D

Les erreurs d’impression sont le fléau de tout utilisateur de technologies de fabrication additive. En particulier lorsqu’il s’agit de processus hautement industriels, tels que le LPBF ou le SLS qui utilisent des lasers, ou des matériaux coûteux comme le PEEK et le PEKK : les petites erreurs qui ruinent la pièce peuvent vraiment faire reculer les utilisateurs en termes de coûts et de temps. C’est là que la valeur du DfAM devient rapidement évidente. Grâce à la conception, il est possible non seulement d’orienter et de soutenir correctement le modèle (ce qui contribue grandement à garantir des propriétés telles que l’isotropie et l’absence de warping), mais aussi de permettre aux utilisateurs de choisir les paramètres de remplissage et de couche appropriés pour une pièce. Cela permet de réduire considérablement les échecs d’impression.

La correction de l’orientation de la pièce est l’une des considérations du DfAM (crédits photo : Protolabs)

#2 : Réduction du temps d’impression

La rapidité est l’un des principaux avantages de la fabrication additive, car les technologies permettent aux utilisateurs de créer des pièces en une fraction du temps qu’il faudrait via des méthodes de fabrication conventionnelles. Toutefois, cette rapidité n’est pas acquise. En utilisant le DfAM, il est possible d’optimiser la conception en utilisant des astuces telles que les structures lattices pour conserver la résistance tout en minimisant la quantité de matériau à utiliser. Il permet également aux utilisateurs de minimiser les supports d’impression, ce qui, comme nous le verrons plus loin, réduit également le temps d’impression.

#3 : Des designs plus complexes

En impression 3D, il n’y a pas de difficulté supplémentaire lorsqu’un design est plus complexe. Le DfAM permet donc aux utilisateurs de créer des géométries beaucoup plus complexes que celles qui seraient réalisées à l’aide de règles de conception plus traditionnelles. Grâce au logiciel, il est possible de concevoir et d’imprimer des pièces dont la géométrie est beaucoup plus poussée, en particulier pour le métal. C’est dans cette complexité que l’on voit vraiment la liberté que l’impression 3D apporte aux utilisateurs.

#4 : Optimiser le rapport poids/performance

En lien avec l’exemple précédent, le DfAM permet également aux utilisateurs de tirer parti de différents logiciels de conception pour optimiser pleinement une pièce. Nous l’avons entendu à maintes reprises, l’une des raisons pour lesquelles l’impression 3D est si convoitée dans des secteurs tels que l’aérospatiale et l’automobile est qu’elle permet de créer une pièce nettement plus légère tout en conservant sa résistance et d’autres propriétés, c’est-à-dire un rapport poids-performance supérieur. Cela peut se faire notamment grâce au DfAM, par exemple en intégrant des structures lattices ou en utilisant l’optimisation topologique et la conception générative pour une pièce. Ces méthodes sont spécifiquement conçues pour optimiser et générer des pièces contenant moins de matériaux tout en respectant des contraintes spécifiques telles que la résistance. Et alors que dans la fabrication traditionnelle, les pièces obtenues peuvent être trop compliquées à fabriquer, ce n’est pas un problème en impression 3D, comme mentionné ci-dessus.

L’optimisation topologique est l’une des techniques du DfAM (photo credits: nTop)

#5 : Minimiser les supports d’impression

Il peut être facile de considérer les supports d’impression comme un « mal nécessaire ». Bien que les supports soient absolument essentiels pour garantir qu’une pièce ne se déforme pas pendant le processus d’impression 3D, ils impliquent également une plus grande utilisation de matériaux (affectant à la fois le coût et le temps), ce qui à son tour peut rendre le post-traitement plus long et affecter l’aspect de la pièce. C’est là que le DfAM peut jouer un rôle. Grâce à une conception soignée des pièces, par exemple en réduisant les porte-à-faux, en améliorant l’orientation ou en choisissant correctement les paramètres de remplissage, les utilisateurs peuvent avoir moins de supports lorsqu’ils fabriquent des pièces.

#6 : Réduire le post-traitement

Dans le prolongement du point précédent, une autre raison significative de l’importance du DfAM est qu’il permet aux utilisateurs de réduire l’ensemble des opérations de post-traitement. Bien sûr, l’une des principales raisons pour lesquelles cela est possible est l’optimisation des structures de support, ce qui signifie que l’on passera moins de temps à les retirer, mais il y a aussi d’autres considérations. Par exemple, en orientant correctement la pièce ou en réduisant la hauteur de la couche, des problèmes tels que le lissage de la surface peuvent être résolus avant même le début de l’impression. Si ces éléments ne sont pas pris en compte, le post-traitement prendra souvent beaucoup plus de temps.

#7 : Consolidation des pièces

La consolidation des pièces est une autre raison pour laquelle le DfAM est important. La fabrication additive peut consolider plusieurs pièces en une seule grâce à des géométries plus complexes. L’hypercar Czinger 21C en est un exemple : le fabricant, Divergent 3D, affirme qu’il a pu regrouper des milliers de pièces en quelques centaines seulement, ce qui a permis de réduire considérablement le poids et d’augmenter les performances. Ce type de consolidation n’est possible que grâce à l’impression 3D et peut être réalisé en apprenant et en adoptant la règle du DfAM.

#8 : Augmentation de la flexibilité et de la production de masse

Il est vrai que ce point suivant ne s’applique pas nécessairement à toutes les technologies d’impression 3D de la même manière. Toutes ne sont pas adaptées à la production de masse ou à une mise à l’échelle pour diverses raisons. Toutefois, pour les technologies telles que SLS, DMLS, l’impression 3D résine et le liage de poudre, le DfAM peut jouer un rôle essentiel dans l’augmentation de la production. Grâce au DfAM, le nombre maximum de pièces peut être placé sur le plateau d’impression par empilage. La prise en compte du DfAM peut aider les utilisateurs à surmonter l’une des principales critiques de l’impression 3D, à savoir qu’elle n’est pas adaptée à la production de masse.

Pièces empilées imprimées en 3D à l’aide d’une résine d’impression 3D (crédits photo : 3D Systems)

#9 : Optimisation des coûts

Les géométries complexes et les pièces plus légères sont les principales raisons de l’importance du DfAM, mais quels sont les avantages de pouvoir les créer si le coût est trop élevé ? Heureusement, il a été démontré que le DfAM permet également de réduire les coûts de fabrication des pièces. En 2020, le Barnes Group a affirmé que 86 % du coût de la pièce en fabrication additive dépendait de la conception, ce qui a été prouvé à maintes reprises. Seule la conception permet de réduire la quantité de matériau utilisée tout en conservant la résistance et d’autres propriétés, ce qui influe en fin de compte sur le coût de la pièce. Il est également important de considérer que plus complexe ne signifie pas plus cher. En fait, en fonction de la conception, cela pourrait être le contraire !

#10 : Optimisation en fonction de la technologie 3D

Enfin, le DfAM est important car il permet aux utilisateurs d’optimiser la pièce en fonction de la technologie d’impression 3D utilisée. Il existe sept familles de technologies 3D et encore plus de processus qui en font partie, et il va sans dire qu’il existe des différences significatives entre elles. Un exemple est celui des technologies à base de poudre, où les conceptions devraient probablement intégrer des trous d’évacuation pour s’assurer que les pièces sont imprimées creuses (ce qui ne serait pas un problème en impression 3D FDM ou résine). Par ailleurs, dans l’impression 3D FDM, l’anistropie est courante, et le DfAM peut donc aider à améliorer l’isotropie des pièces si nécessaire.

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